一种电动汽车热量管理系统及其控制方法与流程

本发明涉及电动汽车技术领域，特别是涉及一种电动汽车热量管理系统及其控制方法。

背景技术：

基于我国“富煤贫油少气”的能源现状，电动汽车渐渐成为国家重点扶持的重点行业。而电动汽车在充放电过程中会产生大量的热量，而温度对电动汽车的影响十分巨大。

低温时汽车会发生“亏电”现象，并且充电速率慢，所以需要给汽车的动力电池加热，同时给电池做好保温措施，来保证电池的充放电效率。经过试验，得出的数据如图1和图2。温度除了影响充放电容量之外，还会影响动力电池的循环使用次数，例如，高温会使得电解液、正负极材料和隔膜老化加快。根据图1和图2的实验结果，当电动汽车的电池处于0℃到40℃之间时，电池处于高充放电效率区间且不会影响电池的循环使用次数。

此外，人体的最适宜居住为22℃至26℃。在夏季制冷时，汽车空调系统的换热器温度相比用户目标设定温度低10℃到15℃即可实现制冷，在冬季制热时，汽车空调系统的汽车换热器温度相比用户目标设定温度高10℃到15℃即可实现制热。也就是说，汽车空调系统换热器运行温度在0℃到40℃之间。

由上可知，电池处于高充放电效率区间的温度和空调系统的换热器的工作温度有很大的重合区间，也就是说，电池温度如果和汽车换热器的温度处于同一水平时，充放电效率会处于较高水平。目前的电动汽车并没有将很好的将二者很好的结合起来。

技术实现要素：

基于此，针对传统的电动汽车的电池运行温度过高或者过低的问题，提出一种新的电动汽车热量系统管理方法。

需要说明的是，补气增焓是采用两级节流中间喷气技术，采用闪蒸罐进行气液分离，实现增焓效果。它通过中低压时边压缩边喷气混合冷却，然后高压时正常压缩，提高压缩机排气量，达到低温环境下提升制热能力的目的。

具体技术方案如下：

一种电动汽车热量管理系统，包含制热循环和水循环；

其中，所述制热循环包含补气增焓模块，所述补气增焓模块包含闪蒸罐和电磁阀；所述水循环包含水泵、水箱、第一水阀、第二水阀、第三水阀、第四水阀、第五水阀、汽车换热器和电池换热器；

所述电池换热器和所述汽车换热器的第一端通过水管固定连接到水泵，所述电池换热器和所述汽车换热器的第二端通过水管固定连接到水箱。所述汽车换热器和所述电池换热器通过关闭第四水阀和开启第五水阀形成串联水循环；所述汽车换热器和所述电池换热器通过开启第四水阀和关闭第五水阀形成并联水循环；所述制热循环和所述水循环通过板式换热器进行换热。

进一步地，在环境温度<＝0℃且开启所述制热循环时，开启所述电磁阀。

一种电动汽车热量管理系统控制方法，包含所述的电动汽车热量管理系统，当电动汽车充电时执行以下步骤：

1)断开电池和汽车空调系统电连接；

2)充电桩直接和汽车空调系统电连接；

3)获取用户上一次打开的汽车空调模式，如果是制热模式，则使得所述汽车空调系统开启所述制热循环，将水系统中的水泵开启，将整个水系统加热至40℃；如果是制冷模式，则使得所述汽车空调系统开启制冷循环，将水系统中的水泵开启，将整个水系统制冷至0℃。

进一步地，当电动汽车在放电时或者不工作时执行以下步骤：

1)获取电动汽车所在位置的环境温度；

2)获取电动汽车动力电池的温度；

3)若环境温度小于0℃并且电池的温度小于0℃，则执行步骤4。若电池温度大于40℃，则执行步骤5；

4)汽车空调开启制热循环和/或水循环，同时开启补气增焓功能；

5)汽车空调开启制冷循环和/或水循环。

附图说明

构成本申请的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明书用于解释说明本发明，并不构成对本发明的不当限定。

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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的附图。

