多热源分级加热电动汽车热管理系统

本发明涉及车辆热管理，尤其涉及一种多热源分级加热电动汽车热管理系统。

背景技术：

1、相关技术中，电动汽车产业高速发展，电动汽车热管理系统作为电动汽车的重要组成部分，需要营造舒适的乘员舱热湿环境以及维持电池、电机、电控等关键部件运行在合适温度范围内，对于保证电动汽车的安全、高效运行至关重要。

2、由于传统ptc电加热技术能耗高、易导致大幅度的续航里程衰减，为满足电动汽车冬季热管理需求，当前技术主要包括：热泵技术，能够利用室外空气中的低品位热量；余热回收技术，能够回收利用电机电控运行过程中产生的热量。

3、然而，当前的电动汽车热管理系统虽应用热泵技术和余热回收技术，一定程度上改善了电动汽车低温性能，但由于未考虑不同运行环境中系统中各热源(室外空气、电机电控余热)以及各热汇(乘员舱、电池)的能量品位差异，导致当前热管理系统的综合能效低，且无法高效适应中低温环境以及有效适应极端低温环境。

技术实现思路

1、本发明提供一种多热源分级加热电动汽车热管理系统，用以解决现有技术中存在的缺陷，实现如下技术效果：可根据系统中不同热源、热汇的能量品位切换适应当前运行环境的热管理模式，实现热系统中能源与负荷的品位匹配，并通过三介质换热器降低能量传递级数，满足电动汽车乘员舱、动力电池、电机电控多样化热管理需求的同时提高系统的综合能效与集成度，有利于提高电动汽车的低温适应性与续航里程，拓宽电动汽车的运行温区。

2、根据本发明实施例的多热源分级加热电动汽车热管理系统，包括制冷剂循环回路和载冷剂循环回路；

3、所述制冷剂循环回路与所述载冷剂循环回路之间设置有第一室内三介质换热器、第二室内三介质换热器和室外三介质换热器，其中，所述第一室内三介质换热器和所述第二室内三介质换热器均设置在室内风道内，所述室外三介质换热器设置在室外风道内；

4、所述第一室内三介质换热器具有第一制冷剂通路、第一载冷剂通路和连通所述室内风道的第一空气通路；所述第二室内三介质换热器具有第二制冷剂通路、第二载冷剂通路和连通所述室内风道的第二空气通路；所述室外三介质换热器具有第三制冷剂通路、第三载冷剂通路和连通所述室外风道的第三空气通路；

5、所述制冷剂循环回路包括压缩机、所述第一制冷剂通路、所述第二制冷剂通路、所述第三制冷剂通路和若干个制冷剂阀门；

6、所述载冷剂循环回路包括所述第一载冷剂通路、所述第二载冷剂通路、所述第三载冷剂通路、电池模块、电驱电控模块、若干个载冷剂阀门和若干个四通阀；

7、其中，系统通过控制若干个所述制冷剂阀门、若干个所述载冷剂阀门和若干个所述四通阀中至少一个的开闭以切换运行模式，并实现所述室内风道、所述室外风道、所述电池模块和所述电驱电控模块中至少任意两个与制冷剂循环回路(1)或载冷剂循环回路(2)之间的热量交换。

8、根据本发明的一个实施例，所述载冷剂循环回路包括第一四通阀、第二四通阀、第三四通阀、第四四通阀，还包括流经所述电池模块的第四载冷剂通路和流经所述电驱电控模块的第五载冷剂通路；

9、所述第一载冷剂通路的第一端与所述第一四通阀的d接口连接且两者之间设有第一载冷剂阀门，所述第一载冷剂通路的第二端与所述第二四通阀的d接口连接，所述第二载冷剂通路的第一端与所述第一四通阀的a接口连接且两者之间设有第二载冷剂阀门，所述第二载冷剂通路的第二端与所述第二四通阀的c接口连接，所述第三载冷剂通路的第一端与所述第一四通阀的b接口连接且两者之间设有第三载冷剂阀门，所述第三载冷剂通路的第二端与所述第二四通阀的b接口连接，所述第四载冷剂通路的第一端与所述第一四通阀的a接口连接且两者之间设有第四载冷剂阀门，所述第四载冷剂通路的第一端还与所述第三四通阀的b接口连接，所述第四载冷剂通路的第二端与所述第二四通阀的c接口连接，所述第四载冷剂通路的第二端还与所述第四四通阀的b接口连接，所述第五载冷剂通路的第一端与所述第三四通阀的a接口连接，所述第五载冷剂通路的第二端与所述第四四通阀的c接口连接，所述第三四通阀的c接口与所述第四四通阀的a接口连接且两者之间设有第五载冷剂阀门，所述第三四通阀的d接口与所述第一四通阀的c接口连接，所述第四四通阀的d接口与所述第二四通阀的a接口连接。

