一种可变制冷次序的电动汽车热管理系统及控制方法

1.本发明有关一种可变制冷次序的电动汽车热管理系统及控制方法，属于电动汽车整车热管理技术领域。


背景技术：

2.近年来，随着电动汽车的快速发展，热管理技术在提升车辆驾乘安全，促进多系统集成增效等方面发挥着越来越重要的作用。当前，基于制冷剂多相换热的直冷直热技术得到了不断研究和应用，而用于动力电池冷却或加热的蒸发冷板与空调蒸发器所组成的典型双系统对于整车热安全、乘员舒适性、能量利用效率等具有十分重要的作用。因此，对于双系统的集成形式及控制策略也就需要进行综合考虑。
3.动力电池的蒸发冷板与空调蒸发器常见的集成形式为并联结构，这种结构具有系统运行阻力小，控制灵活等优势，但需要两套节流装置，并且与压缩机需要进行协调控制。串联结构由于可以只用一套节流装置就能实现双制冷系统的节流膨胀过程，因此具有较高的
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效率和热力学完善度，可以综合利用系统的制冷能力来同时满足双系统各自的温控要求，从而获得较高的能效系数，也是一种值得考虑的结构形式。
4.在电动汽车实际的应用环境中，由于季候变化及工况差异导致空调和动力电池具有不同的热管理要求。例如在炎热的夏季，空调系统需要大量冷量来满足乘员的舒适性要求，同时蒸发冷板也需要一定的冷量保证动力电池的工作温度处于合理的工作范围；当电动汽车在快充及爬坡行驶时，此时需要大量冷量来应对动力电池的急速温升，而空调系统的制冷需求较小；当车辆处于驻车工况时，此时空调需要大量冷量来满足乘员的制冷需求，而动力电池由于热负荷较小，只需要很小的冷量来满足其基本的需求即可。因此，空调系统和动力电池的集成化热管理应充分考虑到工况条件和环境等方面的因素。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种可变制冷次序的电动汽车热管理系统及控制方法，具有并联与串联两种结构形式，可根据不同的季候条件及应用场景选择不同的结构形式。在高温高湿、驻车和快充、爬坡等工况下通过三通阀改变空调系统与蒸发冷板的制冷优先级，实现各系统传热温差与制冷量的主动控制，在满足各系统热管理要求的前提下获得较高的能量利用效率。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括空调系统、动力电池热管理系统，具体包括，压缩机、冷凝器及风扇总成、制冷剂储液罐、第一调节阀、第一膨胀阀、空调蒸发器及风扇总成、第二调节阀、第二膨胀阀、动力电池包、蒸发冷板、第一三通阀、第二三通阀、气液分离器、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀。
7.在本发明较佳的实施例中，可通过改变调节阀与电磁阀的开度状态、三通阀的制冷剂流向来实现各种热管理模式，包括空调单独制冷，动力电池单独制冷，并联制冷，串联
制冷。
8.在本发明较佳的实施例中，当车辆外侧入口空气温度在21℃以上、35℃以下时，且动力电池充放电倍率小于1c时，此种工况为比较常见的热管理工况，空调和动力电池均具有制冷需求。在这种工况下采用并联制冷模式，通过调整压缩机转速和布置在各支路上的调节阀的开度来实现各自的温控目标。
9.在本发明较佳的实施例中，空调蒸发器与蒸发冷板以串联形式连接时，由于制冷剂在换热管道中受到流动阻力的作用，其压力和温度沿管程方向是逐渐降低的，因此末端蒸发器相比前端蒸发器具有更低的蒸发压力和蒸发温度。当空调系统或动力电池的制冷优先级较高时，将其布置在末端可以获得相较于并联结构更大的传热温差和制冷能力。
10.在本发明较佳的实施例中，当车辆外侧入口空气温度大于35℃或空气相对湿度大于70%，且动力电池充放电倍率小于1c时，此时空调系统的热湿负荷较大，对乘员的驾乘舒适性有显著影响，而动力电池热负荷较小。在这种工况下，采用蒸发冷板前置、空调蒸发器后置的串联制冷模式来优先满足空调系统的热舒适性需求。
11.在本发明较佳的实施例中，当车辆处于驻车状态时，此时空调热负荷较大，需要较多的制冷量来保持车内的温度舒适性，而此时动力电池的热负荷很小，对制冷量的需求很低。因此，采用蒸发冷板前置、空调蒸发器后置的串联制冷模式。
12.在本发明较佳的实施例中，当动力电池充放电倍率大于1c或车辆在爬坡行驶时，此时动力电池内部由于大倍率的充放电或爬坡会聚集大量的热量，如果不能及时对其进行冷却，将会严重影响动力电池的工作性能，此时动力电池的制冷优先级要高于空调系统。因此，在这种工况条件下采用空调蒸发器前置、蒸发冷板后置的串联制冷模式，从而强化动力电池的热安全性。
