CN116830361A - 热管理系统和具有该热管理系统的电动汽车 - Google Patents

热管理系统和具有该热管理系统的电动汽车 Download PDF

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Abstract

一种热管理系统包括制冷剂回路、电机冷却回路和电池冷却回路。制冷剂回路包括第一制冷主路、第二制冷剂主路、第一制冷支路和第二制冷支路。第一制冷主路包括压缩机，第二制冷剂主路包括客舱冷凝器，第一制冷支路包括客舱蒸发器，第二制冷支路包括散热器。第一制冷主路和第二制冷剂主路选择性地与第一和第二制冷支路连通。电池冷却回路包括冷却液主路、连接客舱蒸发器的第一冷却液支路、连接客舱冷凝器的第二冷却液支路和第三冷却液支路。冷却液主路选择性地与第一至第三冷却液支路中的至少一个连通。电池冷却回路串联或并联连接至电机冷却回路。本申请还提供了一种电动汽车。热管理系统及电动汽车增加了行驶里程。

Description

热管理系统和具有该热管理系统的电动汽车 技术领域
本发明涉及热管理系统和具有热管理系统的电动汽车。
背景技术
电动汽车中的电机从电池接收电力并输出电力以驱动电动汽车运行。电动汽车排放的二氧化碳很少，产生的噪音也很小。电动汽车的电机比内燃机的能效高。
然而，在寒冷天气下，电动汽车的行驶里程会缩短。因此，本技术还有改进的余地。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种热管理系统及具有该热管理系统的电动汽车，以提高电动汽车的行驶里程。
一种热管理系统，应用于电动汽车中，包括：
制冷剂回路，包括：
第一制冷主路、第二制冷主路、第一制冷支路和第二制冷支路，所述第一制冷主路包括压缩机，所述第二制冷剂主路包括客舱冷凝器，所述第一制冷支路包括客舱蒸发器，所述客舱冷凝器和所述客舱蒸发器用于与电动汽车的客舱空气连通，所述第二制冷支路包括散热器；
多个第一切断阀，可在打开和关闭之间操作，以使所述第一制冷主路和所述第二制冷剂主路选择性地与所述第一制冷支路和所述第二制冷支路中的一个连通，以促进制冷剂在制冷剂回路中循环；
电机冷却回路，用于促使冷却液在所述电机冷却回路中循环；
电池冷却回路，包括冷却液主路、连接至客舱蒸发器的第一冷却液支路、连接至客舱冷凝器的第二冷却液支路和第三冷却液支路，所述第一冷却液支路、所述第二冷却液支路和所述第三冷却液支路中的每一个都包括第二切断阀，每个所述第二切断阀可在打开和关闭之间操作，以使冷却液主路选择性地与所述第一冷却液支路、所述第二冷却液支路和所述第三冷却液支路中的至少一个连通，以促使冷却液在所述电池冷却回路中循环；和
四通阀，将所述电池冷却回路连接至所述电机冷却回路，所述四通阀包括两个入口和两个出口，每个所述入口连接至一个相应的所述出口，以使所述电池冷却回路串联或并联连接至所述电机冷却回路。
一种电动汽车，包括客舱及上述热管理系统。
上述热管理系统中的客舱冷凝器、客舱蒸发器和散热器中的每一个都可以作为三种不同液体(即空气、制冷剂和冷却液)之间的热交换器，使热传可以在三种流体之间进行控制以达到所需温度。在寒冷天气下，电源系统和动力传动系统产生的余热可回收，以预热客舱和/或电池。如此，使用更少的电能就来优化客舱或电池的 温度。因此，通过热管理系统可以增加电动汽车的行驶里程。
附图说明
现在将通过实施例及附图描述本发明。
图1是本发明提供的热管理系统在一实施例中的示意图。
图2是图1的热管理系统在第一加热模式下工作的示意图。
图3是图1的热管理系统在第二加热模式下工作的示意图。
图4是图1的热管理系统在第三加热模式下工作的示意图。
