本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車整車熱管理，具體涉及一種基于r290冷媒的間接式集成化熱管理系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、“熱管理”對(duì)于大部份傳統(tǒng)車消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，即陌生又無(wú)感。但到了純電汽車時(shí)代，由于電池成本很貴，電池的能耗成了車企和用戶關(guān)注的焦點(diǎn)，熱管理的重要性就被凸顯。整車熱管理系統(tǒng)，不管是給座艙調(diào)節(jié)溫度，還是給電池保溫，都會(huì)對(duì)能耗、續(xù)航產(chǎn)生了直接的影響，在媒體機(jī)構(gòu)冬季測(cè)試中，熱管理的好壞，通過(guò)續(xù)航的達(dá)成率和能耗的增加的比例可以直觀的顯現(xiàn)出來(lái)。

2、從用戶的角度來(lái)說(shuō)，電動(dòng)汽車時(shí)代熱管理系統(tǒng)主要的作用，體現(xiàn)在一內(nèi)一外。內(nèi)部是讓車內(nèi)溫度冬暖夏涼，比如給座椅和方向盤加熱，或者提前打開(kāi)空調(diào)等等——在快速調(diào)節(jié)座艙溫度的過(guò)程中，用多少時(shí)間達(dá)到指定的溫度、需要花費(fèi)多少能量，如何平衡很關(guān)鍵；外部是要確保電池處在適合工作的溫度——既不能太熱，會(huì)熱失控、起火；也不能太冷，電池溫度過(guò)低的時(shí)候，能量釋放受阻，對(duì)實(shí)際使用影響就是續(xù)航里程明顯下降。熱管理在冬季會(huì)更重要，因?yàn)榉乐篃崾Э卦陔姵卦O(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮得比較充分了，但在冬天，怎么花較少的能量讓電池處在最佳的工作溫度，就是熱管理要解決的重點(diǎn)問(wèn)題。

3、目前r134a是電動(dòng)汽車整車熱管理系統(tǒng)中主流的車用冷媒，例如cn109768351a公開(kāi)了一種動(dòng)力電池組r134a制冷劑直冷與熱管耦合冷卻系統(tǒng)，以進(jìn)一步提升電動(dòng)汽車電池包嚴(yán)苛工況下的換熱能力；但是，r134a存在溫室效應(yīng)系數(shù)大(gwp＝1430)、低溫制熱效果差等缺點(diǎn)，環(huán)境低于-10℃時(shí)系統(tǒng)基本無(wú)法正常運(yùn)行，不利于整車熱管理；且我國(guó)已加入并簽署《<蒙特利爾議定書(shū)>基加利修正案》，r134a將在未來(lái)逐步淘汰。

4、而r290具有溫室效應(yīng)低(gwp＝3)、低溫制熱效果好、單位質(zhì)量相變焓差大、充注量低、系統(tǒng)壓力與r134a相近、系統(tǒng)部件替代成本較低等優(yōu)勢(shì)，因此成為一種極具替代潛力的冷媒，但r290存在一定的可燃的風(fēng)險(xiǎn)，因此，電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)在使用r290冷媒時(shí)需要考慮如何降低其可燃性帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

5、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，亟需一種基于r290冷媒的間接式集成化熱管理系統(tǒng)及其控制方法，在使用性質(zhì)更加優(yōu)良的r290冷媒以優(yōu)化熱管理系統(tǒng)工作效率的同時(shí)，還能夠進(jìn)一步解決使用r290冷媒帶來(lái)的安全性風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題或缺陷，本發(fā)明提出了一種基于r290冷媒的間接式集成化熱管理系統(tǒng)及其控制方法，其中該系統(tǒng)可綜合管理電池回路、電驅(qū)系統(tǒng)及乘員艙環(huán)境的熱量，并與外界環(huán)境進(jìn)行能量交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池、電驅(qū)系統(tǒng)及乘員艙的溫度控制，使電池、電驅(qū)處于合適的工作溫度范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)電池高溫?zé)崾Э鼗蛉萘克p以及電驅(qū)系統(tǒng)退磁等問(wèn)題，進(jìn)一步提高整車的安全性以及使用壽命，同時(shí)還能夠滿足乘員艙熱舒適性的要求。此外通過(guò)水路的切換與流量的分配可實(shí)現(xiàn)電池或電驅(qū)系統(tǒng)余熱利用的工況，在冬季可提升系統(tǒng)效率。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種基于r290冷媒的間接式集成化熱管理系統(tǒng)，包括冷媒回路、乘員艙回路、電池回路、電驅(qū)系統(tǒng)回路、散熱器回路；上述各回路通過(guò)若干管道連接；并且，兩兩回路之間的管道上均設(shè)有至少一個(gè)的電子水泵；

3、管道內(nèi)流動(dòng)有冷卻液，所述電子水泵用于為冷卻液提供流動(dòng)的動(dòng)力；

4、管道上還設(shè)有若干三通閥，通過(guò)若干三通閥的組合及其切換能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻液流動(dòng)方向的調(diào)整和分配；

