一种新能源汽车的整车热管理系统

1.本技术属于新能源汽车车热管理技术领域，具体涉及一种新能源汽车的整车热管理系统。


背景技术：

2.整车热管理系统是保证整车各部件正常稳定工作的重要辅助系统，为使车用电机、电池等始终处于良好的工作状态，必须对热管理进行合理的控制，使得冷却系统带走的热量处于最佳范围内，满足电机、动力电池等部件的冷却需求。电机、动力电池的工作温度一般推荐在10℃-60℃之间，对冷却液温度需求较低。
3.一种较为简便的方法是电机、电机控制器、dcdc等电驱动相关部件采用一套热管理系统，由vcu或者独立的控制单元进行控制；动力电池独立采用一套热管理系统，由bms控制。空调制冷单独采用一套热管理系统；空调采暖单独使用一套热管理系统。这种热管理方法虽然容易实现，但是无法在全局范围内实现热管理系统的优化控制，不可避免会降低整车能量利用效率。因此，合理设计车辆热管理系统并实现优化控制是保证动力系统高效可靠地工作的重要途径之一。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的是提供一种新能源汽车的整车热管理系统，其可以解决传统的热管理方法无法在全局范围内实现热管理系统的优化控制，不可避免会降低整车能量利用效率的技术问题。
5.为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：
6.一种新能源汽车的整车热管理系统，包括：
7.电驱动冷却循环装置，包括低温冷却散热器、低温冷却风扇、冷却循环水泵、常开式水阀以及冷却膨胀水箱，所述低温冷却风扇设置于所述低温冷却散热器处，所述冷却循环水泵通过冷却循环管路与所述低温冷却散热器的出口连接；所述常开式水阀通过冷却循环管路串接于所述冷却循环水泵和所述低温冷却散热器的入口之间；所述冷却膨胀水箱的加水口连接于所述常开式水阀与所述低温冷却散热器之间的冷却循环管路，所述冷却膨胀水箱的出气口与所述低温冷却散热器的气口连接；
8.采暖循环装置，包括第一常闭式水阀、高压电液体加热器、三通球阀、采暖散热器总成以及采暖循环水泵，所述第一常闭式水阀的入口通过采暖循环管路连接所述冷却循环水泵与所述常开式水阀之间的冷却循环管路；所述高压电液体加热器的入口通过采暖循环管与所述第一常闭式水阀的出口连接；所述采暖散热器总成的入口通过所述三通球阀和所述采暖循环管路与所述高压电液体加热器的出口连接；所述采暖循环水泵通过采暖循环管路串接于所述采暖散热器总成的出口与所述低温冷却散热器的入口之间；
9.电池包水循环装置，包括电池包、液体单向阀、电池包回路膨胀水壶、电池包冷却循环水泵、管路温度传感器、板式换热器以及第二常闭水阀，所述电池包的冷却水入口通过
电池水冷包循环管路分别连接所述三通球阀和所述液体单向阀的出口；所述电池包冷却循环水泵、所述管路温度传感器以及所述板式换热器通过电池水冷包循环管路依次串接于所述电池包的冷却水出口和所述液体单向阀的入口之间；所述电池包回路膨胀水壶的加水口和气管分别连接电池水冷包循环管路；所述第二常闭水阀一端连接所述管路温度传感器和所述板式换热器之间的电池水冷包循环管路，另一端连接所述采暖散热器总成和所述采暖循环水泵之间的采暖循环管路；和
10.空调冷却装置，包括电动压缩机、冷凝器、冷凝风扇、高压冷媒四通、第一冷媒电磁阀、前蒸发器鼓风机、前蒸发器、前蒸发器ptc、低压冷媒四通、第二冷媒电磁阀、顶置蒸发器、顶置鼓风机以及第三冷媒电磁阀，所述低压冷媒四通、所述电动压缩机、所述冷凝器以及所述高压冷媒四通通过冷媒循环管路依次相连，所述冷凝风扇设置于所述冷凝器处；所述高压冷媒四通分成三个支路并分别通过前蒸发器冷媒管路、顶蒸冷媒循环管路以及电池包冷媒循环管路与所述低压冷媒四通连接；所述前蒸发器设置于所述前蒸发器冷媒管路上，所述前蒸发器ptc和所述前蒸发器鼓风机均设置于所述前蒸发器处；所述顶置蒸发器设置于所述顶蒸冷媒循环管路上，所述顶置鼓风机设置于所述顶置蒸发器处；所述电池包冷媒循环管路与所述板式换热器连接；所述第一冷媒电磁阀、所述第二冷媒电磁阀以及所述第三冷媒电磁阀分别设置于所述前蒸发器冷媒管路、所述顶蒸冷媒循环管路以及所述电池包冷媒循环管路上。
