汽车热管理系统及其控制方法与流程

本技术涉及汽车控制，尤其涉及一种汽车热管理系统及其控制方法。

背景技术：

1、目前，燃料电池汽车作为未来清洁能源先进技术，国内外各大主机厂重视并积极推荐其产业化发展。与传统动力的整车热管理相对比，燃料电池整车集成多个热管理子系统。其中燃料电池堆通过电化学反应实现高品质能量的转化，目前燃料电池包的效率达到45％以上，其余能量以低品质热能的形式散失。动力电池作为整车辅助能量源，工作温度区间需要满足。整车空调系统既要满足乘员舱舒适度要求又要提高自身效率和寿命。

2、然而，相关技术中的燃料电池整车热管理系统中各子系统彼此独立，存在整车级热管理系统的能量利用率低的问题。

技术实现思路

1、本技术实施例的主要目的在于提出一种汽车热管理系统及其控制方法。旨在将汽车热管理系统中的各子系统进行连接，以实现各个子系统之间的能量传输，从而可提高能量利用率。

2、为实现上述目的，本技术实施例的第一方面提出了一种汽车热管理系统，所述系统包括：电池包循环回路、电机循环回路、电堆循环回路、制热循环回路和制冷循环回路；

3、所述电池包循环回路通过第一换热器与所述制热循环回路和所述制冷循环回路连接；

4、所述电池包循环回路通过四通阀与所述电机循环回路连接；

5、所述电堆循环回路通过第一电子三通阀与所述制热循环回路连接；

6、所述电机循环回路通过第二换热器与所述制冷循环回路连接；

7、所述制热循环回路设置有暖风组件，所述制冷循环回路设置有内冷凝器和蒸发器，所述制热循环回路通过所述暖风组件向乘员舱释放热量，所述制冷循环回路通过所述内冷凝器向所述乘员舱释放热量，所述制冷循环回路通过所述蒸发器对所述乘员舱进行降温冷却处理。

8、本技术实施例中，汽车热管理系统包括电池包循环回路、电机循环回路、电堆循环回路、制热循环回路和制冷循环回路。其中，电池包循环回路通过第一换热器与制热循环回路和制冷循环回路连接，从而通过第一换热器可实现电池包循环回路与制热循环回路之间的能量传输，和实现电池包循环回路与制冷循环回路之间的能量传输。电池包循环回路通过四通阀与电机循环回路连接，从而可通过四通阀实现电池包循环回路与电机循环回路之间的能量传输。电堆循环回路通过第一电子三通阀与制热循环回路连接，从而通过第一电子三通阀可实现电堆循环回路与制热循环回路之间的能量传输。电机循环回路通过第二换热器与制冷循环回路连接，从而通过第二换热器可实现电机循环回路与制冷循环回路之间的能量传输。通过各个循环回路(对应为各个子系统)之间的能量传输，能够提高能量利用率。其中，制热循环回路设置有暖风组件，制冷循环回路设置有内冷凝器和蒸发器，制热循环回路通过暖风组件向乘员舱释放热量，制冷循环回路通过内冷凝器向乘员舱释放热量，制冷循环回路通过蒸发器对乘员舱进行降温冷却处理。即通过各个循环系统的能量交互，使得通过暖风组件和内冷凝器可对乘员舱进行加热，并使得通过蒸发器可对乘员舱进行冷却，从而能够在提高能量利用率的同时，保证乘员舱的舒适性。

9、在本技术的一个实施例中，所述电池包循环回路包括依次连接成回路的电池包、所述四通阀、第一水泵和所述第一换热器；

10、本技术实施例中，通过电池包循环回路的设计，能够使得电池包维持在一定的温度范围区间，有利于延长电池包的使用寿命。同时电池包循环回路通过四通阀与电机循环回路连接，可在电池包需要冷却时，通过四通阀将热量传输至电机循环回路，以让电机循环回路协助散热。在电池包需要加热时，通过四通阀接收电机循环回路产生的余热，可提高能量利用率。电池包循环回路与制热循环回路和制冷循环回路共用第一换热器，可实现能量交互的同时，还可节省布置空间，提高系统集成度。