图5是图1的热管理系统在第四加热模式下工作的示意图。
图6是图1的热管理系统在第五加热模式下工作的示意图。
图7是图1的热管理系统在第六加热模式下工作的示意图。
图8是图1的热管理系统在第七加热模式下工作的示意图。
图9是图1的热管理系统在第八加热模式下工作的示意图。
图10是图1的热管理系统在第九种加热模式下工作的示意图。
图11是图1的热管理系统在第十加热模式下工作的示意图。
图12是图1的热管理系统在第十一加热模式下工作的示意图。
图13是图1的热管理系统在第十二加热模式下工作的示意图。
图14是图1的热管理系统在第十三加热模式下工作的示意图。
图15是图1的热管理系统在第十四加热模式下工作的示意图。
图16是图1的热管理系统在第十五加热模式下工作的示意图。
图17是图1的热管理系统在第一冷却模式下工作的示意图。
图18是图1的热管理系统在第二冷却模式下工作的示意图。
图19是图1的热管理系统在第三冷却模式下工作的示意图。
图20是图1的热管理系统在第四冷却模式下工作的示意图。
图21是图1的热管理系统在第五冷却模式下工作的示意图。
图22是图1的热管理系统在电池温度均匀化模式下工作的示意图。
图23是图1的热管理系统在电池节能模式下工作的示意图。
图24是图1的热管理系统在除湿模式下工作的示意图。
图25是图1的热管理系统在冬季快速充电模式下工作的示意图。
图26是本发明提供的电动汽车在一实施例中的示意图。
主要元件符号说明
热管理系统 100
制冷剂回路 10
第一制冷主路 11
压缩机 110
温度压力传感器 111
第二制冷主路 12
客舱冷凝器 120
第一制冷支路 13
客舱蒸发器 130
膨胀阀 131
第二制冷支路 14
散热器 140
风扇 141
鼓风机 15
第一切断阀 16a、16b、16c、16d
加热元件 17
电池冷却回路 20
冷却液主路 21
电池 210
快速充电系统 211
自动驾驶仪电子控制单元 212
第二旁通路径 213
第四切断阀 214
第一冷却支路 22
第二切断阀 220
第二冷却支路 23
第三冷却支路 24
温度传感器 25
泵 26、35
电机冷却回路 30
电机 31
逆变器 32
DC/DC转换器 33
第一旁通路径 330
第三切断阀 331
冷却液储液罐 34
第四冷却液支路 36
四通阀 40
阀组 A
电动汽车 1
客舱 2
具体实施方式
现将参考附图，通过实施例来描述本发明的实施方式。应当注意，本发明的实施例和特征可以在没有冲突的情况下进行组合。以下描述中阐述了具体细节，以使本公开内容得到充分理解。这些实施例只是本发明的一部分，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性努力的情况下获得的其他实施例应在本发明的范围内。
除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有本领域普通技术人员通常理解的相同含义。本发明说明书中使用的术语仅用于描述实施例，并不旨在限制本发明。本文使用的术语“和/或”包括一个或多个相关项目的任何组合。
图1为本发明提供的热管理系统100在一实施例中的示意图，该系统可应用于电动汽车1(如图26所示)。热管理系统100包括制冷剂回路10、电池冷却回路20和电机冷却回路30。
制冷剂回路10包括第一制冷主路11、第二制冷剂主路12、第一制冷支路13和第二制冷支路14。第一制冷主路11包括可压缩制冷剂的压缩机110。第二制冷剂主路12包括能够冷凝制冷剂并释放热量的客舱冷凝器120。第一制冷支路13包括能够蒸发制冷剂并吸收热量的客舱蒸发器130。客舱冷凝器120和客舱蒸发器130可以与电动汽车1的客舱2进行空中连通。第二制冷支路14包括具有蒸发器或冷凝器功能的散热器140。散热器140的位置使其能够吸收引电机罩下的空气中的热量并将热量释放到电机罩下的空气中。因此，制冷剂回路10仅包括三个热交换器，即客舱冷凝器120、客舱蒸发器130和散热器140。因此，可以降低成本。