11.可选的，所述电池包回路膨胀水壶的加水口和气管分别连接所述液体单向阀和所述板式换热器之间的电池水冷包循环管路。
12.可选的，所述第一冷媒电磁阀位于所述高压冷媒四通与所述前蒸发器之间。
13.可选的，所述第二冷媒电磁阀位于所述高压冷媒四通和所述顶置蒸发器之间。
14.可选的，所述第三冷媒电磁阀位于所述板式换热器和所述高压冷媒四通之间。
15.本技术的有益效果如下：
16.第一，本技术按照整车热管理各部件的热需求不同按需分配，再满足性能要求的前提下尽可能集成化共用零部件，对整车成本控制，零部件布置空间有明显效果；
17.第二，本技术将驱动电机冷却系统与乘客区采暖系统，电池包加热系统合并，在乘客区需要采暖，电池包需要加热，充分利用了发动机和电机工作时产生的热量。当电池产生的热量小于散热量时，无需采用电加热装置而利用动力源热量维持动力电池温度，减少了电能消耗﹔在温度低时通过ptc加热器预热，有效利用内部热量，在冬季热管理系统的保温中具有更明显的节能效果﹔
18.第三，本技术采用的零部件除控制系统外现有成熟产品，结构较简单，使用的换热器及传感器较少，成本低，在现有的技术基础上易改造，维护保养方便；
19.第四、本技术提供的整车热管理系统能够满足整车及动力系统各主要部件能够满足在不同工作模式下的制冷和制热需求，同时有效减少了能量消耗，改善了动力源起动特性。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施或现有技术中的技术方案，下面对该实用新型使用的附图进行简要介绍，并结合实例进一步详细说明，其中
21.图1为本技术实施例提供的一种新能源汽车的整车热管理系统结构示意图；
22.图2为图1所示的系统中的电驱动冷却系统示意图；
23.图3为图1所示的系统中的采暖系统示意图；
24.图4为图1所示的系统中的电池包循环系统示意图；
25.图5为图1所示的系统中的空调冷却示意图；
26.其中：1—低温冷却散热器；2—低温冷却风扇；3—冷却循环水泵；4—冷却循环管路；5—常开式水阀；6—冷却膨胀水箱；7—第一常闭式水阀；8—高压电液体加热器；9—三通球阀；10采暖散热器总成；11采暖循环水泵；12—采暖循环管路；13—电池包；14—液体单向阀；15—电池包回路膨胀阀；16—电池包冷却循环水泵；17—管路温度传感器；18—板式换热器；19—电池水冷包循环管路；20—第二常闭水阀；21—电动压缩机；22—低压冷媒四通；23—前蒸发器冷媒管路；24—前蒸发器鼓风机；25—前蒸发器；26—前蒸发器ptc；27—冷凝风扇；28—冷凝器；29—高压冷媒四通；30—第一冷媒电磁阀；31—第二冷媒电磁阀；32—第三冷媒电磁阀；33—顶置蒸发器；34—顶置鼓风机；35—顶蒸冷媒循环管路；36—电池包冷媒循环管路。
具体实施方式
27.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
28.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
29.下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本技术实施例提供的新能源汽车的整车热管理系统进行详细地说明。
30.请参见图1-5所示，是本技术实施例提供的一种新能源汽车的整车热管理系统，包括电驱动冷却循环装置、采暖循环装置、电池包水循环装置以及空调冷却系统。
31.所述电驱动冷却循环装置包括低温冷却散热器1、低温冷却风扇2、冷却循环水泵3、常开式水阀5以及冷却膨胀水箱6，所述低温冷却风扇1设置于所述低温冷却散热器2处，所述冷却循环水泵3通过冷却循环管路4与所述低温冷却散热器1的出口连接。
