多模式冷媒直冷型新能源汽车热管理机组及其控制方法转让专利
申请号 : CN202011504140.4
文献号 : CN112549902B
文献日 : 2022-02-01
发明人 : 陈佳恒 , 王定标
申请人 : 郑州大学
摘要 :
权利要求 :
1.多模式冷媒直冷型新能源汽车热管理机组,其特征在于,包括压缩机,压缩机出口连接采暖换热器制冷剂侧入口,采暖换热器制冷剂侧出口连接第二四通换向阀的第一接口,第二四通换向阀的第二接口连接第一四通换向阀的第四接口,第一四通换向阀的第二接口连接车外侧换热器一端,车外侧换热器另一端分别连接第一单向阀入口和第一电子膨胀阀出口;
第一单向阀出口和第一电子膨胀阀入口汇合后连接第二电子膨胀阀入口,第二电子膨胀阀出口连接车内冷芯体入口,车内冷芯体的一侧安装有车内风机,车内冷芯体出口连接第二四通换向阀的第四接口,第二四通换向阀的第三接口连接电池冷板一端,电池冷板另一端连接第三单向阀入口和第三电子膨胀阀出口,第三单向阀出口和第三电子膨胀阀入口汇合后连接第二电子膨胀阀入口;
所述第二四通换向阀的第四接口连接气液分离器的第一入口,气液分离器出口连接压缩机入口,气液分离器的第二入口连接第一四通换向阀的第一接口,第一四通换向阀的第三接口连接第二单向阀入口,第二单向阀出口与第一单向阀出口、第一电子膨胀阀入口、第三电子膨胀阀入口、第三单向阀出口汇合后连接第二电子膨胀阀入口;
所述多模式冷媒直冷型新能源汽车热管理机组还包括冷却液循环回路,冷却液循环回路由采暖换热器、水泵、电加热器、车内暖芯体连接而成,所述采暖换热器冷却液侧出口连接水泵入口,水泵出口连接电加热器入口,电加热器出口连接车内暖芯体入口,车内暖芯体出口连接采暖换热器冷却液侧入口。
2.权利要求1所述的热管理机组的控制方法,其特征在于,所述控制方法通过调节第一四通换向阀、第二四通换向阀、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀、第三电子膨胀阀来切换工作模式,工作模式包括单乘员舱制冷模式、单电池制冷模式、乘员舱制冷+电池制冷模式、单乘员舱制热模式、单电池制热模式、乘员舱制热+电池制热模式、乘员舱制热+电池制冷模式、单乘员舱除湿模式、乘员舱除湿+电池制冷模式和乘员舱除湿+电池制热模式,第一四通换向阀和第二四通换向阀包括换向阀模式A和换向阀模式B两种模式,其中换向阀模式A为四通换向阀的第一接口与第二接口内部导通、第三接口与第四接口内部导通,换向阀模式B为四通换向阀的第一接口与第三接口内部导通、第二接口与第四接口内部导通;
(1)单乘员舱制冷模式:当仅乘员舱空调制冷功能开启,电池管理系统未请求电池制冷或制热时,系统启动单乘员舱制冷模式,工作参数控制为:压缩机开启,第一四通换向阀切换至换向阀模式B,车外侧换热器风机开启,第一电子膨胀阀关闭,第二电子膨胀阀开启并根据工况调节开度,车内风机开启,第二四通换向阀切换至换向阀模式A,水泵关闭,电加热器关闭,第三电子膨胀阀关闭;
(2)单电池制冷模式:当乘员舱空调制冷、制热和除湿功能均未开启,电池管理系统请求电池制冷时,系统启动单电池制冷模式,工作参数控制为:压缩机开启,第一四通换向阀切换至换向阀模式B,车外侧换热器风机开启,第一电子膨胀阀关闭,第二电子膨胀阀关闭,车内风机关闭,第二四通换向阀切换至换向阀模式A,水泵关闭,电加热器关闭,第三电子膨胀阀开启并根据工况调节开度;
(3)乘员舱制冷+电池制冷模式:当乘员舱空调制冷功能开启,电池管理系统请求电池制冷时,系统启动乘员舱制冷+电池制冷模式,工作参数控制为:压缩机开启,第一四通换向阀切换至换向阀模式B,车外侧换热器风机开启,第一电子膨胀阀关闭,第二电子膨胀阀开启并根据工况调节开度,车内风机开启,第二四通换向阀切换至换向阀模式A,水泵关闭,电加热器关闭,第三电子膨胀阀开启并根据工况调节开度;