在至少一个实施例中，制冷剂回路10还包括鼓风机15。鼓风机15可以将客舱冷凝器120释放的热量吹过客舱2，从而促进空气从客舱冷凝器120流向客舱2。
制冷剂回路10还包括多个第一切断阀16a、16b、16c和16d。第一切断阀16a、16b、16c和16d中的每一个都可以在打开和关闭之间操作，以使第一制冷主路11和第二制冷剂主路12选择性地与第一制冷支路13和第二制冷支路14中的一个连通。例如，第一切断阀16a和16b打开，第一切断阀16c和16d关闭，使得第一制冷主路11、第二制冷剂主路12和第一制冷支路13彼此连通。因此，制冷剂可以依次在压缩机110、客舱冷凝器120和客舱蒸发器130中循环。第一切断阀16a、16c和16d也可以打开，第一切断阀16b也可以关闭，以便第一制冷主路11、第二制冷剂主路12和第二制冷支路14彼此连通。因此，制冷剂可以依次在压缩机110、客舱冷凝器120和散热器140中循环。
在至少一个实施例中，第一制冷支路13和第二制冷支路14中的每一个还包括膨胀阀131。膨胀阀131布置在客舱冷凝器120和客舱蒸发器130之间，或客舱冷凝器120和散热器140之间。膨胀阀131可以控制进入客舱蒸发器130或散热器140的制冷剂流量。
在至少一个实施例中，第一制冷主路11、第一制冷支路13和第二制冷支路14中的每一个还包括温度压力传感器111。温度压力传感器111可以感测通过第一制 冷主路11、第一制冷支路13或第二制冷支路14的制冷剂的温度值和压力值。
电机冷却回路30包括动力传动系统和冷却液储液罐34。在至少一个实施例中，动力传动系统包括电机31、逆变器32和DC/DC转换器33。图1示出了串联连接的电机31、逆变器32和DC/DC转换器33。然而，在其他实施例中，电机31、逆变器32和DC/DC转换器33的位置可以改变。例如，电机31和逆变器32可以并联连接。冷却液储液罐34可储存传热液(例如，冷却液)。电机冷却回路30可在泵35的作用下使冷却液循环流过电机31、逆变器32和DC/DC转换器33。当冷却液流过电机31、逆变器32和DC/DC转换器33时，电机31、逆变器32和DC/DC转换器33产生的热量被传递到冷却液。
电池冷却回路20包括冷却液主路21、第一冷却液支路22、第二冷却液支路23和第三冷却液支路24。冷却液主路21包括一个电源系统。在至少一个实施例中，电源系统包括电池210、快速充电系统211和自动驾驶仪电子控制单元(ECU)212。图1示出了电池210、快速充电系统211和自动驾驶仪ECU 212串联连接。然而，在其他实施例中，电池210、快速充电系统211和自动驾驶仪ECU 212的位置可以改变。电池210输出电能。快速充电系统211为电池210充电。然后，电机冷却回路30的逆变器32从电池210提供电能以驱动电机31。电机31输出动力至电动汽车1的车轮。电池冷却回路20可在泵26的作用下使冷却液循环流过电池210、快速充电系统211和自动驾驶仪ECU 212。当冷却液流过电池210、快速充电系统211和自动驾驶仪ECU 212时，电池210、快速充电系统211和自动驾驶仪ECU 212产生的热量被传递到冷却液。
在至少一个实施例中，电池冷却回路20和电机冷却回路30中的每一个还包括温度传感器25。温度传感器25可感测通过电池冷却回路20或电机冷却回路30的冷却液的温度值。