32.在一些实施例中，所述的低温冷却风扇1和所述冷却循环水泵2的工作模式分为关闭，低速档和高速档。其中，所述低温冷却风扇1的低速档的速度范围通常设置在1000-1500rpm之间，高速档的速度范围通常设置在2000-2500rpm之间。所述冷却循环水泵2低速档的速度范围通常设需在800-1200rpm之间，高速档的速度范围通常设需在1800-2000rpm之间。
33.所述常开式水阀5通过冷却循环管路4串接于所述冷却循环水泵3和所述低温冷却
散热器1的入口之间。
34.所述冷却膨胀水箱6的加水口连接于所述常开式水阀5与所述低温冷却散热器1之间的冷却循环管路4，所述冷却膨胀水箱6的出气口与所述低温冷却散热器1的气口连接。
35.所述采暖循环装置包括第一常闭式水阀7、高压电液体加热器8、三通球阀9、采暖散热器总成10以及采暖循环水泵11，所述第一常闭式水阀7的入口通过采暖循环管路12连接所述冷却循环水泵3与所述常开式水阀5之间的冷却循环管路4。
36.所述高压电液体加热器8的入口通过采暖循环管12与所述第一常闭式水阀7的出口连接。
37.所述采暖散热器总成10的入口通过所述三通球阀9和所述采暖循环管路12与所述高压电液体加热器8的出口连接。
38.所述采暖循环水泵11通过采暖循环管路12串接于所述采暖散热器总成10的出口与所述低温冷却散热器1的入口之间。
39.在一些实施例中，所述采暖循环水泵11的工作模式分为关闭，低速档和高速档。其中，低速档的速度范围通常设需在800-1200rpm之间，高速档的速度范围通常设需在1800-2000rpm之间。
40.所述电池包水循环装置包括电池包13、液体单向阀14、电池包回路膨胀水壶15、电池包冷却循环水泵16、管路温度传感器17、板式换热器18以及第二常闭水阀20，所述电池包13的冷却水入口通过电池水冷包循环管路19分别连接所述三通球阀9和所述液体单向阀14的出口。
41.所述电池包冷却循环水泵16、所述管路温度传感器17以及所述板式换热器18通过电池水冷包循环管路19依次串接于所述电池包13的冷却水出口和所述液体单向阀14的入口之间。
42.所述电池包回路膨胀水壶15的加水口和气管分别连接电池水冷包循环管路19。
43.在一些实施例中，所述电池包回路膨胀水壶15的加水口和气管分别连接所述液体单向阀14和所述板式换热器18之间的电池水冷包循环管路19。
44.在一些实施例中，所述电池包冷却循环水泵16的工作模式分为关闭，低速档和高速档。其中，低速档的速度范围通常设需在800-1200rpm之间，高速档的速度范围通常设需在1800-2000rpm之间。
45.在一些实施例中，所述第二常闭水阀20一端连接所述管路温度传感器17和所述板式换热器18之间的电池水冷包循环管路19，另一端连接所述采暖散热器总成10和所述采暖循环水泵11之间的采暖循环管路12。
46.所述空调冷却装置包括电动压缩机21、冷凝器28、冷凝风扇27、高压冷媒四通29、第一冷媒电磁阀30、前蒸发器鼓风机24、前蒸发器25、前蒸发器ptc26、低压冷媒四通22、第二冷媒电磁阀31、顶置蒸发器33、顶置鼓风机34以及第三冷媒电磁阀32，所述低压冷媒四通22、所述电动压缩机21、所述冷凝器28以及所述高压冷媒四通29通过冷媒循环管路(未标号)依次相连，所述冷凝风扇设置于所述冷凝器28处。
47.需要说明的是，所述电动压缩机21、前蒸发器ptc26能量来源于电池包13的电能，通过电池包13给内置驱动电机供电，从而带动电动压缩机21和前蒸发器ptc26工作。
48.所述高压冷媒四通29分成三个支路并分别通过前蒸发器冷媒管路23、顶蒸冷媒循
环管路35以及电池包冷媒循环管路36与所述低压冷媒四通22连接。
49.所述前蒸发器25设置于所述前蒸发器冷媒管路23上，所述前蒸发器ptc26和所述前蒸发器鼓风机24均设置于所述前蒸发器25处。
50.在一些实施例中，所述冷凝风扇27的工作模式分为关闭，低速档和高速档。