此外，附图并不是1:1的比例绘制，并且各个元件的相对尺寸在附图中仅示例地绘制，而不一定按照真实比例绘制。

图1为放电试验结果图。

图2为充电试验结果图。

图3为汽车空调系统制冷模式图。

图4为汽车空调系统制热模式图。

附图标记说明：

1、第一水阀，2、第二水阀，3、电池换热器，4、汽车换热器，5、水泵，6、第三水阀，7、水箱，8、第四水阀，9、第五水阀，10、第一节流阀，11、第一换热器，12、闪蒸罐，13、第二节流阀，14、电磁阀，15、第二换热器，16、四通阀，17、压缩机，31、电池感温包一，32、电池感温包二，33、电池感温包三，34、电池感温包四，41、汽车换热器感温包，42、第一换热器感温包，43，第二换热器感温包。

a-接口、b-接口、c-接口、d-接口。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本发明公开一种电动汽车热量系统管理方法，通过在电动汽车空调系统中的制热循环中增加补气增焓模块来提高汽车空调制热时的能效比，同时检测电动汽车各个位置的温度，使得可以充分调动电动汽车本身的热量或者冷量来达到用户对电动汽车不同部位进行温度调控的目的，而不用像以往的汽车一样去消耗电能来制冷或者制热。这样虽然消耗了水泵所需要的电能，但是和制冷以及制热所需要的电能相比，还是可以很大程度降低能量消耗，从而延长电动汽车的续航里程。

如果电动汽车在充电模式下，充电桩直接给空调系统供电，使得空调系统可以直接从充电桩获取电能，而不用从电池中获取，这样避免了电动汽车的动力电池一边充电一边放电。如果电池充电时温度大于40℃，高温会使得电解液、正负极材料和隔膜老化加快，此时可以开启制冷循环系统和/或打开水路循环来降低电池的温度。如果电池充电时温度低于0℃，低温会使得充电桩给电池充电的速率大大降低，并且会降低电池容量的上限，也就是电池无法被充电桩充到电池的标称容量，此时应该打开制热循环系统和/或打开水路循环来升高电池的温度。

同时控制系统获取用户上一次打开的汽车空调模式，如果是制热模式，则使得所述汽车空调系统开启制热循环，将水系统中的水泵开启，将整个水系统加热至40℃。如果是制冷模式，则使得所述汽车空调系统开启制冷循环，将水系统中的水泵开启，将整个水系统制冷至0℃。

上述操作使得用户在需要使用时不必再耗费电动汽车的电能来制造冷量或者热量来控制电池温度处于合适区间，可以大大增加汽车的续航里程。也不必单独在电池中加ptc加热模块，降低了成本。并且ptc加热模块的制热能效比小于1，而本发明采用带补气增焓的制热系统来加热电池，可以使得能效比大于1，并且可以做到在零下20℃制热不衰减。

在电动汽车在放电时或者不工作时，分为环境温度<＝0℃或者环境温度>0℃两种情况。

当环境温度<＝0℃时，此时充/放电效率都会受到较大影响，车内和电池都需要加热。

此时分为三种情况。

第一种，电池温度<＝0℃。

若车内需要制热，则汽车空调系统制热，此时冷媒从压缩机17出来以后，从四通阀接口a进入，接口d流出，返回时从接口b进入，接口c流出。补气增焓模块开启，即打开电磁阀14。第一水阀1打开，第二水阀2打开，第五水阀9关闭，第四水阀8打开，第三水阀6打开，水泵5打开，当车内气体内循环时，车内气体经过汽车换热器4后被加热，产生热风送到车内，当车外气体进入时，车外气体经过汽车换热器4后被加热，产生热风送到车内。

若车内需要制冷，则汽车空调系统制热，此时冷媒从压缩机17出来以后，从四通阀接口a进入，接口d流出，返回时从接口b进入，接口c流出。补气增焓模块开启，即打开电磁阀14，第一水阀1打开，第五水阀9关闭，第四水阀8打开，第三水阀6打开，水泵5打开，汽车空调系统给电池加热，第二水阀2关闭，气体可以直接从车内吸入，从汽车车内出风口出去，此时汽车换热器4不加热经过该装置的气体，气体从车外吸入，汽车换热器4也不加热经过该装置的气体，此时车内出风口吹出来的风是冷风。

若车内无需空调，则汽车空调系统制热，此时冷媒从压缩机17出来以后，从四通阀接口a进入，接口d流出，返回时从接口b进入，接口c流出。补气增焓模块开启，即打开电磁阀14，第一水阀1打开，第二水阀2关闭，第五水阀9关闭，第四水阀8打开，第三水阀6打开，水泵5开启，汽车空调系统给电池加热，此时与汽车换热器4配合的风扇不动。

第二种，0℃<电池温度<40℃。

若车内需要制热，则汽车空调系统制热，补气增焓模块关闭，即关闭电磁阀14，此时的环境温度不开启补气增焓模块，空调的能效比还是不会降低。第一水阀1关闭，第二水阀2打开，将水系统加热到40℃，气体经过汽车换热器4，此时汽车空调出风口吹热风。