在至少一个实施例中，电机冷却回路30还包括与DC/DC转换器33连接的第一旁通路径330。第一旁通路径330包括第三切断阀331，其可在打开和关闭之间操作，以允许冷却液根据需要流过或绕过DC/DC转换器33。电池冷却回路20还可以包括连接到快速充电系统211和自动驾驶仪ECU 212的两条第二旁通路径213。每个第二旁通路径213包括第四切断阀214，其可在打开和关闭之间操作，以允许冷却液根据需要通过或绕过快速充电系统211和自动驾驶仪ECU 212。
第一冷却液支路22、第二冷却液支路23和第三冷却液支路24均包括第二切断阀220。每个第二切断阀220可在打开和关闭之间操作，以使冷却液主路21选择性地与第一冷却液支路22、第二冷却液支路23和第三冷却液支路24中的至少一个连通。具体而言，第一冷却液支路22连接至客舱蒸发器130，如此可以将客舱蒸发器130连接至冷却液主路21。第二冷却液支路23连接至客舱冷凝器120，如此可以将客舱冷凝器120连接至冷却液主路21。第三冷却液支路24可将冷却液主路21的上游端直接连接到其下游端。如此，客舱蒸发器130和客舱冷凝器120中的每一个不仅用作制冷剂和空气之间的热交换器，而且还用作冷却剂和制冷剂之间的热交换器。也就是说，客舱蒸发器130和客舱冷凝器120中的每一个都可以允许三种不同液体之间的热传递。
电池冷却回路20和电机冷却回路30通过四通阀40连接。四通阀40包括两个进口和两个出口。每个入口可以连接到一个相应的出口，从而允许电池冷却回路20串联或并联连接到电机冷却回路30。具体而言，当电池冷却回路20和电机冷却回路30串联时，冷却液可依次在电池冷却回路20和电机冷却回路30中循环。当电池冷却回路20和电机冷却回路30并联连接时，电池冷却回路20和电机冷却回路30在流体上彼此分离。
在至少一个实施例中，电机冷却回路30可进一步包括第四冷却液支路36。第四冷却液支路36可将散热器140连接至电机冷却回路30。如此，散热器140不仅用作制冷剂和空气之间的热交换器，而且还用作冷却剂和制冷剂之间的热交换器。也就是说，散热器140还可以允许三种不同流体之间的热传递。
如此，热管理系统100可以形成具有八个端口的阀组A。阀组A的两个端口可与电机冷却回路30连通。阀组A的另一个端口可与电池冷却回路20的冷却液主路21连通。阀组A的另外三个端口可与第一冷却液支路22、第二冷却液支路23和第三冷却液支路24连通。阀组A的其余两个端口可与第四冷却液支路36连通。阀组A的八个端口中的每一个都可在打开和关闭之间操作，以改变热管理系统100内三种流体的流动方向。
热管理系统100可根据环境温度在多种模式下运行，而不同模式具有热管理系统100内三种流体的不同流动方向。例如，当环境温度低时，热管理系统100可以在多种加热模式下工作，从而向客舱2提供热空气。在至少一个实施例中，上述加热模式包括十五种加热模式。各加热模式的工作原理如下所述。
第一加热模式
热管理系统100可在低于-10℃的环境温度下切换至第一加热模式。参考图2，第一制冷主路11、第二制冷剂主路12和第一制冷支路13彼此连通，使得制冷剂可以依次在第一制冷主路11、第二制冷剂主路12和第一制冷支路13中循环。压缩机110将制冷剂回路10内包含的低温低压制冷剂蒸汽压缩为高温高压蒸汽。制冷剂经过客舱冷凝器120后，从蒸汽变为液体，并向客舱2释放热量。鼓风机15将热量吹过客舱2。如此，客舱2被预热。制冷剂在通过客舱蒸发器130后进一步从液体变为蒸汽。然后蒸汽循环返回至压缩机110。在至少一个实施例中，客舱2中的空气在通过客舱蒸发器130时可以从蒸汽变为液体，然后被排出客舱2，如此，第一加热模式还可以对客舱2中的空气进行除湿。