(4)单乘员舱制热模式:当仅乘员舱空调制热功能开启,电池管理系统未请求电池制冷或制热时,系统启动单乘员舱制热模式,工作参数控制为:压缩机开启,第一四通换向阀切换至换向阀模式A,车外侧换热器风机开启,第一电子膨胀阀开启并根据工况调节开度,第二电子膨胀阀关闭,车内风机开启,第二四通换向阀切换至换向阀模式A,水泵开启,第三电子膨胀阀关闭,若采暖换热器制热量不足,电加热器可根据需求开启;
(5)单电池制热模式:当仅乘员舱空调制冷、制热和除湿功能均未开启,电池管理系统请求电池制热时,系统启动单电池制热模式,工作参数控制为:压缩机开启,第一四通换向阀切换至换向阀模式A,车外侧换热器风机开启,第一电子膨胀阀开启并根据工况调节开度,第二电子膨胀阀关闭,车内风机关闭,第二四通换向阀切换至换向阀模式B,水泵关闭,电加热器关闭第三电子膨胀阀关闭;
(6)乘员舱制热+电池制热模式:当乘员舱空调制热功能开启,电池管理系统请求电池制热时,系统启动乘员舱制热+电池制热模式,工作参数控制为:压缩机开启,第一四通换向阀切换至换向阀模式A,车外侧换热器风机开启,第一电子膨胀阀开启并根据工况调节开度,第二电子膨胀阀关闭,车内风机开启,第二四通换向阀切换至换向阀模式B,水泵开启,第三电子膨胀阀关闭,若采暖换热器制热量不足,电加热器可根据需求开启;
(7)乘员舱制热+电池制冷模式:当乘员舱空调制热功能开启,电池管理系统请求电池制冷时,系统启动乘员舱制热+电池制冷模式,工作参数控制为:压缩机开启,第一四通换向阀切换至换向阀模式A,车外侧换热器风机关闭,第一电子膨胀阀关闭,第二电子膨胀阀关闭,车内风机开启,第二四通换向阀切换至换向阀模式A,水泵开启,第三电子膨胀阀开启并根据工况调节开度,若采暖换热器制热量不足,电加热器可根据需求开启;
(8)单乘员舱除湿模式:当仅乘员舱除湿功能开启,电池管理系统未请求电池制冷或制热时,系统启动单乘员舱除湿模式,工作参数控制为:压缩机开启,第一四通换向阀切换至换向阀模式A,车外侧换热器风机关闭,第一电子膨胀阀关闭,第二电子膨胀阀开启并根据工况调节开度,车内风机开启,第二四通换向阀切换至换向阀模式A,水泵开启,电加热器关闭,第三电子膨胀阀关闭;
(9)乘员舱除湿+电池制冷模式:当仅乘员舱除湿功能开启,电池管理系统请求电池制冷时,系统启动乘员舱除湿+电池制冷模式,工作参数控制为:压缩机开启,第一四通换向阀切换至换向阀模式B,车外侧换热器风机开启,第一电子膨胀阀关闭,第二电子膨胀阀开启并根据工况调节开度,车内风机开启,第二四通换向阀切换至换向阀模式A,水泵开启,电加热器关闭,第三电子膨胀阀开启并根据工况调节开度;
(10)乘员舱除湿+电池制热模式:当仅乘员舱除湿功能开启,电池管理系统请求电池制热时,系统启动乘员舱除湿+电池制热模式,工作参数控制为:压缩机开启,第一四通换向阀切换至换向阀模式A,车外侧换热器风机开启,第一电子膨胀阀开启并根据工况调节开度,第二电子膨胀阀开启并根据工况调节开度,车内风机开启,第二四通换向阀切换至换向阀模式B,水泵开启,第三电子膨胀阀关闭,若采暖换热器制热量不足,电加热器可根据需求开启。
说明书 :
多模式冷媒直冷型新能源汽车热管理机组及其控制方法
技术领域
背景技术
减小,电池的容量和使用寿命也会大幅衰减,在严重情况下甚至可能引起电池自燃。在低温
工况下,电池的允许充放电电流严重降低,甚至不能进行正常充放电,否则会产生析锂风
险,造成电池容量和寿命的严重衰减。
其中自然冷却方式成本低、结构简单,但冷却效果较差,适用于发热量较小、环境温和以及