5、所述冷媒回路用于進(jìn)行制冷、制熱循環(huán)，實(shí)現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移，以滿足各個(gè)回路在不同工況下的制冷或制熱需求；

6、所述乘員艙回路用于控制電動(dòng)汽車乘員艙內(nèi)的溫濕度；

7、所述電池回路用于給電動(dòng)汽車、各回路以及電子水泵進(jìn)行供電；

8、所述電驅(qū)系統(tǒng)回路用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車運(yùn)行；

9、所述散熱器回路用于將各回路中產(chǎn)生的熱量散至環(huán)境中或從環(huán)境中吸收熱量。

10、本技術(shù)提出的一種基于r290冷媒的間接式集成化熱管理系統(tǒng)由冷媒回路、乘員艙回路、電池回路、電驅(qū)系統(tǒng)回路、散熱器回路組成；各回路間由一系列管路進(jìn)行連接，管路內(nèi)流動(dòng)冷卻液，流動(dòng)的動(dòng)力由電子水泵提供，回路間通過(guò)一系列三通閥的組合及其切換實(shí)現(xiàn)水路流動(dòng)方向的調(diào)整和分配以滿足不同工況的溫度需求。

11、本技術(shù)提出的一種基于r290冷媒的間接式集成化熱管理系統(tǒng)，所述冷媒回路不進(jìn)入乘員艙，只通過(guò)兩個(gè)板式換熱器中冷媒與冷卻液的換熱參與系統(tǒng)的熱量管理，并通過(guò)冷媒管路的集成化進(jìn)一步減少系統(tǒng)冷媒充注量，此種方案可以大大降低r290可燃性帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

12、優(yōu)選的，所述冷媒回路包括電動(dòng)壓縮機(jī)、四通閥、兩個(gè)板式換熱器、膨脹閥、氣液分離器，主要起到運(yùn)行制冷、制熱循環(huán)，實(shí)現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移；

13、所述電動(dòng)壓縮機(jī)的輸出端通過(guò)管路與四通閥一側(cè)的通孔連接；并且所述四通閥另一側(cè)的兩個(gè)通孔通過(guò)管路分別與兩個(gè)板式換熱器相連；所述兩個(gè)板式換熱器之間通過(guò)管路相連，且兩個(gè)板式換熱器之間的管路上設(shè)有膨脹閥；所述四通閥遠(yuǎn)離電動(dòng)壓縮機(jī)一側(cè)的最后一個(gè)通孔通過(guò)管路與氣液分離器連接，所述氣液分離器通過(guò)管路與電動(dòng)壓縮機(jī)的輸入端連接。

14、冷媒回路的工作模式為：通過(guò)一個(gè)板式換熱器吸收電池、電驅(qū)系統(tǒng)、乘員艙的熱量至冷媒并通過(guò)另一個(gè)板式換熱器將熱量排出至流向散熱器回路的冷卻液，冷卻液經(jīng)車外散熱器將熱量排至外界環(huán)境中。

15、優(yōu)選的，所述電動(dòng)壓縮機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)冷媒流動(dòng)并將冷媒壓縮成為高溫高壓的氣體；所述四通閥能夠控制所述冷媒的流向；所述板式換熱器之一能夠?qū)⒏邷馗邏旱睦涿綒怏w進(jìn)行冷凝放熱，并將冷媒轉(zhuǎn)化為液態(tài)或氣液混合物的形式，另一板式換熱器則通過(guò)液態(tài)或氣液混合態(tài)冷媒蒸發(fā)吸熱；所述膨脹閥能夠?qū)⒁簯B(tài)或氣液混合物形式的冷媒轉(zhuǎn)化為低溫低壓的液體或氣液混合物；所述氣液分離器能夠留存流入的液態(tài)冷媒，以避免液態(tài)冷媒進(jìn)入電動(dòng)壓縮機(jī)造成液擊損壞壓縮機(jī)。

16、優(yōu)選的，所述冷媒回路可通過(guò)四通閥實(shí)現(xiàn)冷媒流動(dòng)路徑的切換；所述膨脹閥具有雙向膨脹功能。

17、優(yōu)選的，冷媒只在所述冷媒回路內(nèi)循環(huán)，不直接參與其余各回路的熱管理，通過(guò)與板式換熱器內(nèi)的冷卻液換熱進(jìn)而間接實(shí)現(xiàn)各回路熱管理。

18、優(yōu)選的，所述冷媒回路可通過(guò)四通閥的切換，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)和冷凝過(guò)程在兩個(gè)板式換熱器上的切換，以滿足各個(gè)回路在不同工況下的制冷或制熱需求。

19、優(yōu)選的，所述乘員艙回路包括兩個(gè)車內(nèi)換熱器、風(fēng)機(jī)、包含風(fēng)道在內(nèi)的空調(diào)箱；所述空調(diào)箱的一側(cè)設(shè)有風(fēng)機(jī)，所述空調(diào)箱內(nèi)設(shè)有兩個(gè)車內(nèi)換熱器，并且兩個(gè)車內(nèi)換熱器分別位于兩段管道上。