此外，四通阀40的每个进口连接到一个相应的出口，以允许电池冷却回路20的冷却液主路21串联到电机冷却回路30。操作第二切断阀220，使第一冷却液支路22将制冷剂回路10的客舱蒸发器130连接至冷却液主路21。如此，冷却液可以在冷却液主路21、电机冷却回路30和第一冷却液支路22中循环。当冷却液流过客舱蒸发器130时，冷却液的余热被流过客舱蒸发器130的制冷剂吸收，并通过客舱冷凝器120进一步释放到客舱2。如此，释放到客舱2的热量的功率等于压缩机110的功率和余热的功率之和。
当热管理系统100在低于-10℃的环境温度下以第一加热模式工作时，制冷剂通过散热器140从电机罩下的空气中吸收很少的热量。压缩机110几乎100％的电 能转化为热量，以预热客舱2。如此，热管理系统100的性能系数(COP)等于1。
第二加热模式
热管理系统100可在环境温度高于-10℃时(例如，环境温度高于-10℃且低于20℃)切换到第二加热模式。参考图3，与第一加热模式不同，第二制冷支路14而不是第一制冷支路13与第一制冷主路11和第二制冷剂主路12连通。在这种情况下，压缩机110将制冷剂回路10内包含的低温低压制冷剂蒸汽压缩为高温高压蒸汽。制冷剂经过客舱冷凝器120后，从蒸汽变为液体，并向客舱2释放热量。鼓风机15将热量吹过客舱2。制冷剂在通过散热器140后进一步从液体变为蒸汽，即散热器140起蒸发器的作用。然后蒸汽循环返回至压缩机110。
此外，由于环境温度相对较高，制冷剂在通过散热器140时也可以吸收电机罩下空气中的热量。然后，热量可通过客舱冷凝器120释放到客舱2中，以预热客舱2。因此，COP高于1。在至少一个实施例中，一个或多个风扇141位于散热器140的前面。通过散热器140的电机罩下空气量可通过一个或多个风扇141增加。
与第一加热模式不同，第三冷却液支路24取代第一冷却液支路22与冷却液主路21连通。如此，冷却剂的余热可用于预热电池210。
第三加热模式
热管理系统100可在低于-10℃的环境温度下切换至第三加热模式。参考图4，与第一加热模式不同，鼓风机15可以以较低的效率工作以产生热量，这可以加热客舱2中的空气。此外，为了提高客舱2中空气的加热效率，第三加热模式的制冷剂回路10还包括至少一个加热元件17。加热元件17可与客舱2进行空气连通，并可加热流向客舱2的空气。在至少一个实施例中，加热元件17是正温度系数(PTC)热敏电阻。
第四加热模式
热管理系统100可在低于-10℃的环境温度下切换至第四加热模式。参考图5，与第一加热模式不同，第一冷却液支路22将制冷剂回路10的客舱蒸发器130连接至冷却液主路21，此外，第三冷却液支路24也连接至冷却液主路21。在这种情况下，电机冷却回路30下游端的冷却液分为两部分，一部分引导至第一冷却液支路22，另一部分引导至第三冷却液支路24。因此，冷却液的一部分余热可被客舱蒸发器130吸收，并通过客舱冷凝器120进一步释放到客舱2。冷却液余热的剩余部分可用于预热电池210。
在至少一个实施例中，第一冷却液支路22和第三冷却液支路24中的冷却液流速由第二切断阀220控制，从而优化客舱2和电池210的温度。
第五加热模式
热管理系统100可在环境温度高于-10℃时(例如，环境温度高于-10℃且低于5℃)切换到第五加热模式。参考图6，与第二加热模式不同，第一冷却液支路22不与冷却液主路21连通，而是通过第二冷却液支路23将制冷剂回路10的客舱冷凝器120连接到冷却液主路21。在这种情况下，客舱冷凝器120将热量从散热器140释放到客舱2。由于冷却液流经客舱冷凝器120，客舱冷凝器120还将热量从散热器140释放到冷却液。如此，客舱2和电池210都被预热。
