阀系统和热管理系统的制作方法

1.本公开涉及一种阀系统和包含该阀系统的热管理系统。


背景技术：

2.随着人们对环境保护的日渐重视，电动汽车得到了越来越广泛的应用。电动汽车通过储存电能来实现续航和驾驶，从而用户直接在家即可实现充电等操作。为了确保车辆的安全和舒适的乘车体验，需要在温度较高或较低时对汽车的动力电池及乘客舱进行热管理以帮助动力电池和乘客舱保持在合适的温度。例如，既不能让电池长时间处于低温状态而造成无意义的电量损耗，又不能让电池长时间处于高温状态以避免发生爆炸事故，影响人身安全。
3.为了使电动汽车的充电更为方便快速，提高驾驶员和乘客的使用体验，现有的电动汽车要具备快速充电能力，这需要提高充电功率以达到缩短充电时间的目的。然而，快速充电模式对动力电池的热管理提出了新的挑战，因为在动力电池的充电过程中会产生大量的热，造成电池温度的升高。充电速度越快，电池的产热功率和温升越大。过高的温度不仅会增加电池的内阻，还会加速电池的老化，缩短电池的使用寿命。严重时，过高的温度还会导致电池热失控和热扩散，威胁车内乘客的生命安全。因此，需要采用合适的技术将电池在超快速充电过程中产生的热量导出，限制电池的温升。


技术实现要素：

4.因此，本公开之目的是提供一种阀系统和包含该阀系统的热管理系统，所述阀系统具有简单的结构和连接方式，使得包含其的热管理系统可以实现车辆快充模式下高效的热管理，具有改善的制冷性能。
5.本公开涉及一种阀系统，所述阀系统包括膨胀阀、阀模块、第一端口、第二端口、第三端口、第四端口和第五端口；其中，所述第一端口与第二端口之间具有第一流路；所述膨胀阀设置在所述第一流路上；所述阀模块与所述第三端口、第四端口和第五端口分别连通，并且还与所述第一端口连通。
6.在一实施方式中，所述第一流路上设置有第一接合点；所述阀模块与所述第一接合点连通，并通过所述第一接合点与所述第一端口连通。
7.在一实施方式中，所述第一接合点位于所述膨胀阀与所述第一端口之间。
8.在一实施方式中，所述第一端口和所述第二端口之间还具有第二流路；所述第二流路并联于所述第一流路，并且与所述第一流路分别连接于所述膨胀阀的两侧；所述阀模块设置在所述第二流路上。
9.在一实施方式中，所述第一流路上设置有第一接合点和第二接合点；所述第一接合点和所述第二接合点分别位于所述膨胀阀的两侧；
10.所述第二流路与所述第一流路分别连接于所述第一接合点和所述第二接合点。
11.在一实施方式中，所述第二接合点与所述第二端口重合。
12.在一实施方式中，所述阀模块为多通阀。
13.在一实施方式中，所述阀模块包括第一截止阀、第二截止阀、第三接合点、第四接合点和单向阀；其中，所述第一截止阀设置于所述第一端口与所述第三接合点之间；所述第三接合点与所述第五端口连通；所述第二截止阀设置于第四端口与所述第四接合点之间；所述第四接合点与所述第三端口连通；所述单向阀设置于所述第三接合点与所述第四接合点之间，且允许流体从所述第四接合点朝向所述第三接合点单向流动。
14.在一实施方式中，所述阀模块包括第一三通阀、中间接合点和第二三通阀；所述第一三通阀的三个端口与所述第一端口、所述第二端口和所述中间接合点分别连通；所述中间接合点与所述第五端口连通；所述第二三通阀的三个端口与所述中间接合点、所述第三端口和所述第四端口分别连通。
15.本公开还涉及一种热管理系统，包括第一换热器、第二换热器和中间换热器，所述热管理系统还包括如上文所述的阀系统；其中，所述阀系统的第一端口连接至所述第一换热器的出口；所述阀系统的第二端口连接至所述第二换热器的入口；所述阀系统的第三端口连接至所述第二换热器的出口；所述阀系统的第四端口连接至所述中间换热器的低压侧的入口；所述阀系统的第五端口连接至所述中间换热器的高压侧的入口。
16.本公开的阀系统和热管理系统的优势在于，所述热管理系统能够使用简单的管路连接实现较多的模式，并且各个模式之间的切换方便自由；通过使用所述阀系统将第一换热器、第二换热器以及中间换热器连接在制冷剂回路中，所述热管理系统可以实现车辆快充模式下的高效的热管理，具有提升的制冷性能。
附图说明
17.为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下文中将对本公开实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本公开的一些实施例，而非将本公开的全部实施例限制于此。附图中：
18.图1示出了根据本公开的一个实施例的车辆的热管理系统的阀系统的示意图；
19.图2示出了根据本公开的另一个实施例的车辆的热管理系统的阀系统的示意图；
20.图3示出了根据本公开的又一个实施例的车辆的热管理系统的阀系统的示意图；
21.图4示出了根据本公开的一个实施例的车辆的热管理系统的示意图；
22.图5示出了根据本公开的一个实施例的车辆的热管理系统的ac模式的示意图；