对电池寿命要求不高的车辆。冷却液液冷方式则是通过驱动冷却液流过电池冷板与电池进
行换热,其结构相对复杂,成本较高,但是冷却效果较好,目前基本上能够满足常规新能源
汽车的电池冷却需求。但是,随着汽车动力电池容量的不断增大,普及超级快充技术已成为
必然的发展趋势,这会带来电池产热速率的剧烈增大,给电池热管理系统的稳定性和可靠
性带来了更大的挑战。另一方面,当动力电池自身温度较低时,则需要对电池进行加热,目
前通常采用电池表面外敷加热膜或冷却液液热方式进行,其中电加热膜加热方式成本低、
加热速率快、能耗小,但是维修成本高,且存在加热膜脱落自燃的安全风险,目前已在逐步
淘汰过程中。冷却液液热方式是通过加热器加热冷却液,再驱动冷却液对电池进行加热的
方式,安全性高,温度均匀性较好,但是结构复杂、成本较高、加热能耗大。
等多种优点,同时可有效降低电池热管理系统的复杂度和成本,目前已成为汽车动力电池
热管理机组的主要发展路径之一,在宝马i3、奔驰S400等部分车型上已有应用。但是目前冷
媒直冷型热管理机组是在原有的液冷机组的基础上,将原有的液冷换热器替换为冷媒直冷
电池冷板而成,基本结构沿袭了原有的液冷机组的构型,存在一些固有的缺陷尚未克服。目
前已有的冷媒直冷型热管理机组可在乘员舱制冷条件下实现电池的冷媒直接冷却功能,但
是不具备电池冷媒直接加热功能,电池需要另外配备电加热膜或液热系统,结构复杂,成本
高。并且在乘员舱制热模式下也无法实现电池制冷,无法进行电池余热回收,整车能量利用
率低。另外,已有的冷媒直冷型热管理机组通常采用多个电磁阀进行制冷剂流动路径的切
换,这会造成系统复杂度和成本的升高,不利于冷媒直冷技术的应用和推广。
发明内容
控制方法。
换向阀的第二接口连接第一四通换向阀的第四接口,第一四通换向阀的第二接口连接车外
侧换热器一端,车外侧换热器另一端分别连接第一单向阀入口和第一电子膨胀阀出口;
连接第二四通换向阀的第四接口,第二四通换向阀的第三接口连接电池冷板一端,电池冷
板另一端连接第三单向阀入口和第三电子膨胀阀出口,第三单向阀出口和第三电子膨胀阀
入口汇合后连接第二电子膨胀阀入口;
的第三接口连接第二单向阀入口,第二单向阀出口与第一单向阀出口、第一电子膨胀阀入
口、第三电子膨胀阀入口、第三单向阀出口汇合后连接第二电子膨胀阀入口。
冷却液侧出口连接水泵入口,水泵出口连接电加热器入口,电加热器出口连接车内暖芯体
入口,车内暖芯体出口连接采暖换热器冷却液侧入口。
乘员舱制冷模式、单电池制冷模式、乘员舱制冷+电池制冷模式、单乘员舱制热模式、单电池
制热模式、乘员舱制热+电池制热模式、乘员舱制热+电池制冷模式、单乘员舱除湿模式、乘
员舱除湿+电池制冷模式和乘员舱除湿+电池制热模式,第一四通换向阀和第二四通换向阀
包括换向阀模式A和换向阀模式B两种模式,其中换向阀模式A为四通换向阀的第一接口与
第二接口内部导通、第三接口与第四接口内部导通,换向阀模式B为四通换向阀的第一接口
与第三接口内部导通、第二接口与第四接口内部导通;
阀切换至换向阀模式B,车外侧换热器风机开启,第一电子膨胀阀关闭,第二电子膨胀阀开
启并根据工况调节开度,车内风机开启,第二四通换向阀切换至换向阀模式A,水泵关闭,电
加热器关闭,第三电子膨胀阀关闭;
向阀切换至换向阀模式B,车外侧换热器风机开启,第一电子膨胀阀关闭,第二电子膨胀阀
关闭,车内风机关闭,第二四通换向阀切换至换向阀模式A,水泵关闭,电加热器关闭,第三
电子膨胀阀开启并根据工况调节开度;
换向阀切换至换向阀模式B,车外侧换热器风机开启,第一电子膨胀阀关闭,第二电子膨胀
阀开启并根据工况调节开度,车内风机开启,第二四通换向阀切换至换向阀模式A,水泵关
闭,电加热器关闭,第三电子膨胀阀开启并根据工况调节开度;