由于制冷剂还可以通过散热器140吸收电机罩下空气中的热量，因此COP高于1。
第六加热模式
热管理系统100可在环境温度高于-10℃时(例如，环境温度高于-10℃且低于5℃)切换到第六加热模式。参考图7，与第五加热模式不同，通过第二冷却液支路23将制冷剂回路10的客舱冷凝器120连接到冷却液主路21。此外，第三冷却液支路24还连接到冷却液主路21。
在这种情况下，电机冷却回路30下游端的冷却液分为两部分，一部分通向第二冷却液支路23，另一部分通向第三冷却液支路24。客舱冷凝器120将热量从散热器140释放到客舱2，可用于加热客舱2。由于一部分冷却液流经第二冷却液支路23，因此客舱冷凝器120还将热量从散热器140释放到第二冷却液支路23中的冷却液，可用于预热电池210。冷却液的剩余部分通过第三冷却液支路24，如此，冷却液的余热也可用于预热电池210。因此，客舱2和电池210都被预热。
由于制冷剂还可以通过散热器140吸收电机罩下空气中的热量，因此COP高于1。
第七加热模式
热管理系统100可在环境温度低于-10℃时(例如，环境温度高于-30℃且低于-10℃)切换至第七加热模式。参考图8，与第五加热模式不同，四通阀40的每个进口连接到一个相应的出口，以允许电池冷却回路20的冷却液主路21并联连接到电机冷却回路30。客舱冷凝器120将热量从散热器140释放到客舱2和电池210。
此外，第四冷却液支路36以流体方式将散热器140连接至电机冷却回路30。如此，电机冷却回路30中的余热循环至散热器140，可被通过散热器140的制冷剂吸收。然后，电机冷却回路30中的余热可通过客舱冷凝器120释放到客舱2中，以预热客舱2，还可用于对散热器140进行除霜。
由于制冷剂还可以通过散热器140吸收电机罩下空气和电机冷却回路30的热量，因此COP高于1。
第八加热模式
热管理系统100可在低于-10℃的环境温度下切换至第八加热模式。参考图9，与第一加热模式不同，通过第一冷却液支路22将制冷剂回路10的客舱蒸发器130连接至冷却液主路21，此外，通过第二冷却液支路23将制冷剂回路10的客舱冷凝器120连接至冷却液主路21。鼓风机15停止工作，使通过客舱冷凝器120的制冷剂释放的热量不能流到客舱2。在这种情况下，通过客舱冷凝器120的制冷剂释放的热量不用于加热客舱2，而是被流入第二冷却液支路23的冷却液吸收，以加热电池210。此外，由于第一冷却液支路22将客舱蒸发器130连接至冷却液主路21，因此形成了制冷剂的完整循环回路。流入第一冷却液支路22的制冷剂还可以吸收流入第一冷却液支路22的冷却液的余热。流入第二冷却液支路23的冷却液吸收的热量大于流入第一冷却液支路22的冷却液释放的余热，两者之差等于压缩机110的功率。
在至少一个实施例中，电机31和逆变器32以较低的效率工作，因此电池210 输出的大部分电能被转换为热量以预热电池210。
第九加热模式
当环境温度低于5℃时，热管理系统100可切换至第九加热模式。参考图10，与第五加热模式不同，鼓风机15停止工作，使得通过客舱冷凝器120的制冷剂释放的热量流向客舱2。在这种情况下，通过客舱冷凝器120的制冷剂释放的热量不用于加热客舱2，而是被流入第二冷却液支路23的冷却液吸收，以加热电池210。
在至少一个实施例中，电机31和逆变器32以较低的效率工作，因此电池210输出的大部分电能被转换为热量以预热电池210。
第十加热模式
当电动汽车1在高于-20℃和低于20℃的环境温度下行驶时，热管理系统100可以切换到第十加热模式。参考图11，与第二加热模式不同，第四冷却液支路36以流体方式将散热器140连接到电机冷却回路30。因此，电机冷却回路30和电池冷却回路20中的余热循环至散热器140，可被通过散热器140的制冷剂吸收。然后，电机冷却回路30和电池冷却回路20中的余热可通过客舱冷凝器120释放到客舱2中，以预热客舱2，还可用于散热器140的除霜。