11、在本技术的一个实施例中，所述电机循环回路包括电机产热支路和电机散热支路；

12、所述电机产热支路包括依次连接成回路的电机、所述四通阀、所述第二换热器、第二水泵、第二电子三通阀和电控组件；

13、所述电机散热支路包括依次连接成回路的所述电机、所述四通阀、所述第二换热器、所述第二水泵、所述第二电子三通阀、第一散热器和所述电控组件。

14、本技术实施例中，电机循环回路包括电机产热支路和电机散热支路。其中，通过电机产热支路通过四通阀与电池包循环回路连接，可在电池包需要加热时，通过四通阀将余热传输至电池包循环回路。电机散热支路也通过四通阀与电池包循环回路连接，可在电池包需要冷却时，通过四通阀接收电池包循环回路的热量并进行散热。

15、在本技术的一个实施例中，所述电堆循环回路包括电堆产热支路和电堆散热支路；

16、所述电堆产热支路包括依次连接成回路的燃料电池堆、第三水泵、节流阀和第三电子三通阀；其中，所述节流阀的两端连接有电子交换器，所述燃料电池堆的两端连接有中冷器；

17、所述电堆散热支路包括依次连接成回路的所述燃料电池堆、所述第三水泵、第二散热器和所述第三电子三通阀。

18、本技术实施例中，电堆循环回路包括电堆产热支路和电堆散热支路，通过电堆循环回路的设计，能够使得燃料电池堆维持一个高效、安全的温度范围内工作，使电堆内化学反应高效进行，电堆性能最佳。

19、在本技术的一个实施例中，所述制热循环回路包括第一制热支路和第二制热支路；

20、所述第一制热支路包括依次连接成回路的汽车加热器、第四电子三通阀、所述暖风组件、所述第一电子三通阀和第四水泵；

21、所述第二制热支路包括依次连接成回路的所述汽车加热器、所述第四电子三通阀、所述第一换热器、所述第一电子三通阀和所述第四水泵；其中，所述第一制热支路和所述第一制热支路均通过所述第一电子三通阀与所述电堆循环回路连接。

22、本技术实施例中，制热循环回路包括第一制热支路和第二制热支路。其中，第一制热支路可同各国暖风组件向乘员舱释放热量。同时，第一制热支路可通过第一电子三通阀向电堆循环回路传输热量，从而可在电堆冷启动时，协助电堆快速冷启动。第二制热支路通过第一换热器与电池包循环回路连接，可通过第一换热器向电池包循环回路传输热量，有利于电池包的加热。第二制热支路通过第一电子三通阀与电堆循环回路连接，同样可通过第一电子三通阀向电堆循环回路传输热量，从而可在电堆冷启动时，协助电堆快速冷启动。

23、在本技术的一个实施例中，所述制冷循环回路包括第一支路、第二支路、第三支路和第四支路；

24、所述第一支路包括依次连接成回路的冷凝器、第一电子膨胀阀、第一单向阀、所述内冷凝器、第一截止阀、压缩机、气液分离器和第二截止阀；

25、所述第二支路包括依次连接成回路的所述冷凝器、第三截至阀、第二电子膨胀阀、所述蒸发器、第二单向阀、所述气液分离器、所述压缩机、第三单向阀和所述第二截止阀；

26、所述第三支路包括依次连接成回路的所述冷凝器、所述第三截至阀、第三电子膨胀阀、所述第一换热器、所述第二单向阀、所述气液分离器、所述压缩机、所述第三单向阀和所述第二截止阀；

27、所述第四支路包括所述气液分离器、所述压缩机、所述第一截止阀、所述内冷凝器、第四电子膨胀阀和所述第二换热器。

28、本技术实施例中，制冷循环回路包括第一支路、第二支路、第三支路和第四支路。其中，在乘员舱需要升温时，第一支路可通过内冷凝器加热乘员舱。在乘员舱需要降温时，第二支路可通过蒸发器对乘员舱进行降温冷却。第三支路通过第一换热器与电池包循环回路连接，可在电池需要冷却时，通过第一换热器接收电池包循环回路的热量。第四支路通过第二换热器与电机循环回路连接，从而可通过第二换热器接收电机循环回路的热量。

29、为实现上述目的，本技术实施例的第二方面提出一种汽车热管理系统的控制方法，所述控制方法包括：

30、当环境温度小于第一预设温度，且燃料电池堆冷启动时，控制所述制热循环回路开启制热循环，使得所述制热循环回路通过所述第一换热器向所述电池包循环回路释放热量，和通过所述暖风组件向所述乘员舱释放热量，和通过所述第一电子三通阀将热量传输至所述电堆循环回路。