阀切换至换向阀模式A,车外侧换热器风机开启,第一电子膨胀阀开启并根据工况调节开
度,第二电子膨胀阀关闭,车内风机开启,第二四通换向阀切换至换向阀模式A,水泵开启,
第三电子膨胀阀关闭,若采暖换热器制热量不足,电加热器可根据需求开启;
换向阀切换至换向阀模式A,车外侧换热器风机开启,第一电子膨胀阀开启并根据工况调节
开度,第二电子膨胀阀关闭,车内风机关闭,第二四通换向阀切换至换向阀模式B,水泵关
闭,电加热器关闭,第三电子膨胀阀关闭;
换向阀切换至换向阀模式A,车外侧换热器风机开启,第一电子膨胀阀开启并根据工况调节
开度,第二电子膨胀阀关闭,车内风机开启,第二四通换向阀切换至换向阀模式B,水泵开
启,第三电子膨胀阀关闭,若采暖换热器制热量不足,电加热器可根据需求开启;
换向阀切换至换向阀模式A,车外侧换热器风机关闭,第一电子膨胀阀关闭,第二电子膨胀
阀关闭,车内风机开启,第二四通换向阀切换至换向阀模式A,水泵开启,第三电子膨胀阀开
启并根据工况调节开度,若采暖换热器制热量不足,电加热器可根据需求开启;
换至换向阀模式A,车外侧换热器风机关闭,第一电子膨胀阀关闭,第二电子膨胀阀开启并
根据工况调节开度,车内风机开启,第二四通换向阀切换至换向阀模式A,水泵开启,电加热
器关闭,第三电子膨胀阀关闭;
向阀切换至换向阀模式B,车外侧换热器风机开启,第一电子膨胀阀关闭,第二电子膨胀阀
开启并根据工况调节开度,车内风机开启,第二四通换向阀切换至换向阀模式A,水泵开启,
电加热器关闭,第三电子膨胀阀开启并根据工况调节开度;
向阀切换至换向阀模式A,车外侧换热器风机开启,第一电子膨胀阀开启并根据工况调节开
度,第二电子膨胀阀开启并根据工况调节开度,车内风机开启,第二四通换向阀切换至换向
阀模式B,水泵开启,第三电子膨胀阀关闭,若采暖换热器制热量不足,电加热器可根据需求
开启。
热+电池制热模式、乘员舱制热+电池制冷模式、单乘员舱除湿模式、乘员舱除湿+电池制冷
模式和乘员舱除湿+电池制热模式,工作模式的切换通过调节第一四通换向阀、第二四通换
向阀、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀、第三电子膨胀阀来完成。
附图说明
风机;110‑车内冷芯体;111‑车内暖芯体;112‑第二四通换向阀;113‑采暖换热器;114‑水
泵;115‑电加热器;116‑第三电子膨胀阀;117‑第三单向阀;118‑电池冷板。
具体实施方式
一接口⑤,第二四通换向阀112的第二接口⑥连接第一四通换向阀103的第四接口④,第一
四通换向阀103的第二接口②连接车外侧换热器104一端,车外侧换热器104另一端分别连
接第一单向阀105入口和第一电子膨胀阀106出口。
机109,车内冷芯体110出口连接第二四通换向阀112的第四接口⑧,第二四通换向阀112的
第三接口⑦连接电池冷板118一端,电池冷板118另一端连接第三单向阀117入口和第三电
子膨胀阀116出口,第三单向阀117出口和第三电子膨胀阀116入口汇合后连接第二电子膨
胀阀108入口。
接口①,第一四通换向阀103的第三接口③连接第二单向阀107入口,第二单向阀107出口与
第一单向阀105出口、第一电子膨胀阀106入口、第三电子膨胀阀116入口、第三单向阀117出
口汇合后连接第二电子膨胀阀108入口。
液侧出口连接水泵114入口,水泵114出口连接电加热器115入口,电加热器115出口连接车
内暖芯体111入口,车内暖芯体111出口连接采暖换热器113冷却液侧入口。
模式包括单乘员舱制冷模式、单电池制冷模式、乘员舱制冷+电池制冷模式、单乘员舱制热
模式、单电池制热模式、乘员舱制热+电池制热模式、乘员舱制热+电池制冷模式、单乘员舱