23.图6示出了根据本公开的一个实施例的车辆的热管理系统的ac除湿模式的示意图；
24.图7示出了根据本公开的一个实施例的车辆的热管理系统的ac-换热器模式的示意图；
25.图8示出了根据本公开的一个实施例的车辆的热管理系统的换热器模式的示意图；
26.图9示出了根据本公开的一个实施例的车辆的热管理系统的热泵除湿模式的示意图；
27.图10示出了根据本公开的一个实施例的车辆的热管理系统的空气源热泵模式的示意图；
28.图11示出了根据本公开的一个实施例的车辆的热管理系统的水源热泵模式的示意图；
29.图12示出了根据本公开的一个实施例的车辆的热管理系统的电机余热回收/电机自发热模式的示意图；
30.图13示出了根据本公开的一个实施例的车辆的热管理系统的余热回收模式的示意图；
31.图14示出了根据本公开的一个实施例的车辆的热管理系统的hvwh加热电池模式的示意图；
32.图15示出了根据本公开的一个实施例的车辆的热管理系统的串联模式的示意图；
33.图16示出了根据本公开的另一个实施例的车辆的热管理系统的示意图；
34.图17示出了根据本公开的另一个实施例的车辆的热管理系统的ac模式/ac除湿模式的示意图；
35.图18示出了根据本公开的另一个实施例的车辆的热管理系统的ac-换热器模式的示意图；
36.图19示出了根据本公开的另一个实施例的车辆的热管理系统的换热器模式的示意图；
37.图20示出了根据本公开的另一个实施例的车辆的热管理系统的超级快充模式的示意图；
38.图21示出了根据本公开的另一个实施例的车辆的热管理系统的水源热泵/电机热回收模式的示意图；
39.图22示出了根据本公开的另一个实施例的车辆的热管理系统的水源热泵除湿/电机热回收模式的示意图；
40.图23示出了根据本公开的另一个实施例的车辆的热管理系统的空气源热泵模式的示意图；
41.图24示出了根据本公开的另一个实施例的车辆的热管理系统的空气源热泵电机热回收/电机自发热模式的示意图；
42.图25示出了根据本公开的另一个实施例的车辆的热管理系统的空气源热泵电机、电池余热回收模式的示意图；
43.图26示出了根据本公开的另一个实施例的车辆的热管理系统的水源热泵电机、电池余热回收模式的示意图；
44.图27示出了根据本公开的另一个实施例的车辆的热管理系统的hvwh加热电机/电机余热加热乘客舱模式的示意图；
45.图28示出了根据本公开的另一个实施例的车辆的热管理系统的hvwh加热电池模式的示意图；和
46.图29示出了根据图16的热管理系统的变型。
具体实施方式
47.为了使得本公开的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本公开具体实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的
附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
48.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”、“包含”或者“具有”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“连通”等类似的词语并非限定于附图中所示的物理的或者机械的连接或连通，而是可以包括与其等效的连接或连通，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
49.下面参考图1至29详细描述根据本公开的实施例的用于车辆的热管理系统及其阀系统的各个实施方式。根据本公开的阀系统和热管理系统可以用于新能源汽车，例如电动汽车，混合动力汽车等。
50.如图1至3所示，根据本公开的用于车辆的热管理系统的阀系统可以具有不同的实现方式，并且所述阀系统可以连接在热管理系统的各个部件之间。如图1至3所示，阀系统100包括膨胀阀101、阀模块102、第一端口v1、第二端口v2、第三端口v3、第四端口v4和第五端口v5。所述端口可以为实际的元件端口，也可以指连接管路上的某处位置。第一端口v1与第二端口v2之间具有第一流路l1，膨胀阀101设置在第一流路l1上。阀模块102与第三端口v3、第四端口v4和第五端口v5分别连通，并且还与第一端口v1连通。
51.此外，如图1至3所示，所述第一流路l1上设置有第一接合点103，所述阀模块102与第一接合点103连通，并通过第一接合点103与第一端口v1连通。本文所述的接合点可以为实际的不同管路连接的点。例如，所述第一接合点103可以位于膨胀阀101与第一端口v1之间。
52.如图1和3所示，所述第一端口v1和第二端口v2之间还具有第二流路l2。第二流路l2并联于第一流路l1，并且与第一流路l1分别连接于膨胀阀101的两侧。阀模块102设置在第二流路l2上。