13.在本发明较佳的实施例中，车辆热管理系统通过采集环境温度、动力电池温度、空调乘员舱温度、车速信号、油门踏板信号等信息，对系统运行工况进行识别和判断，使热管理系统及时作出响应，并启动不同的制冷模式。
14.在上述过程的实现中，通过利用三通阀、调节阀及电磁阀，实现多种热管理控制模式的灵活切换，在高温高湿环境、驻车、爬坡及动力电池快充等特殊工况下对动力电池或空调进行优先制冷，从而获得低温冷却效果。本发明提出的双系统制冷结构及控制方法，相较于传统的并联结构，更能满足电动汽车全气候条件和复杂的应用工况，提高动力电池的热安全和乘员的热舒适性。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
16.图1为本发明一种可变制冷次序的电动汽车热管理系统的结构形式；附图中的标号说明：压缩机（1）、冷凝器及风扇总成（2）、制冷剂储液罐（3）、第一调节阀（4）、第一膨胀阀（5）、空调蒸发器及风扇总成（6）、第二调节阀（7）、第二膨胀阀（8）、动力电池包（9）、蒸发
冷板（10）、第一三通阀（11）、第二三通阀（12）、气液分离器（13）、第一电磁阀（14）、第二电磁阀（15）、第三电磁阀（16）、第四电磁阀（17）、第五电磁阀（18）、第六电磁阀（19）。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.如附图1所示，本发明双制冷系统包括空调系统、动力电池热管理系统，具体地，压缩机（1）、冷凝器及风扇总成（2）、制冷剂储液罐（3）、第一调节阀（4）、第一膨胀阀（5）、空调蒸发器及风扇总成（6）、第二调节阀（7）、第二膨胀阀（8）、动力电池包（9）、蒸发冷板（10）、第一三通阀（11）、第二三通阀（12）、气液分离器（13）、第一电磁阀（14）、第二电磁阀（15）、第三电磁阀（16）、第四电磁阀（17）、第五电磁阀（18）、第六电磁阀（19）。
19.双制冷系统连接形式包括并联结构和串联结构，所述热管理模式包括空调单独制冷、动力电池单独制冷、并联制冷和串联制冷。
20.当空调单独制冷时，所述压缩机（1）、冷凝器及风扇总成（2）、制冷剂储液罐（3）、第一调节阀（4）、第一膨胀阀（5）、空调蒸发器及风扇总成（6）、第六电磁阀（19）、气液分离器（13）依次首尾连接，第二调节阀（7）、第一电磁阀（14）、第二电磁阀（15）、第三电磁阀（16）、第四电磁阀（17）、第五电磁阀（18）关闭；当动力电池单独制冷时，所述压缩机（1）、冷凝器及风扇总成（2）、制冷剂储液罐（3）、第二调节阀（7）、第二膨胀阀（8）、蒸发冷板（10）、第一电磁阀（14）、气液分离器（13）依次首尾连接，第一调节阀（4）、第二电磁阀（15）、第三电磁阀（16）、第四电磁阀（17）、第五电磁阀（18）、第六电磁阀（19）关闭；并联制冷时，所述压缩机（1）、冷凝器及风扇总成（2）、制冷剂储液罐（3）、第一调节阀（4）、第一膨胀阀（5）、空调蒸发器及风扇总成（6）、第六电磁阀（19）与第二调节阀（7）、第二膨胀阀（8）、蒸发冷板（10）、第一电磁阀（14）并联后经气液分离器（13）进入压缩机（1），第二电磁阀（15）、第三电磁阀（16）、第四电磁阀（17）、第五电磁阀（18）关闭；串联制冷时，根据空调蒸发器和蒸发冷板的制冷优先级顺序，分为空调蒸发器前置、蒸发冷板后置与蒸发冷板前置、空调蒸发器后置两种结构形式，具体地，空调蒸发器前置，所述压缩机（1）、冷凝器及风扇总成（2）、制冷剂储液罐（3）、第一调节阀（4）、第一膨胀阀（5）、空调蒸发器及风扇总成（6）、第五电磁阀（18）、第二三通阀（12）f-e、第一三通阀（11）b-a、第二电磁阀（15）、蒸发冷板（10）、第一电磁阀（14）、气液分离器（13）依次首尾连接，第二调节阀（7）、第三电磁阀（16）、第四电磁阀（17）、第六电磁阀（19）关闭；蒸发冷板前置，所述压缩机（1）、冷凝器及风扇总成（2）、制冷剂储液罐（3）、第二调节阀（7）、第二膨胀阀（8）、蒸发冷板（10）、第三电磁阀（16）、第二三通阀（12）d-e、第一三通阀（11）b-c、第四电磁阀（17）、空调蒸发器及风扇总成（6）、第六电磁阀（19）、气液分离器（13）依次首尾连接，第一调节阀（4）、第一电磁阀（14）、第二电磁阀（15）、第五电磁阀（18）关闭。