51.所述顶置蒸发器33设置于所述顶蒸冷媒循环管路35上，所述顶置鼓风机34设置于所述顶置蒸发器33处。
52.所述电池包冷媒循环管路36与所述板式换热器18连接。
53.所述第一冷媒电磁阀30、所述第二冷媒电磁阀31以及所述第三冷媒电磁阀32分别设置于所述前蒸发器冷媒管路23、所述顶蒸冷媒循环管路35以及所述电池包冷媒循环管路36上。
54.在一些实施例中，所述第一冷媒电磁阀30位于所述高压冷媒四通29与所述前蒸发器25之间。所述第二冷媒电磁阀31位于所述高压冷媒四通29和所述顶置蒸发器33之间。所述第三冷媒电磁阀32位于所述板式换热器18和所述高压冷媒四通29之间。
55.本技术实施例提供的新能源汽车的整车热管理系，其工作原理如下：
56.包括车辆冷启动的暖机过程﹑车辆正常工作过程以及车辆停机过程的冷却系统控制，所述的冷却系统控制分为电驱动冷却系统控制﹑电池包冷却系统控制和空调冷却系统控制。
57.其中：车辆冷启动的暖机过程中冷却系统控制，包括：
58.电池包水循环冷却液控制，包括:
59.第1a步，电池包冷却循环水泵16以低转速模式运行，第一常闭式水阀7、第二常闭水阀20开启；冷却液依次驱动电机、电机控制器的零部件，最后回到高压电液体加热器8。为进一步节约暖机过程的能耗，低温冷却风扇2处于关闭状态。
60.第1b步，当检测到电池包13的温度高于25℃后，预热完成，进入正常工况下的运行模式。
61.电驱动水循环冷却液控制，包括:
62.第2a步，冷却循环水泵3以低转速模式运行，冷却液依次驱动电机、电机控制器的零部件，最后回到高压电液体加热器8。为进一步节约暖机过程的能耗，低温冷却风扇2处于关闭状态。
63.第2b步，当检测到冷却循环管路4的出口冷却液温度和电池水冷包循环管路19的出口冷却液温度均到达55℃以上时，判断为发动机暖机完毕，低温冷却风扇2处于低速运行。
64.采暖水循环冷却液控制，包括:
65.第3a步高压电液体加热器8以高功率模式开启，三通球阀9关闭采暖散热器总成10的b侧，冷却液从电池包13中的电池水冷包循环管路19入口流入，为电池包13升温。
66.第3b步，当检测到冷却循环管路4的出口冷却液温度和电池水冷包循环管路19的出口冷却液温度均到达55℃以上时，判断为发动机暖机完毕，低温冷却风扇2处于低速运行。为保证散热风扇和水泵的工作效率及散热效果，则第1a步中的三通球阀9的b出口逐渐关闭，并且关闭电池包冷却循环水泵16，第二常闭水阀20，逐渐打开三通球阀9的c出口至全开，使第1a步中流入三通球阀9的a入口冷却液经过三通球阀9的c出口全部流经采暖散热器
总成10以及采暖循环水泵11后返回低温冷却散热器1入口。无如整车采暖请求命令则关闭第一常闭式水阀7、高压电液体加热器8、采暖循环水泵11。
67.车辆在正常工况下运行时的控制，包括：
68.电驱动水循环冷却液控制，包括:
69.第4a步，当电池包13放电，电驱动系统工作时，冷却循环水泵3打开，低档模式运行。当环境温度低于0℃时且流经驱动电机中的冷却循环管路4中的冷却液温度低于20℃时，由于产热量较少，同时气温度低，因此关闭低温冷却风扇2减少电池包13的热量损失。当环境温度不低于0℃时，或当温度传感器采集到冷却循环管路4中冷却液温度不低于20℃，低温冷却风扇2打开，低转速运行，冷却循环水泵3处于低速状态。当冷却循环管路4出口冷却液温度高于440℃时，开启冷却循环水泵3至高速档；冷却循环管路4中冷却液温度超过50℃时，低温冷却风扇2在高速档运转，使冷却液快速散热。
70.电池包水循环冷却液控制，包括:
71.第5a步，当电池包13放电工作时，当环境温度低于0℃时且流经电池包13中的电池水冷包循环管路19中的冷却液温度低于20℃时，由于产热量较少，同时气温度低，因此关闭第二常闭水阀20切断电池水冷包循环管路19与其他回路联系，电池包冷却循环水泵16处于关闭状态，减少电池包13的热量损失。当环境温度不低于0℃时，或当温度传感采集到电池包13的电池水冷包循环管路19中冷却液温度不低于20℃，电池包冷却循环水泵16处于低速状态。当电池包13的电池水冷包循环管路19中冷却液温度升高，电池水冷包循环管路19出口冷却液温度高于35℃时，电池包冷却循环水泵16高速运行。