53.此外，在一些实施方式中，第一流路l1上设置有第一接合点103和第二接合点104，第一接合点103和第二接合点104分别位于膨胀阀101的两侧。第二流路l2与第一流路l1分别连接于第一接合点103和第二接合点104。图3明确示出了这种实施方式的一个示例，当然，其他变型也是可能的。如图1所示，优选地，第二接合点104可以与第二端口v2重合。
54.参见图1至3可知，阀模块102可以有多种实现方式，例如通过不同的阀元件的组合来实现，但是本公开不限于图中所示这些。
55.如图1所示，阀模块102可以为多通阀。具体来说，阀模块102可以为五通阀。图1中的五通阀的五个端口与上述阀系统的五个端口v1至v5分别连通，五通阀内部的流通将参照后面的附图进行解释。另外，图1中的膨胀阀101可以为具有节流和关闭功能的膨胀阀，例如为针阀。
56.在上文所述阀系统连接在热管理系统中时，阀系统可以具有多种工作模式，例如
四种工作模式，即第一至第四工作模式。在第一工作模式下，所述阀系统的第一端口v1和第二端口v2之间是导通的，第三端口v3与第五端口v5之间是导通的，第四端口v4不导通，且膨胀阀101导通。在第二工作模式下，所述阀系统的第一端口v1和第二端口v2之间是导通的，第三端口v3与第五端口v5之间是导通的，第四端口v4不导通，且膨胀阀101不导通。在第三工作模式下，所述阀系统的第一端口v1和第五端口v5之间是导通的，第三端口v3与第四端口v4之间是导通的，第二端口v2不导通，且膨胀阀101导通。在第四工作模式下，所述阀系统的第一端口v1和第五端口v5之间是导通的，第三端口v3与第四端口v4之间是导通的，第二端口v2不导通，且膨胀阀101不导通。通过设置不同的工作模式，可以简单便捷地实现热管理系统的多种热管理模式。
57.如图2所示，阀模块102可以包括第一截止阀108、第二截止阀109、第三接合点105、第四接合点106和单向阀110。第一截止阀108设置于第一端口v1与第三接合点105之间。第三接合点105与第五端口v5连通。第二截止阀109设置于第四端口v4与第四接合点106之间。第四接合点106与第三端口v3连通。单向阀110设置于第三接合点105与第四接合点106之间，且允许流体从第四接合点106朝向第三接合点105单向流动。也就是说，单向阀110允许流体由第三端口v3朝向第五端口v5或第一端口v1流动，而不允许流体由第一端口v1或第五端口v5朝向第三端口v3流动。例如，来自于第一端口v1的流体在第一接合点103处可以分成两路，这两路中的一路通过第一流路l1流经膨胀阀101而流至第二端口v2，另一路流至阀模块102，然后流向第五端口v5。图2中的膨胀阀101可以为球阀，具有全开、节流和关闭的功能；其中，全开功能是指流体可以以不节流的状态流经膨胀阀101。
58.如图3所示，阀模块102包括第一三通阀111、中间接合点107和第二三通阀112。第一三通阀111的三个端口与第一端口v1、第二端口v2和中间接合点107分别连通。中间接合点107与第五端口v5连通。第二三通阀112的三个端口与中间接合点107、第三端口v3和第四端口v4分别连通。例如，来自于第一端口v1的流体在第一接合点103处可以分成两路，这两路中的一路通过第一流路l1流经膨胀阀101而流至第二端口v2，另一路通过第二流路l2流至阀模块102，然后流向第三端口v3、第四端口v4、第五端口v5。图3中的膨胀阀101可以为具有节流和关闭功能的膨胀阀，例如为针阀。
59.上文所述的图1至3的阀系统可以应用于热管理系统中，除了上述阀系统外，所述热管理系统还可以包括至少三台换热器，如图4中的第一换热器2、第二换热器4和中间换热器8，或者如图16中的第一换热器2’、第二换热器10’和中间换热器4’。如图4中所示，阀系统的第一端口v1连接至所述第一换热器2的出口；阀系统的第二端口v2连接至第二换热器4的入口；阀系统的第三端口v3连接至第二换热器4的出口；阀系统的第四端口v4连接至中间换热器8的低压侧的入口；阀系统的第五端口v5连接至中间换热器8的高压侧的入口。如图16中所示，阀系统的第一端口v1连接至所述第一换热器2’的出口；阀系统的第二端口v2连接至第二换热器10’的入口；阀系统的第三端口v3连接至第二换热器10’的出口；阀系统的第四端口v4连接至中间换热器4’的低压侧的入口；阀系统的第五端口v5连接至中间换热器4’的高压侧的入口。所述第一换热器可以为水冷冷凝器，由wcds表示。所述第二换热器可以为蒸发器-冷凝器，其既可以作为蒸发器使用，也可以作为冷凝器使用，由eva-cds或ecds表示。应注意的是，本文所述的图4和16中的端口可以不是实际的端口，可以为管线上的某个位置。
60.本公开的阀系统可以将第一换热器、第二换热器和中间换热器连接在热管理系统中，提升了热管理系统的制冷性能，可以实现车辆快充模式下高效的热管理，并且具有简单的结构和连接方式。
61.下面结合图4至15描述根据本公开的一个实施例的热管理系统的各个操作模式。