若车内需要制冷，则汽车空调系统制冷，此时冷媒从压缩机17出来以后，从四通阀接口a进入，接口b流出，返回时从接口d进入，接口c流出。补气增焓模块关闭，即关闭电磁阀14，第一水阀1关闭，第四水阀8关闭，第五水阀9关闭，第二水阀2打开，制冷系统开始制冷，将水系统制冷降低到1摄氏度，气体经过汽车换热器4，此时汽车空调出风口吹冷风。

若车内无需空调，不需要任何操作，并且此时电池的运行温度也处于充放电高效率的区域。

第三种，电池温度>＝40℃。

若车内需要制热，则汽车空调系统不动，补气增焓模块关闭，即关闭电磁阀14，开启水路内循环，此时第三水阀6关闭，第四水阀8关闭，第五水阀9开启，水泵打开，汽车换热器4和电池换热器3形成了一个闭循环系统，汽车空调制热所需要的的热量全部都可以从电池换热器3获取。电池换热器3吸收电池的热量，此时可以使得电池的温度降低，也可以使得不消耗额外的能量来驱动汽车空调系统，大大节省汽车能量，此时气体经过汽车换热器4，气体被加热，车内开启风扇吹出的是热风，达到用户想要制热的目的。

若车内需要制冷，则汽车空调系统制冷，补气增焓模块关闭，即关闭电磁阀14，第一水阀1开启，第二水阀2开启，第五水阀9关闭，第四水阀8关闭，第三水阀6开启，汽车空调系统制冷，此时开启水泵，可以同时将汽车换热器4和电池换热器3的温度降低，也就可以同时降低电池和车内的温度。

若车内无需使用空调，则汽车空调系统制冷，补气增焓模块关闭，即关闭电磁阀14，开启水路内循环，此时第三水阀6关闭，第四水阀8关闭，第五水阀9开启，水泵打开，汽车换热器4和电池换热器3形成了一个闭循环系统，电池所需要的的冷量全部都可以从水循环系统中的水获取。

当环境温度>0℃时,电池温度<＝0℃的情况不可能存在，所以此时只存在两种情况。

第一种，0℃<电池温度<40℃。

若车内需要制热，则汽车空调系统制热，补气增焓模块关闭，第一水阀1关闭，第四水阀8关闭，第五水阀9关闭，第三水阀6开启，第二水阀2开启，气体经过汽车换热器4后，被汽车换热器4加热，此时汽车空调出风口吹热风。

若车内需要制冷，则汽车空调系统制冷，补气增焓模块关闭，第一水阀1关闭，第四水阀8关闭，第五水阀9关闭，第三水阀6打开，此时车内气体或者车外气体经过汽车换热器4时被降温，车内出风口吹出的风是冷风。

若车内无需空调，无需操作，并且此时电池的运行温度也处于充放电高效率的区域。

第二种，电池温度>＝40℃。

若车内需要制热，则汽车空调系统不动，补气增焓模块关闭，即关闭电磁阀14，开启内循环，此时第三水阀6关闭，第四水阀8关闭，第五水阀9开启，水泵打开，汽车换热器4和电池换热器3形成了一个闭循环系统，汽车空调制热所需要的的热量全部都可以从电池换热器3获取。电池换热器3吸收电池的热量，此时可以使得电池的温度降低，也可以使得不消耗额外的能量来驱动汽车空调系统，大大节省汽车能量，此时气体经过汽车换热器4，气体被加热，车内开启风扇吹出的是热风，达到用户想要制热的目的。

若车内需要制冷，则汽车空调系统制冷，补气增焓模块关闭，即关闭电磁阀14，第一水阀1开启，第二水阀2开启，第五水阀9关闭，第四水阀8关闭，第三水阀6开启，汽车空调系统制冷，此时开启水泵，可以同时将汽车换热器4和电池换热器3的温度降低，也就可以同时降低电池和车内的温度。

若车内无需使用空调，则汽车空调系统制冷，补气增焓模块关闭，即关闭电磁阀14，开启内循环，此时第三水阀6关闭，第四水阀8关闭，第五水阀9开启，水泵打开，汽车换热器4和电池换热器3形成了一个闭循环系统，电池所需要的的冷量全部都可以从水循环系统中的水获取。

在以上的实施例中，水循环系统的载冷剂是以水为媒介来输送热量或者冷量，在不改变原有方案的情况下，还可以用防冻液来替代水的载冷剂功能，例如，30％的丙醇水溶液。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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