72.车辆停机过程中的冷却系统控制，包括：
73.电驱动冷却装置的控制，包括：
74.第6a步，冷却循环回路4由于热负荷较小，低温冷却风扇2及冷却循环水泵3随整车下电后关闭。
75.在暖机、正常工况下的空调冷却系统控制，包括：
76.乘员舱有制冷需求时的控制，包括：
77.第7a步，当电池包13的电池水冷包循环管路19中冷却液温度升高，电池水冷包循环管路19出口冷却液温度高于35℃时，第一冷媒电磁阀30、第二冷媒电磁阀31、第三冷媒电磁阀32打开在制冷过程中，前蒸发器鼓风机24顶置鼓风机34开启，电动压缩机21以最大功率80％状态运转，空调冷却系统中的冷媒经过电动压缩机21后升温升压，并在冷凝器28处与环境进行热交换，降温后通过高压冷媒四通29分为三路分别流过板式换热器18、前蒸发器25、顶置蒸发器33中蒸发，前蒸发器鼓风机24、顶置鼓风机34将降温后的空气吹入乘员舱的降温；板式换热器18将流经其内部的冷却液降温，由电池包冷却循环水泵16送至电池包13为其降温；三条冷媒支路最后通过低压冷媒四通22并流回电动压缩机21的入口完成制冷循环；
78.当电池包13的电池水冷包循环管路19中冷却液温度升高，电池水冷包循环管路19出口冷却液温度低于25℃时，第一冷媒电磁阀30、第二冷媒电磁阀31打开，第三冷媒电磁阀32关闭。在制冷过程中，前蒸发器鼓风机24、顶置鼓风机34开启，电动压缩机21以最大功率60％状态运转，空调冷却系统中的冷媒经过电动压缩机21后升温升压，并在冷凝器28处与环境进行热交换，降温后通过高压冷媒四通29分为两路分别流过前蒸发器25、顶置蒸发器
33中蒸发，前蒸发器鼓风机24、顶置鼓风机34将降温后的空气吹入乘员舱的降温；两条冷媒支路最后通过低压冷媒四通22并流回电动压缩机21的入口完成制冷循环。
79.乘员舱有采暖需求时的控制，包括:
80.第8a步，当乘员有采暖需求时，常开式水阀5关闭，第一常闭式水阀7打开，采暖循环水泵11高速运行、采暖散热器总成10风扇开启，三通球阀9a入口全开、b出口全开、c出口全关；此时电驱动冷却回路的冷却液经过冷却循环水泵3后通过冷却循环管路回路4流入高压电液体加热器8，高压电液体加热器8根据流入冷却液的温度调整功率，将冷却液温度升至75℃后通过采暖循环管路12流入采暖散热器总成10散热为乘客区升温，冷却液经过分采暖循环水泵11最后并入冷却循环管路4，经过低温冷却散热器1二次降温后流入冷却循环水泵3完成采暖循环。
81.当乘员有采暖需求时，且处于暖机状态，则进入第3a步﹔若发动机工作且处于正常工作状态，则进入第8a步，完成暖风供给。
82.本技术的有益效果如下：
83.第一，本技术按照整车热管理各部件的热需求不同按需分配，再满足性能要求的前提下尽可能集成化共用零部件，对整车成本控制，零部件布置空间有明显效果；
84.第二，本技术将驱动电机冷却系统与乘客区采暖系统，电池包加热系统合并，在乘客区需要采暖，电池包需要加热，充分利用了发动机和电机工作时产生的热量。当电池产生的热量小于散热量时，无需采用电加热装置而利用动力源热量维持动力电池温度，减少了电能消耗﹔在温度低时通过ptc加热器预热，有效利用内部热量，在冬季热管理系统的保温中具有更明显的节能效果﹔
85.第三，本技术采用的零部件除控制系统外现有成熟产品，结构较简单，使用的换热器及传感器较少，成本低，在现有的技术基础上易改造，维护保养方便；
86.第四、本技术提供的整车热管理系统能够满足整车及动力系统各主要部件能够满足在不同工作模式下的制冷和制热需求，同时有效减少了能量消耗，改善了动力源起动特性。
87.上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。