62.如图4所示，热管理系统包括位于上部的制冷剂回路和位于下部的冷却液回路。制冷剂例如为氟利昂，冷却液例如为水和乙醇的混合液体。
63.制冷剂回路可以具有压缩机1，其可以将制冷剂压缩为高温高压的制冷剂气体。制冷剂回路还具有可以为水冷冷凝器的第一换热器2、可以为蒸发器-冷凝器的第二换热器4、中间换热器(ihx)8和蒸发器12，由压缩机输出的高温高压的制冷剂气体在第一换热器2处进行换热处理可以得到高温的制冷剂液体，第二换热器4可以对其进行进一步的换热，制冷剂液体在中间换热器8进行更进一步的换热处理，然后进入蒸发器12中进行蒸发吸热，制冷剂再然后经由中间换热器8流回压缩机1。在第一换热器2的出口侧的线路上或者其下游可以设置有干燥瓶3，其用于过滤制冷剂中的杂质以及干燥环境。在中间换热器8的高压侧(图中中间换热器8的下部)的出口处的线路上或其下游还设置有各种阀9、10，例如膨胀阀。例如，阀9设置于蒸发器12入口侧的线路上，阀10设置于第三换热器11(例如，chiller)的入口侧的线路上。此外，制冷剂回路还具有一接合点22，其为扩展连接点，可以连接至另外的蒸发器，从而将系统扩展为双蒸系统。进一步，图4中的制冷剂回路上还可以设置有各种传感器，它们由p+t、p表示，用来测量制冷剂的温度或压力。
64.此外，制冷剂回路还包括五通阀6和膨胀阀5，二者对应于图1所示的阀系统。所述膨胀阀5对应于图1的阀系统的膨胀阀101，并且具有导通和不导通两种状态。所述五通阀6具有标为p1、p2、p3、p4、p5的五个端口，这五个端口分别与图1所示的阀系统的第一至第五端口v1至v5相关联，并且这五个端口之间的导通状态与阀系统的第一至第五端口v1至v5之间的导通状态是一致的。图4中使用v1至v5示意性地示出了与图1的阀系统的第一至第五端口v1至v5分别对应的位置。此外，图4中还使用l1和l2示意性地示出了第一流路l1和第二流路l2。所述五通阀6具有两种工作状态，即第一工作状态和第二工作状态。在第一工作状态下，五通阀6的p1端口与p2端口之间是导通的，p3端口与p5端口之间是导通的，p4端口不导通。在第二工作状态下，五通阀6的p1端口与p5端口之间是导通的，p3端口与p4端口之间是导通的，p2端口不导通。通过设置五通阀6的不同端口之间的导通，可以简单方便地实现制冷剂回路的各种连接方式。
65.冷却液回路可以包括第一换热器2，所述第一换热器2为上述制冷剂回路的水冷冷凝器，还包括水加热器15、暖风装置14、多个泵13、三通阀16、包括电机和微控制单元(microcontroller unit；mcu)等的电机组件17、冷却液单向阀18、低温散热器19、电池组件20以及第三换热器11(例如，chiller)。水加热器15用于加热流经其的冷却液。水加热器15和暖风装置14可以用于对车辆的乘员舱进行加热。当需要对乘员舱进行加热时，如果暖风装置14吹出的暖风温度没有达到用户设置的温度，还可以开启水加热器15对冷却液进行加热，使得流至暖风装置14的冷却液的温度更高，从而有助于提高暖风温度，促进乘员舱的升温。冷却液回路还可以选择性地包括储液罐7，其可以连接至泵13的上游。
66.此外，冷却液回路还包括七通阀21，其具有标为a、b、c、g、h、k、m的七个端口。所述七通阀21具有四种操作状态，即第一操作状态、第二操作状态、第三操作状态和第四操作状
态。在第一操作状态下，七通阀21的c端口与h端口之间是导通的，七通阀21的b端口与k端口之间是导通的，七通阀21的a端口与m端口之间是导通的，并且七通阀21的g端口不导通。在第二操作状态下，七通阀21的c端口与b端口之间是导通的，七通阀21的h端口与k端口之间是导通的，七通阀21的a端口与m端口之间是导通的，并且七通阀21的g端口不导通。在第三操作状态下，七通阀21的c端口与b端口之间是导通的，七通阀21的g端口与k端口之间是导通的，七通阀21的a端口与m端口之间是导通的，并且七通阀21的h端口不导通。在第四操作状态下，七通阀21的c端口与m端口之间是导通的，七通阀21的h端口与k端口之间是导通的，七通阀21的a端口与b端口之间是导通的，并且七通阀21的g端口不导通。通过设置七通阀21的不同端口之间的导通，可以简单方便地实现冷却液回路的各种连接方式。
67.如图5所示，热管理系统处于ac模式。在该模式下，冷却液回路的七通阀21处于第一操作状态，制冷剂回路的五通阀6处于第一工作状态，并且膨胀阀5不导通。因此，图5中所示对应于相应阀系统的第二工作模式。在该模式下，第一换热器2和第二换热器4串联在制冷剂回路中，第二换热器4可以充当冷凝器，可以提高制冷效果。此外，蒸发器12工作，而第三换热器11不工作。
68.如图6所示，热管理系统处于ac除湿模式。在该模式下，冷却液回路的七通阀21处于第一操作状态，制冷剂回路的五通阀6处于第二工作状态，并且膨胀阀5不导通。因此，图6中所示对应于相应阀系统的第四工作模式。在该模式下，第二换热器4的流路被断开，制冷剂流经第一换热器2，而不流经第二换热器4，因此可以用于制冷需求不高的除湿模式。此外，蒸发器12工作。