10、根据本发明的一个实施例，所述第一制冷剂通路的第一端与所述第二制冷剂通路的第一端连接且两者之间设有第一膨胀阀，所述第三制冷剂通路的第一端与所述第二制冷剂通路的第一端连接且两者之间设有第二膨胀阀，所述第一制冷剂通路的第二端与所述压缩机的吸气端连接，所述第二制冷剂通路的第二端与所述压缩机的排气端连接且两者之间设有第一制冷剂阀门，所述第三制冷剂通路的第二端与所述压缩机的吸气端连接且两者之间设有第二制冷剂阀门，所述第三制冷剂通路的第二端还与所述压缩机的排气端连接且两者之间设有第三制冷剂阀门。

11、根据本发明的一个实施例，所述电池模块包括电池、水暖式辅助加热装置和第一循环泵，所述第一循环泵的进口端为所述第四载冷剂通路的第二端；所述电驱电控模块包括驱动电机，电控装置和第二循环泵，所述第二循环泵的进口端为所述第五载冷剂通路的第一端；和/或，所述室内风道内设置有风暖式辅助加热装置，所述室内风道内设置有用于驱使空气依次流经所述第一室内三介质换热器、第二室内三介质换热器和所述风暖式辅助加热装置的室内风机，所述室外风道内设置有用于驱使空气流经所述室外三介质换热器的室外风机。根据本发明的一个实施例，所述系统具有实现乘员舱制冷、电池冷却、电机电控散热的第一运行模式；

12、在第一运行模式下，制冷剂循环回路运行制冷模式，第一膨胀阀、第二膨胀阀节流，第一制冷剂阀门、第二制冷阀门关闭，第三制冷剂阀门开启；第一四通阀ad连接且bc连接；第二四通阀ab连接且cd连接；第三四通阀ad连接且dc连接；第四四通阀ab连接且cd连接；第一载冷剂阀门、第三载冷剂阀门、第四载冷剂阀门开启；第二载冷剂阀门、第五载冷剂阀门关闭；载冷剂循环回路被分为相互独立的电池载冷剂循环回路与电驱电控载冷剂循环回路，且所述第一载冷剂通路位于所述电池载冷剂循环回路内，所述第三载冷剂通路位于所述电驱电控载冷剂循环回路内；

13、在所述第一室内三介质换热器内，第一制冷剂通路分别对第一载冷剂通路和室内风道进行制冷，以分别实现对所述电池模块的冷却和对乘员舱的制冷；

14、在所述室外三介质换热器内，第三制冷剂通路和第三载冷剂通路均向室外风道进行散热，以分别实现对制冷剂循环回路的散热和对电驱电控模块的散热。

15、根据本发明的一个实施例，所述系统具有实现乘员舱制热、电池加热、电机电控余热回收模式一的第二运行模式；

16、在第二运行模式下，制冷剂循环回路运行制热模式，第二膨胀阀节流，第一制冷剂阀门、第二制冷剂阀门开，第一膨胀阀、第三制冷剂阀门关闭；第一四通阀ab连接且cd连接；第二四通阀ad连接且bc连接；第三四通阀ad连接且bc连接；第四四通阀ab连接且cd连接；第一载冷剂阀门、第二载冷剂阀门、第四载冷剂阀门开启；第三载冷剂阀门、第五载冷剂阀门关闭；载冷剂循环回路被分为相互独立的电池载冷剂循环回路与电驱电控载冷剂循环回路，且所述第一载冷剂通路位于所述电驱电控载冷剂循环回路内，所述第二载冷剂通路位于所述电池载冷剂循环回路内；

17、在所述第一室内三介质换热器内，第一载冷剂通路利用从所述电驱电控模块内的热量并对室内风道进行制热，以实现对室内风道内空气的第一级制热；在所述第二室内三介质换热器内，第二制冷剂通路分别对第二载冷剂通路和室内风道进行制热，以分别实现对所述电池模块的制热和对室内风道内空气的第二级加热；在所述室外三介质换热器内，第三制冷剂通路从室外风道吸收热量。

18、根据本发明的一个实施例，所述系统具有实现乘员舱制热、电池加热、电机电控余热回收模式二的第三运行模式；

19、在第三运行模式下，制冷剂循环回路运行制热模式，第二膨胀阀节流，第一制冷剂阀门、第二制冷剂阀门开启，第一膨胀阀、第三制冷剂阀门关闭；第一四通阀ad连接且bc连接；第二四通阀ab连接且cd连接；第三四通阀ad连接且bc连接；第四四通阀ab连接且cd连接；第二载冷剂阀门、第三载冷剂阀门、第四载冷剂阀门开启；第一载冷剂阀门、第五载冷剂阀门关闭；载冷剂循环回路被分为相互独立的电池载冷剂循环回路与电驱电控载冷剂循环回路，且所述第二载冷剂通路位于所述电池载冷剂循环回路内，所述第三载冷剂通路位于所述电驱电控载冷剂循环回路内；