20、其中一個(gè)車內(nèi)換熱器只走冷水，只應(yīng)用于除濕工況，另一個(gè)車內(nèi)換熱器則在不同工況下實(shí)現(xiàn)制熱和制冷的功能。在乘員艙存在制冷需求時(shí)，冷水流經(jīng)用于制熱和制冷的車內(nèi)換熱器，風(fēng)機(jī)吹過(guò)后形成冷風(fēng)，進(jìn)入乘員艙內(nèi)，此時(shí)用于除濕的車內(nèi)換熱器內(nèi)無(wú)水流經(jīng)過(guò)。在乘員艙存在制熱需求時(shí)，冷水流經(jīng)用于制熱和制冷的車內(nèi)換熱器，風(fēng)機(jī)吹過(guò)后形成熱風(fēng)，進(jìn)入乘員艙內(nèi)，此時(shí)用于除濕的車內(nèi)換熱器內(nèi)無(wú)水流經(jīng)過(guò)。在冬季處于制熱模式下，乘員艙易出現(xiàn)濕度較高的情況，為避免車內(nèi)玻璃起霧，乘員艙需要進(jìn)行除濕操作，此時(shí)用于除濕的車內(nèi)換熱器流入冷水，風(fēng)機(jī)吹出的濕空氣先經(jīng)過(guò)流經(jīng)冷水的用于除濕的車內(nèi)換熱器，此時(shí)濕空氣中的水汽凝結(jié)，濕度下降，隨后干空氣吹過(guò)另一個(gè)用于制熱和制冷的車內(nèi)換熱器，提高溫度后吹入乘員艙。

21、優(yōu)選的，所述電池回路包括至少一組的電池。

22、優(yōu)選的，所述散熱器回路包括車外散熱器；所述車外散熱器通過(guò)管道與其中一個(gè)板式換熱器的輸出端相連接，所述車外散熱器能夠?qū)⒃摪迨綋Q熱器釋放的熱量散至環(huán)境中。

23、一種基于r290冷媒的間接式集成化熱管理系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：

24、s1、實(shí)時(shí)采集乘員艙溫濕度、電池溫度、電驅(qū)系統(tǒng)溫度，并同時(shí)獲取環(huán)境溫度；

25、s2、對(duì)各回路工況的溫度需求進(jìn)行判斷；

26、s3、確定各回路工況的溫度需求后，通過(guò)對(duì)四通閥、三通閥、電子水泵進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)需求回路溫度的控制；

27、s4、實(shí)時(shí)判斷乘員艙溫濕度、電池和電驅(qū)系統(tǒng)回路溫度是否滿足需求；

28、s5、若不滿足需求則返回步驟s2再次進(jìn)行工況判斷，確定系統(tǒng)當(dāng)前工作模式；若滿足需求則結(jié)束系統(tǒng)運(yùn)行。

29、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有如下有益效果：

30、1、本發(fā)明提出了一種基于r290冷媒的間接式集成化熱管理系統(tǒng)及其控制方法，其中該系統(tǒng)可綜合管理電池回路、電驅(qū)系統(tǒng)及乘員艙環(huán)境的熱量，并與外界環(huán)境進(jìn)行能量交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池、電驅(qū)系統(tǒng)及乘員艙的溫度控制，使電池、電驅(qū)處于合適的工作溫度范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)電池高溫?zé)崾Э鼗蛉萘克p以及電驅(qū)系統(tǒng)退磁等問(wèn)題，進(jìn)一步提高整車的安全性以及使用壽命，同時(shí)還能夠滿足乘員艙熱舒適性的要求。此外通過(guò)水路的切換與流量的分配可實(shí)現(xiàn)電池或電驅(qū)系統(tǒng)余熱利用的工況，在冬季可提升系統(tǒng)效率。

31、2、本發(fā)明提出的一種基于r290冷媒的間接式集成化熱管理系統(tǒng)由冷媒回路、乘員艙回路、電池回路、電驅(qū)系統(tǒng)回路、散熱器回路組成；各回路間由一系列管路進(jìn)行連接，管路內(nèi)流動(dòng)冷卻液，流動(dòng)的動(dòng)力由電子水泵提供，回路間通過(guò)一系列三通閥的組合及其切換實(shí)現(xiàn)水路流動(dòng)方向的調(diào)整和分配以滿足不同工況的溫度需求。

32、3、本發(fā)明提出的一種基于r290冷媒的間接式集成化熱管理系統(tǒng)，所述冷媒回路不進(jìn)入乘員艙，只通過(guò)兩個(gè)板式換熱器中冷媒與冷卻液的換熱參與系統(tǒng)的熱量管理，并通過(guò)冷媒管路的集成化進(jìn)一步減少系統(tǒng)冷媒充注量，此種方案可以大大降低r290可燃性帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。