69.如图7所示，热管理系统处于ac-换热器模式。在该模式下，冷却液回路的七通阀21处于第一操作状态，制冷剂回路的五通阀6处于第一工作状态，并且膨胀阀5不导通。因此，图7中所示对应于相应阀系统的第二工作模式。此外，蒸发器12工作，并且第三换热器11也工作，可以为电池组件20降温。在该模式下，第一换热器2和第二换热器4串联在制冷剂回路中，第二换热器4可以充当冷凝器，因此可以提高制冷效果。因此，该模式也可以用于车辆的超级快充时为电池降温。
70.如图8所示，热管理系统处于换热器模式。在该模式下，冷却液回路的七通阀21处于第一操作状态，制冷剂回路的五通阀6处于第一工作状态，并且膨胀阀5不导通。因此，图8中所示对应于相应阀系统的第二工作模式。此外，第三换热器11工作，可以为电池组件20降温，而蒸发器12不工作。
71.如图9所示，热管理系统处于热泵除湿模式。在该模式下，冷却液回路的七通阀21处于第一操作状态，制冷剂回路的五通阀6处于第二工作状态，并且膨胀阀5导通。因此，图9中所示对应于相应阀系统的第三工作模式。此外，蒸发器12和第三换热器11工作，并且暖风装置14工作，水加热器15可以工作。
72.如图10所示，热管理系统处于空气源热泵模式。在该模式下，冷却液回路的七通阀21处于第四操作状态，制冷剂回路的五通阀6处于第二工作状态，并且膨胀阀5导通。因此，图10中所示对应于相应阀系统的第三工作模式。此外，蒸发器12不工作。第一换热器2和第二换热器4串联使用，并且第二换热器4可以充当蒸发器从外界吸热。
73.如图11所示，热管理系统处于水源热泵模式。在该模式下，冷却液回路的七通阀21处于第四操作状态，制冷剂回路的五通阀6处于第二工作状态，并且膨胀阀5不导通。因此，
图11中所示对应于相应阀系统的第四工作模式。此外，第三换热器11工作，蒸发器12不工作。
74.如图12所示，热管理系统处于电机余热回收/电机自发热模式。在该模式下，冷却液回路的七通阀21处于第四操作状态，制冷剂回路的五通阀6处于第二工作状态，并且膨胀阀5导通。因此，图12中所示对应于相应阀系统的第三工作模式。此外，第三换热器11工作，并且蒸发器12工作。电机组件17产生的热量可以在第三换热器11处传递给制冷剂回路。
75.如图13所示，热管理系统处于余热回收模式。在该模式下，冷却液回路的七通阀21处于第三操作状态，制冷剂回路的五通阀6处于第二工作状态，并且膨胀阀5可以导通或不导通。因此，图13中所示对应于相应阀系统的第三工作模式或第四工作模式。此外，第三换热器11工作，而蒸发器12不工作，低温散热器19被旁路。电机组件17和电池组件20产生的热量可以在第三换热器11处传递给制冷剂回路。
76.如图14所示，热管理系统处于hvwh加热电池模式，hvwh(high voltage water heater)是高压水加热器的简称。在该模式下，冷却液回路的七通阀21处于第三操作状态，制冷剂回路的五通阀6处于第二工作状态，并且膨胀阀5导通。因此，图14中所示对应于相应阀系统的第三工作模式。此外，蒸发器12不工作，第三换热器11工作，低温散热器19被旁路，水加热器15工作以加热电池。
77.如图15所示，热管理系统处于串联模式。在该模式下，冷却液回路的七通阀21处于第二操作状态，制冷剂回路的五通阀6处于第二工作状态，并且膨胀阀5导通。因此，图15中所示对应于相应阀系统的第三工作模式。此外，蒸发器12不工作，第三换热器11工作。电机组件17、电池组件20、低温散热器19、以及第三换热器11串联在冷却液回路中。在第三换热器11处，冷却液回路中的热量可以传递至制冷剂回路。
78.如上文所述，具有图1所示阀系统的热管理系统的连接简单，可以实现各种热管理模式，并且还可以实现车辆快充模式下高效的热管理，具有改善的制冷性能。
79.下面结合图16至28描述根据本公开的另一个实施例的热管理系统的各个操作模式。
80.如图16所示，热管理系统同样包括位于上部的制冷剂回路和位于下部的冷却液回路。
81.图16所示的制冷剂回路同样可以具有压缩机1’，其可以将制冷剂压缩为高温高压的制冷剂气体。制冷剂回路还具有可以为水冷冷凝器(wcds)的第一换热器2’、可以为蒸发器-冷凝器的第二换热器10’、中间换热器(ihx)4’和蒸发器8’。在第一换热器2’的出口侧的线路上或者其下游可以设置有干燥瓶3’。在中间换热器4’的高压侧的出口与蒸发器8’之间还设置有阀5’，例如膨胀阀。此外，制冷剂回路还具有第三换热器9’(例如，chiller)处设置的阀6’，其例如为膨胀阀。进一步，图16中的制冷剂回路上还可以设置有各种传感器(s或p或t)11’、12’、13’，它们由p+t、t、p表示，用来测量制冷剂的温度或压力。