由于制冷剂还可以通过散热器140吸收电机罩下空气和电机冷却回路30中冷却液的热量，因此COP高于1。
第十一加热模式
当电动汽车1在高于-30℃和低于20℃的环境温度下行驶时，热管理系统100可以切换到第十一加热模式。参考图12，与第十加热模式不同，没有空气通过散热器140。也就是说，制冷剂不会通过散热器140从电机罩下的空气接收热量。在这种情况下，制冷剂经过客舱冷凝器120后，向客舱2释放热量。此外，电机冷却回路30和电池冷却回路20中的余热可通过客舱冷凝器120释放到客舱2中，以预热客舱2。
第十二加热模式
当电动汽车1在高于-10℃和低于20℃的环境温度下行驶时，热管理系统100可以切换到第十二加热模式。参考图13，与第十一加热模式不同，至少一个开口设置在客舱蒸发器130周围，以将冷空气排出客舱2。
第十三加热模式
热管理系统100可在环境温度高于-10℃和低于20℃时切换到第十三加热模式。参考图14，与第二加热模式不同，操作第二切断阀220以使第一冷却液支路22将制冷剂回路10的客舱蒸发器130连接到冷却液主路21。由于制冷剂不流过客舱蒸发器130，来自电池冷却回路20和电机冷却回路30的余热通过客舱蒸发器130循环，并可通过经过客舱蒸发器130的空气吸收。
第十四加热模式
热管理系统100可在环境温度高于-10℃且低于20℃时切换至第十四加热模式。参考图15，与第十三加热模式不同，第一制冷支路13还与第一制冷主路11和第二制冷剂主路12连通，使得制冷剂也可以依次在第一制冷主路11、第二制冷剂主路12以及第一制冷支路13中循环。如此，制冷剂也流经客舱蒸发器130，该蒸发器 可吸收来自冷却液的余热，然后通过客舱冷凝器120将余热释放到客舱2。
第十五加热模式
热管理系统100可在低于-10℃的环境温度下切换至第十五加热模式。参考图16，与第一加热模式不同，在客舱蒸发器130和客舱冷凝器120之间形成气流路径，这可以提高传热效率。
当环境温度较高时，热管理系统100还可以在多种冷却模式下工作，从而向客舱2提供冷空气。在至少一个实施例中，上述冷却模式包括五种冷却模式。各冷却模式的工作原理如下所述。
第一冷却模式
热管理系统100可在高于20℃和低于50℃的环境温度下切换至第一冷却模式。参考图17，操作第一切断阀16a、16b、16c和16d使第一制冷主路11、第二制冷支路14和第一制冷支路13连通，从而使制冷剂可以依次在第一制冷主路11、第二制冷支路14以及第一制冷支路13中循环。压缩机110将制冷剂回路10内包含的低温低压制冷剂蒸汽压缩为高温高压蒸汽。经过散热器140后，散热器140起冷凝器的作用，使制冷剂从蒸汽变为液体，并将热量释放到电机罩下的空气中。制冷剂在通过客舱蒸发器130后进一步从液体变为蒸汽，并从客舱2吸收热量。鼓风机15将冷空气吹过客舱2。如此，客舱2被冷却。然后，蒸汽循环返回至压缩机110。
此外，四通阀40的每个进口连接到一个相应的出口，以允许电池冷却回路20的冷却液主路21串联到电机冷却回路30。操作第二切断阀220，使第三冷却液支路24连接到冷却液主路21。如此，冷却液可以在冷却液主路21、电机冷却回路30和第三冷却液支路24中循环。冷却液不会与流经客舱蒸发器130的制冷剂进行热量交换。
第二冷却模式