31、本技术实施例中，基于第一方面所述的汽车热管理系统，当环境温度小于第一预设温度，且燃料电池堆冷启动时，通过控制制热循环回路开启制热循环，能够满足乘员舱快速升温、电堆快速冷启动及电池加热需求。

32、在本技术的一个实施例中，所述方法还包括：

33、当所述环境温度小于所述第一预设温度，且处于行车工况时，控制所述制冷循环回路以水源热泵模式运行，以通过所述内冷凝器向所述乘员舱释放热量；

34、控制所述电堆循环回路运行，使得所述电堆循环回路运行产生的热量通过所述第一电子三通阀传输至所述制热循环回路，以使得所述制热循环回路通过所述暖风组件向所述乘员舱释放热量，和使得所述电堆循环回路运行产生的热量通过所述第一换热器传输至所述电池包循环回路，以对电池包进行加热；

35、控制所述电机循环电路运行，使得所述电机循环电路运行产生的热量通过所述四通阀传输至所述电池包循环回路，以对电池包进行加热；

36、当所述环境温度大于等于所述第一预设温度小于第二预设温度，且处于行车工况时，控制所述制冷循环回路以空气源热泵模式运行，以通过所述暖风组件向所述乘员舱释放热量；

37、控制所述电堆循环回路运行，使得所述电堆循环回路运行产生的热量通过所述第一电子三通阀传输至所述制热循环回路，以使得所述制热循环回路通过所述暖风组件向所述乘员舱释放热量，和使得所述电堆循环回路运行产生的热量通过所述第一换热器传输至所述电池包循环回路，以对电池包进行加热；

38、控制所述电机循环电路运行，使得所述电机循环电路运行产生的热量通过所述四通阀传输至所述电池包循环回路，以对电池包进行加热。

39、本技术实施例中，基于第一方面所述的汽车热管理系统，当环境温度小于第一预设温度，且处于行车工况时，通过控制制冷循环回路以水源热泵模式运行，以通过内冷凝器向乘员舱释放热量，能够满足乘员舱升温需求。当环境温度大于等于第一预设温度小于第二预设温度，且处于行车工况时，通过控制制冷循环回路以空气源热泵模式运行，以通过暖风组件向乘员舱释放热量，也能够满足乘员舱升温需求。同时，在行车工况下，电机，此时，持续工作产生热量电堆循环回路运行产生的余热可通过第一电子三通阀传输至制热循环回路，从而使得制热循环回路通过暖风组件可向乘员舱释放热量。电堆循环回路运行产生的余热还可通过第一换热器传输至电池包循环回路，从而对电池包进行加热。可对电堆循环回路运行产生的余热进行充分利用，提高能量利用率。

40、在本技术的一个实施例中，所述方法还包括：

41、当所述环境温度大于等于第二预设温度小于等于第三预设温度，且电池包有冷却需求时，控制所述电机循环回路开启散热循环，以通过所述四通阀吸收所述电池包循环电路的热量并进行散热。

42、本技术实施例中，基于第一方面所述的汽车热管理系统，当环境温度大于等于第二预设温度小于等于第三预设温度，且电池包有冷却需求时，通过控制电机循环回路开启散热循环，能够通过四通阀吸收电池包循环电路的热量并进行散热，从而可协助电池冷却。

43、在本技术的一个实施例中，所述方法还包括：

44、当所述环境温度大于第三预设温度，且所述乘员舱和所述电池包均有冷却需求时，根据所述乘员舱和所述电池包的冷却优先级进行冷量分配；

45、控制所述制冷循环回路开启制冷循环，以通过所述蒸发器对所述乘员舱进行降温冷却处理；

46、控制所述电机循环回路开启散热循环，以通过所述四通阀吸收所述电池包循环电路的热量并进行散热；

47、控制所述电堆循环回路开启散热循环，以通过所述第一电子三通阀吸收所述制热循环回路的热量并进行散热。

48、本技术实施例中，基于第一方面所述的汽车热管理系统，当环境温度大于第三预设温度，且乘员舱和电池包均有冷却需求时，根据所述乘员舱和所述电池包的冷却优先级进行冷量分配，通过控制制冷循环回路开启制冷循环，能够通过蒸发器对乘员舱进行降温冷却处理，以满足冷却需求。同时，控制电机循环回路开启散热循环，能够通过四通阀吸收电池包循环电路的热量并进行散热，通过控制电堆循环回路开启散热循环，能够通过第一电子三通阀吸收制热循环回路的热量并进行散热，能够协助电池冷却。