82.此外，制冷剂回路还包括图2所示的阀系统。具体来说，制冷剂回路还包括膨胀阀7’、第一截止阀15’、第二截止阀16’和单向阀14’。此外，图16中还示意性地标出了阀系统的第一端口v1至第五端口v5在热管理系统中的示意性位置，以及阀系统的第一接合点103、第三接合点105、第四接合点106的示意性位置。第一截止阀15’设置于第一端口v1与第三接合点105之间。第三接合点105与第五端口v5连通。第二截止阀16’设置于第四端口v4与第四接
合点106之间。第四接合点106与第三端口v3连通。单向阀14’设置于第三接合点105与第四接合点106之间，且允许流体从第四接合点106朝向第三接合点105单向流动。应注意，图16所示的热管理系统中的五个端口v1至v5，尤其是v1、v2、v3不是实际的端口。
83.冷却液回路可以包括第一换热器2’，所述第一换热器2’为上述制冷剂回路的水冷冷凝器，还包括水加热器18’、暖风装置19’、多个泵25’、三通阀22’、包括电机和微控制单元(microcontroller unit；mcu)等的电机组件20’、冷却液单向阀24’、低温散热器17’、电池组件21’以及第三换热器9’(例如，chiller)。进一步，图16中的冷却液回路上还可以设置有传感器(t)26’，用来测量冷却液的温度。
84.此外，冷却液回路还包括九通阀23’，其具有标为1至9的九个端口。所述九通阀23’具有六种操作状态，即第一操作状态、第二操作状态、第三操作状态、第四操作状态、第五操作状态和第六操作状态。在第一操作状态下，九通阀23’的1端口与4端口之间是导通的，6端口与8端口之间是导通的，9端口与7端口之间是导通的，5端口与2端口之间是导通的，并且3端口不导通。在第二操作状态下，九通阀23’的1端口与4端口之间是导通的，6端口与8端口之间是导通的，9端口与2端口之间是导通的，5端口与7端口之间是导通的，并且3端口不导通。在第三操作状态下，九通阀23’的1端口与4端口之间是导通的，6端口与8端口之间是导通的，5端口与7端口之间是导通的，9端口与3端口之间是导通的，并且2端口不导通。在第四操作状态下，九通阀23’的1端口与8端口之间是导通的，6端口与4端口之间是导通的，5端口与7端口之间是导通的，9端口与2端口之间是导通的，并且3端口不导通。在第五操作状态下，九通阀23’的1端口与8端口之间是导通的，6端口与4端口之间是导通的，5端口与7端口之间是导通的，9端口与3端口之间是导通的，并且2端口不导通。在第六操作状态下，九通阀23’的1端口与4端口之间是导通的，6端口与8端口之间是导通的，9端口与7端口之间是导通的，5端口与3端口之间是导通的，并且2端口不导通。通过设置九通阀23’的不同端口之间的导通，可以简单方便地实现冷却液回路的各种连接方式。
85.如图17所示，热管理系统处于ac模式/ac除湿模式。在该模式下，冷却液回路的九通阀23’处于第一操作状态，第一截止阀15’打开(第一端口v1和第五端口v5之间是导通的)，膨胀阀7’关闭(第二端口v2不导通)，第二截止阀16’关闭。此外，蒸发器8’工作，而第三换热器9’不工作。本文中不导通的管线由浅色线表示。
86.如图18所示，热管理系统处于ac-换热器模式。在该模式下，冷却液回路的九通阀23’处于第一操作状态，第一截止阀15’打开(第一端口v1和第五端口v5之间是导通的)，膨胀阀7’关闭(第二端口v2不导通)，第二截止阀16’关闭。此外，蒸发器8’工作，并且第三换热器9’也工作，可以为电池组件21’降温。
87.如图19所示，热管理系统处于换热器模式。在该模式下，冷却液回路的九通阀23’处于第一操作状态，第一截止阀15’打开(第一端口v1和第五端口v5之间是导通的)，膨胀阀7’关闭(第二端口v2不导通)，第二截止阀16’关闭(第四端口v4不导通)。此外，第三换热器9’工作，可以为电池组件21’降温，而蒸发器8’不工作。
88.如图20所示，热管理系统处于超级快充模式。在该模式下，冷却液回路的九通阀23’处于第一操作状态，第一截止阀15’关闭，膨胀阀7’打开(制冷剂可以不节流的流经膨胀阀7’，第一端口v1和第二端口v2之间是导通的)，第二截止阀16’关闭(第四端口v4不导通)，单向阀14’打开(第三端口v3与第五端口v5之间是导通的)。此外，第三换热器9’工作，可以
为电池组件21’降温，而蒸发器8’不工作。第一换热器2’和第二换热器10’串联在制冷剂回路中，第二换热器10’可以充当冷凝器，可以提高制冷效果。通过使用两个冷凝器，可以高效地为电池降温。
89.如图21所示，热管理系统处于水源热泵/电机热回收模式。在该模式下，冷却液回路的九通阀23’处于第四操作状态，第一截止阀15’打开(第一端口v1和第五端口v5之间是导通的)，膨胀阀7’关闭(第二端口v2不导通)，第二截止阀16’关闭，单向阀14’关闭。此外，蒸发器8’不工作，第三换热器9’工作。电机组件20’与第三换热器9’串联，冷却液的热量可以在第三换热器9’处传递至制冷剂回路。