20、在所述第二室内三介质换热器内，第二制冷剂通路分别对第二载冷剂通路和室内风道进行制热，以分别实现对所述电池模块的制热和对乘员舱的制热；在所述室外三介质换热器内，第三制冷剂通路分别从第三载冷剂通路和室外风道吸收热量。

21、根据本发明的一个实施例，所述系统具有实现乘员舱制热、电池加热、电机电控余热回收模式三的第四运行模式；

22、在第四运行模式下，制冷剂循环回路不运行，第一膨胀阀、第二膨胀阀、第一制冷剂阀门、第二制冷剂阀门、第三制冷剂阀门关闭；第一四通阀ab连接且cd连接；第二四通阀ab连接且cd连接；第三四通阀ad连接且bc连接；第四四通阀ab连接且cd连接；第一载冷剂阀门、第二载冷剂阀门、第三载冷剂阀门开启；第四载冷剂阀门、第五载冷剂阀门关闭；

23、在所述第一室内三介质换热器内，第一载冷剂通路利用从所述电驱电控模块内吸收的热量对室内风道进行制热，以实现对室内风道中空气的第一级加热；

24、在所述第二室内三介质换热器内，第二载冷剂通路利用从所述电驱电控模块内吸收的热量对室内风道进行制热，以实现对室内风道中空气的第二级加热。

25、根据本发明的一个实施例，所述系统具有实现电池冷却、电机电控散热的第五运行模式；

26、在第五运行模式下，制冷剂循环回路不运行，第一膨胀阀、第二膨胀阀、第一制冷剂阀门、第二制冷剂阀门、第三制冷剂阀门关闭；第一四通阀ad连接且bc连接；第二四通阀ab连接且cd连接；第三四通阀ab连接且cd连接；第四四通阀ab连接且cd连接；第三载冷剂阀门、第五载冷剂阀门开启；第一载冷剂阀门、第二载冷剂阀门、第四载冷剂阀门关闭；

27、在所述室外三介质换热器内，所述第三载冷剂通路向所述室外风道散热，以实现同时对所述电驱电控模块和所述电池模块的冷却。

28、根据本发明的一个实施例，所述系统具有实现乘员舱除湿制热、电池加热、电机电控余热回收的第六运行模式；

29、在第六运行模式下，制冷剂循环回路运行除湿再热模式，第一膨胀阀、第二膨胀阀节流，第一制冷剂阀门、第二制冷剂阀门开启，第三制冷剂阀门关闭；第一四通阀ad连接且bc连接；第二四通阀ab连接且cd连接；第三四通阀ad连接且bc连接；第四四通阀ab连接且cd连接；第二载冷剂阀门、第三载冷剂阀门、第四载冷剂阀门开启；第一载冷剂阀门、第五载冷剂阀门关闭；载冷剂循环回路被分为相互独立的电池载冷剂循环回路与电驱电控载冷剂循环回路，且所述第二载冷剂通路位于所述电池载冷剂循环回路内，所述第三载冷剂通路位于所述电驱电控载冷剂循环回路内；

30、在所述第一室内三介质换热器内，第一载冷剂通路对室内风道进行制冷，以实现对乘员舱的除湿；在所述第二室内三介质换热器内，第二制冷剂通路分别对第二载冷剂通路和室内风道进行制热，以分别实现对对所述电池模块的加热和对乘员舱的制热；

31、在所述室外三介质换热器内，第三制冷剂通路从第三载冷剂通路吸收热量。

32、因此，为了解决上述相关技术中存在的技术缺陷，本发明给出一种多热源分级加热电动汽车热管理系统，该系统相较于相关技术而言至少具有以下优点：

33、(1)能量品位匹配：系统能够根据当前运行环境和热系统热源/热汇的能量品位，切换不同的余热利用模式，实现能源与负荷的品位匹配。

34、(2)提高余热利用效率：在低温环境下，系统能够最大限度地提高余热利用效率，改善热泵的制热能效与制热能力。

35、(3)低温适应性增强：系统特别设计了多种运行模式以适应低温环境，有效保障了电动汽车在极端低温环境下的热管理需求，且可有效解决低温环境下热泵的结霜问题，提高热泵低温能效。

36、(4)提高电池性能：在低温环境中，系统通过热泵加热或回收电机电控余热加热电池，提高电池温度，改善电池输出能力，同时降低电池加热导致的能量消耗。

37、(5)系统集成度高：应用三介质换热器实现夏季供冷和冬季供热，降低了系统换热级数，同时减少了系统部件数量，提高了整车热系统集成度、降低了系统载重。

38、(6)多样化热管理需求、智能化控制、环境适应性强且安全性提升：系统能够满足电动汽车乘员舱、电池、电机电控多样化的热管理需求；系统通过智能控制策略，根据实时监测数据自动切换运行模式，提高系统的响应速度和控制精度；系统的设计考虑了不同季节和不同环境温度下的运行情况，具有很好的环境适应性；通过维持电池和电机电控等关键部件在适宜的温度范围内运行，系统有助于提升电动汽车的运行安全性。