除湿模式、乘员舱除湿+电池制冷模式和乘员舱除湿+电池制热模式。第一四通换向阀103和
第二四通换向阀112包括换向阀模式A和换向阀模式B两种模式,其中换向阀模式A为四通换
向阀的第一接口与第二接口内部导通、第三接口与第四接口内部导通,换向阀模式B为四通
换向阀的第一接口与第三接口内部导通、第二接口与第四接口内部导通。
向阀103切换至换向阀模式B,车外侧换热器104风机开启,第一电子膨胀阀106关闭,第二电
子膨胀阀108开启并根据工况调节开度,车内风机109开启,第二四通换向阀112切换至换向
阀模式A,水泵114关闭,电加热器115关闭,第三电子膨胀阀116关闭。
换向阀103切换至换向阀模式B,车外侧换热器104风机开启,第一电子膨胀阀106关闭,第二
电子膨胀阀108关闭,车内风机109关闭,第二四通换向阀112切换至换向阀模式A,水泵114
关闭,电加热器115关闭,第三电子膨胀阀116开启并根据工况调节开度。
四通换向阀103切换至换向阀模式B,车外侧换热器104风机开启,第一电子膨胀阀106关闭,
第二电子膨胀阀108开启并根据工况调节开度,车内风机109开启,第二四通换向阀112切换
至换向阀模式A,水泵114关闭,电加热器115关闭,第三电子膨胀阀116开启并根据工况调节
开度。
向阀103切换至换向阀模式A,车外侧换热器104风机开启,第一电子膨胀阀106开启并根据
工况调节开度,第二电子膨胀阀108关闭,车内风机109开启,第二四通换向阀112切换至换
向阀模式A,水泵114开启,第三电子膨胀阀116关闭,若采暖换热器制热量不足,电加热器
115可根据需求开启。
通换向阀103切换至换向阀模式A,车外侧换热器104风机开启,第一电子膨胀阀106开启并
根据工况调节开度,第二电子膨胀阀108关闭,车内风机109关闭,第二四通换向阀112切换
至换向阀模式B,水泵114关闭,电加热器115关闭,第三电子膨胀阀116关闭。
四通换向阀103切换至换向阀模式A,车外侧换热器104风机开启,第一电子膨胀阀106开启
并根据工况调节开度,第二电子膨胀阀108关闭,车内风机109开启,第二四通换向阀112切
换至换向阀模式B,水泵114开启,第三电子膨胀阀116关闭,若采暖换热器制热量不足,电加
热器115可根据需求开启。
四通换向阀103切换至换向阀模式A,车外侧换热器104风机关闭,第一电子膨胀阀106关闭,
第二电子膨胀阀108关闭,车内风机109开启,第二四通换向阀112切换至换向阀模式A,水泵
114开启,第三电子膨胀阀116开启并根据工况调节开度,若采暖换热器制热量不足,电加热
器115可根据需求开启。
103切换至换向阀模式A,车外侧换热器104风机关闭,第一电子膨胀阀106关闭,第二电子膨
胀阀108开启并根据工况调节开度,车内风机109开启,第二四通换向阀112切换至换向阀模
式A,水泵114开启,电加热器115关闭,第三电子膨胀阀116关闭。
通换向阀103切换至换向阀模式B,车外侧换热器104风机开启,第一电子膨胀阀106关闭,第
二电子膨胀阀108开启并根据工况调节开度,车内风机109开启,第二四通换向阀112切换至
换向阀模式A,水泵114开启,电加热器115关闭,第三电子膨胀阀116开启并根据工况调节开
度。
通换向阀103切换至换向阀模式A,车外侧换热器104风机开启,第一电子膨胀阀106开启并
根据工况调节开度,第二电子膨胀阀108开启并根据工况调节开度,车内风机109开启,第二
四通换向阀112切换至换向阀模式B,水泵114开启,第三电子膨胀阀116关闭,若采暖换热器
制热量不足,电加热器115可根据需求开启。