90.如图22所示，热管理系统处于水源热泵除湿/电机热回收模式。在该模式下，冷却液回路的九通阀23’处于第四操作状态，第一截止阀15’打开(第一端口v1和第五端口v5之间是导通的)，膨胀阀7’关闭(第二端口v2不导通)，第二截止阀16’关闭，单向阀14’关闭。此外，蒸发器8’和第三换热器9’工作。电机组件20’与第三换热器9’串联，冷却液的热量可以在第三换热器9’处传递至制冷剂回路。
91.如图23所示，热管理系统处于空气源热泵模式。在该模式下，冷却液回路的九通阀23’处于第四操作状态，第一截止阀15’关闭，膨胀阀7’打开(第一端口v1和第二端口v2之间是导通的)，第二截止阀16’打开(第三端口v3和第四端口v4之间是导通的)，单向阀14’关闭(第三端口v3与第五端口v5之间不导通)。此外，第三换热器9’工作，而蒸发器8’不工作。第一换热器2’和第二换热器10’串联在制冷剂回路中，第二换热器10’可以充当蒸发器。
92.如图24所示，热管理系统处于空气源热泵电机热回收/电机自发热模式。在该模式下，冷却液回路的九通阀23’处于第五操作状态，第一截止阀15’打开(第一端口v1和第五端口v5之间是导通的)，膨胀阀7’打开(第一端口v1和第二端口v2之间是导通的)，第二截止阀16’打开(第三端口v3和第四端口v4之间是导通的)，单向阀14’关闭(第三端口v3与第五端口v5之间不导通)。此外，第三换热器9’工作，而蒸发器8’不工作，低温散热器17’被旁路。电机组件20’与第三换热器9’串联，冷却液中的热量可以在第三换热器9’处传递至制冷剂回路。
93.如图25所示，热管理系统处于空气源热泵电机、电池余热回收模式。在该模式下，冷却液回路的九通阀23’处于第三操作状态，第一截止阀15’打开(第一端口v1和第五端口v5之间是导通的)，膨胀阀7’打开(第一端口v1和第二端口v2之间是导通的)，第二截止阀16’打开(第三端口v3和第四端口v4之间是导通的)，单向阀14’关闭(第三端口v3与第五端口v5之间不导通)。此外，第三换热器9’工作，而蒸发器8’不工作，低温散热器17’被旁路。电机组件20’、电池组件21’与第三换热器9’串联，冷却液的热量可以在第三换热器9’处传递至制冷剂回路。
94.如图26所示，热管理系统处于水源热泵电机、电池余热回收模式。在该模式下，冷却液回路的九通阀23’处于第二操作状态，第一截止阀15’打开(第一端口v1和第五端口v5之间是导通的)，膨胀阀7’关闭(第二端口v2不导通)，第二截止阀16’关闭，单向阀14’关闭。此外，第三换热器9’工作，而蒸发器8’不工作。电机组件20’、电池组件21’、低温散热器17’与第三换热器9’串联，冷却液中的热量可以在第三换热器9’处传递至制冷剂回路。
95.如图27所示，热管理系统处于hvwh加热电机/电机余热加热乘客舱模式。该模式下，冷却液回路的九通阀23’处于第六操作状态，第一截止阀15’打开(第一端口v1和第五端
口v5之间是导通的)，膨胀阀7’关闭(第二端口v2不导通)，第二截止阀16’关闭，单向阀14’关闭。此外，第三换热器9’工作，而蒸发器8’不工作，低温散热器17’被旁路。水加热器18’可以工作以加热电机，或者电机组件20’的热量可以用于加热乘客舱。
96.如图28所示，热管理系统处于hvwh加热电池模式。该模式下，冷却液回路的九通阀23’处于第四操作状态，第一截止阀15’打开(第一端口v1和第五端口v5之间是导通的)，膨胀阀7’关闭(第二端口v2不导通)，第二截止阀16’关闭，单向阀14’关闭。此外，第三换热器9’工作，而蒸发器8’不工作。水加热器18’与电池组件21’串联，因此可以用于加热电池。
97.如上文所述，具有图2所示阀系统的热管理系统的连接简单，可以实现各种热管理模式，并且还可以实现车辆快充模式下高效的热管理，具有改善的制冷性能。
98.针对图16所示的热管理系统，图29示出了一种变型。图29所示的制冷剂回路同样可以具有压缩机1”，可以为水冷冷凝器(wcds)的第一换热器2”，中间换热器(ihx)4”，蒸发器8”，干燥瓶3”，阀5”和6”，传感器(s或p或t)11”、12”、13”。图29所示的冷却液回路同样可以包括第一换热器2”，水加热器18”、暖风装置19”、多个泵25”、三通阀22”、电机组件20”、冷却液单向阀24”、低温散热器17”、电池组件21”，第三换热器9”(例如，chiller)，传感器(t)26”。此外，冷却液回路也包括九通阀23”，其具有标为1至9的九个端口。所述九通阀23”也具有如上文所述的六种操作状态。图29所示的热管理系统与图16所示的热管理系统的区别主要在于使用冷却装置来代替即蒸发器-冷凝器，也就是说，图29中的第二换热器10”仅可以作为冷凝器使用，而不能用作蒸发器。此外，图29中的制冷剂回路使用三通阀15”，而不是图16中的截止阀15’和膨胀阀7’，并且图29中的制冷剂回路没有设置连接至中间换热器4”的低压侧的入口的流路。图29所示的热管理系统也可以实现多种热管理模式，尤其是具有超级快充模式。
