[发明专利]一种多热源热泵型电动汽车热管理系统

说明书

本发明提供一种多热源热泵型电动汽车热管理系统，仅通过控制五个简单阀门，即可以满足六个温度工况及三个行驶工况的全工况需求。本发明采用空气源热泵结合水环热泵的方式，由空气源、系统余热、少量电能提供低温热源，形成多热源热泵，可以实现不同低温工况的需求，并有效提高能源利用效率；在极端低温工况下，切换成水环热泵模式运行，可以避免由空气源热泵造成的如无法运行热泵、结霜等一系列问题。本发明将乘员舱热管理、电池热管理、动力总成热管理三个子系统进行有机整合，阀门控制可操作性强、组成部件结构紧凑、集成度高；其中，乘员舱热管理系统采用水冷冷凝器作为制冷回路的放热装置，可以解决目前使用冷凝器普遍存在的问题。

技术领域

本发明涉及电动汽车热管理系统，尤其是涉及一种多热源热泵型电动汽车热管理系统。

背景技术

电动汽车的发展在应对全球变暖和减少全球汽车污染方面起重要作用。因此，电动汽车是汽车产业未来发展的主要趋势。随着电动汽车的迅猛发展，其续航能力、电池寿命、安全性、舒适性、高效性等问题开始突显，成为掣肘电动汽车发展的重要因素。作为电动汽车核心组成部件，电池、电机、电控单元、空调系统与上述问题密切相关，而对其性能影响最大的因素是温度。电动汽车热管理系统是乘员舱、电池和动力总成的集成温控系统，主要分为三部分：乘员舱热管理子系统(空调制冷与制热)、电池热管理子系统(电池冷却与加热)、动力总成热管理子系统(电机与电控冷却)，作用是保证乘客的舒适度及驾驶安全，控制电池、电机、电控等动力部件工作在合理的温度范围内。

对于电动汽车乘员舱热管理子系统，冬季低温制热是关键难点。与传统燃油车不同，电动汽车没有发动机余热为制热系统提供热源。目前，绝大部分电动汽车采用风热PTC进行制热，其能效比始终小于1，需要消耗电功率达5kW甚至以上才能保证车内热舒适要求，部分车型在采用风热PTC进行制热时续航里程衰减了30％～50％，严重增加了乘客里程焦虑。热泵系统能效比始终大于1，是替代风热PTC制热的优良方案。目前，绝大部分有关热泵系统应用于电动汽车的技术仅采用空气源热泵。然而，现有技术中采用空气源热泵的电动汽车普遍存在以下问题：

(1)压缩机在低温下吸气温度低，导致系统效率低、功耗大、制热性能差，在极端低温下甚至无法运行；

(2)车外蒸发器容易结霜甚至结冰，但除霜困难，严重影响换热效率；

(3)能量有效利用率低，无法有效利用电机、电控、电池产生的余热；

(4)舒适性差，除霜模式下需要切换到制冷模式，但除霜时间较长，严重影响热舒适性。

为解决上述问题，虽然近年来逐渐出现水环热泵应用于电动汽车相关的技术。然而，现有技术中采用水环热泵的情况，会造成高压侧传热阻力增加，导致冷凝温度增加、热效率降低。

目前，绝大部分电动汽车热管理系统技术各个子系统相互独立、集成度低，导致车内空间利用率低，电机、电控发热量和电池余热未能得到有效利用。少数即使考虑到上述问题，但系统管路连接复杂、容易出故障、满足工况有限，对能量利用方式较为简单。另外，绝大部分电动汽车热管理系统技术缺乏一些必要场景应用的考虑，例如：高温下高效冷却、低温下高效制热等。因此，如何解决乘员舱热管理、电池热管理、动力总成热管理三个子系统及整车热管理系统存在的固有问题，成为目前电动汽车热管理技术研究的重点。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种多热源热泵型电动汽车热管理系统，将乘员舱热管理、电池热管理、动力总成热管理三个子系统进行有机整合，采用空气源热泵结合水环热泵的方式，由空气源、系统余热、少量电能提供低温热源，形成多热源热泵。冬季低温工况下，根据环境温度，通过阀门控制可以切换空气源热泵、空气源-水环多热源热泵、水环热泵三种模式，实现能源利用最大化。其中，在极端低温工况下，切换成水环热泵模式运行，可以避免由空气源热泵造成的一系列问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：