技术特征：
1.一种可变制冷次序的电动汽车热管理系统及控制方法，其特征在于，包括空调系统、动力电池热管理系统，具体地，压缩机（1）、冷凝器及风扇总成（2）、制冷剂储液罐（3）、第一调节阀（4）、第一膨胀阀（5）、空调蒸发器及风扇总成（6）、第二调节阀（7）、第二膨胀阀（8）、动力电池包（9）、蒸发冷板（10）、第一三通阀（11）、第二三通阀（12）、气液分离器（13）、第一电磁阀（14）、第二电磁阀（15）、第三电磁阀（16）、第四电磁阀（17）、第五电磁阀（18）、第六电磁阀（19）。2.根据权利要求1所述的一种可变制冷次序的电动汽车热管理系统及控制方法，其特征在于，所述双制冷系统连接形式包括并联结构和串联结构，可通过改变调节阀与电磁阀的开度状态、三通阀的制冷剂流向来实现各种热管理模式，包括空调单独制冷、动力电池单独制冷、并联制冷和串联制冷。3.根据权利要求1所述的一种可变制冷次序的电动汽车热管理系统及控制方法，其特征在于，当车辆外侧入口空气温度在21℃以上、35℃以下时，且动力电池充放电倍率小于1c时，热管理系统启动并联制冷模式。4.根据权利要求1所述的一种可变制冷次序的电动汽车热管理系统及控制方法，其特征在于，当车辆外侧入口空气温度大于35℃或空气相对湿度大于70%，且动力电池充放电倍率小于1c时，采用蒸发冷板前置、空调蒸发器后置的串联制冷模式。5.根据权利要求1所述的一种可变制冷次序的电动汽车热管理系统及控制方法，其特征在于，当车辆处于驻车状态时，采用蒸发冷板前置、空调蒸发器后置的串联制冷模式。6.根据权利要求1所述的一种可变制冷次序的电动汽车热管理系统及控制方法，其特征在于，当动力电池充放电倍率大于1c或车辆爬坡行驶时，采用空调蒸发器前置、蒸发冷板后置的串联制冷模式。

技术总结
本发明提供了一种可变制冷次序的电动汽车热管理系统及控制方法，涉及电动汽车整车热管理技术领域，包括空调系统与动力电池热管理系统，根据季候条件及不同的运行工况，实现双制冷系统并联与串联结构的灵活转换，在高温高湿、驻车和车辆快充、爬坡等运行工况下通过三通阀改变空调系统与电池热管理系统的制冷优先级，实现各系统传热温差与制冷量的主动控制，从而保证动力电池的热安全和驾乘人员的舒适性，提升电动汽车的续驶里程。提升电动汽车的续驶里程。提升电动汽车的续驶里程。


技术研发人员：高青 张学文 高淳 高源
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/7/4