99.如上文所述，本公开的热管理系统能够使用简单的管路连接实现较多的模式，并且各个模式之间的切换方便自由。此外，通过使用上文所述的阀系统将第一换热器、第二换热器以及中间换热器连接在制冷剂回路中，本公开的热管理系统可以实现车辆快充模式下的高效的热管理，具有提升的制冷性能。
100.上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本公开之目的为准。

技术特征：
1.一种阀系统，其特征在于，所述阀系统(100)包括膨胀阀(101)、阀模块(102)、第一端口(v1)、第二端口(v2)、第三端口(v3)、第四端口(v4)和第五端口(v5)；其中，所述第一端口(v1)与第二端口(v2)之间具有第一流路(l1)；所述膨胀阀(101)设置在所述第一流路(l1)上；所述阀模块(102)与所述第三端口(v3)、第四端口(v4)和第五端口(v5)分别连通，并且还与所述第一端口(v1)连通。2.根据权利要求1所述的阀系统，其特征在于，所述第一流路(l1)上设置有第一接合点(103)；所述阀模块(102)与所述第一接合点(103)连通，并通过所述第一接合点(103)与所述第一端口(v1)连通。3.根据权利要求2所述的阀系统，其特征在于，所述第一接合点(103)位于所述膨胀阀(101)与所述第一端口(v1)之间。4.根据权利要求1所述的阀系统，其特征在于，所述第一端口(v1)和所述第二端口(v2)之间还具有第二流路(l2)；所述第二流路(l2)并联于所述第一流路(l1)，并且与所述第一流路(l1)分别连接于所述膨胀阀(101)的两侧；所述阀模块(102)设置在所述第二流路(l2)上。5.根据权利要求4所述的阀系统，其特征在于，所述第一流路(l1)上设置有第一接合点(103)和第二接合点(104)；所述第一接合点(103)和所述第二接合点(104)分别位于所述膨胀阀(101)的两侧；所述第二流路(l2)与所述第一流路(l1)分别连接于所述第一接合点(103)和所述第二接合点(104)。6.根据权利要求5所述的阀系统，其特征在于，所述第二接合点(104)与所述第二端口(v2)重合。7.根据权利要求1或2所述的阀系统，其特征在于，所述阀模块(102)为多通阀。8.根据权利要求1所述的阀系统，其特征在于，所述阀模块(102)包括第一截止阀(108、15’)、第二截止阀(109、16’)、第三接合点(105)、第四接合点(106)和单向阀(110、14’)；其中，所述第一截止阀(108、15’)设置于所述第一端口(v1)与所述第三接合点(105)之间；所述第三接合点(105)与所述第五端口(v5)连通；所述第二截止阀(109、16’)设置于第四端口(v4)与所述第四接合点(106)之间；所述第四接合点(106)与所述第三端口(v3)连通；以及所述单向阀(110、14’)设置于所述第三接合点(105)与所述第四接合点(106)之间，且允许流体从所述第四接合点(106)朝向所述第三接合点(105)单向流动。9.根据权利要求1所述的阀系统，其特征在于，所述阀模块(102)包括第一三通阀(111)、中间接合点(107)和第二三通阀(112)；所述第一三通阀(111)的三个端口与所述第一端口(v1)、所述第二端口(v2)和所述中间接合点(107)分别连通；所述中间接合点(107)与所述第五端口(v5)连通；所述第二三通阀(112)的三个端口与所述中间接合点(107)、所述第三端口(v3)和所述第四端口(v4)分别连通。10.一种热管理系统，包括第一换热器(2、2’)、第二换热器(4、10’)和中间换热器(8、
4’)，其特征在于，所述热管理系统包括如权利要求1至9中任一项所述的阀系统；其中，所述阀系统的第一端口(v1)连接至所述第一换热器(2、2’)的出口；所述阀系统的第二端口(v2)连接至所述第二换热器(4、10’)的入口；所述阀系统的第三端口(v3)连接至所述第二换热器(4、10’)的出口；所述阀系统的第四端口(v4)连接至所述中间换热器(8、4’)的低压侧的入口；以及所述阀系统的第五端口(v5)连接至所述中间换热器(8、4’)的高压侧的入口。

技术总结
本公开提供了一种阀系统和热管理系统。所述阀系统包括膨胀阀、阀模块、第一端口、第二端口、第三端口、第四端口和第五端口；其中，所述第一端口与第二端口之间具有第一流路；所述膨胀阀设置在所述第一流路上；所述阀模块与所述第三端口、第四端口和第五端口分别连通，并且还与所述第一端口连通。还与所述第一端口连通。还与所述第一端口连通。


技术研发人员：万轩臣 王文锋
受保护的技术使用者：法雷奥汽车空调湖北有限公司
技术研发日：2023.01.10
技术公布日：2023/7/28