热管理系统100可在高于20℃和低于50℃的环境温度下切换到第二冷却模式。参考图18，与第一冷却模式不同，通过第一冷却液支路22将制冷剂回路10的客舱蒸发器130连接至冷却液主路21，而不是通过第三冷却液支路24连接冷却液主路21。在这种情况下，冷却液也流过客舱蒸发器130。冷却剂的余热被流经客舱蒸发器130的制冷剂吸收，如此，冷却剂也被流经客舱蒸发器130的制冷剂冷却。即，客舱2、电池210和电机31被冷却。
第三冷却模式
在环境温度高于10℃且低于50℃的情况下，热管理系统100可在电池210充电期间切换至第三冷却模式。参考图19，与第二冷却模式不同，鼓风机15停止工作，因此没有冷却空气流过客舱2。此外，四通阀40的每个进口连接到一个相应的出口，以允许电池冷却回路20的冷却液主路21并联连接到电机冷却回路30。在这种情况下，客舱蒸发器130可以从流入第一冷却液支路22的冷却液中吸收热量，以冷却电池210。
在这种情况下，动力传动系统不需要冷却，因此冷却液停止在电机冷却回路30中循环。
第四冷却模式
当用户在高于20℃和低于50℃的环境温度下停留在客舱2并等待电池210充电时，热管理系统100可以切换到第四冷却模式。参考图20，与第三冷却模式不同，鼓风机15将冷空气吹过客舱2。在这种情况下，客舱2和电池210都被冷却。
第五冷却模式
热管理系统100可在高于20℃和低于30℃的环境温度下切换到第五冷却模式。参考图21，与第一冷却模式不同，第三冷却液支路24连接至冷却液主路21，此外，通过第一冷却液支路22将制冷剂回路10的客舱蒸发器130连接至冷却液主路21。在这种情况下，电机冷却回路30下游端的冷却液分为两部分，一部分引导至第一冷却液支路22，另一部分引导至第三冷却液支路24。如此，通过第一冷却液支路22的冷却液部分的余热可以被通过客舱蒸发器130的制冷剂吸收。流经第三冷却液支路24的剩余冷却液不会与制冷剂进行热交换。
在至少一个实施例中，第一冷却液支路22和第三冷却液支路24中的冷却液流速由第二切断阀220控制，以优化客舱2和电池210的温度。
除了加热模式和冷却模式之外，热管理系统100还可以在多种补充模式下工作。例如，补充模式包括电池温度均匀化模式、电池节能模式、除湿模式和冬季快速充电模式。各补充模式的工作原理如下所述。
电池温度均匀化模式
热管理系统100可以在高于5℃和低于30℃的环境温度下切换到电池温度均匀化模式。参考图22，制冷剂不在制冷剂回路10中循环。四通阀40的每个进口连接到一个相应的出口，以允许电池冷却回路20的冷却液主路21串联连接到电机冷却回路30。第三冷却液支路24连接到冷却液主路21。如此，冷却液依次在冷却液主路21和第三冷却液支路24中循环，并且电池210的温度被均匀化。
此外，第四冷却液支路36以流体方式将散热器140连接至电机冷却回路30。如此，电机冷却回路30中的余热循环至散热器140，可被流经散热器140的制冷剂吸收，并进一步释放至电机罩下的空气。
电池节能模式
热管理系统100可在高于5℃和低于30℃的环境温度下切换到电池节能模式。参考图23，与电池温度均匀化模式不同，电池冷却回路20的冷却液主路21串联至马达冷却回路30。此外，第三冷却液支路24未连接到冷却液主路21。在这种情况下，通过马达冷却回路30的冷却液的余热可用于预热电池210。
除湿方式
热管理系统100可在高于15℃和低于30℃的环境温度下切换至除湿模式。参考图24，与电池节能模式不同，操作第一切断阀16a、16b、16c和16d以使第一制冷主路11、第二制冷剂主路12、第一制冷支路13和第二制冷支路14连通，使第一制冷主路11下游端的制冷剂分为两部分，一部分引导在第一制冷主路11、第二制冷支路14和第一制冷支路13中依次循环，另一部分在第一制冷主路11、第二制冷剂主路12和第一制冷支路13中依次循环。在这种情况下，当制冷剂通过客舱冷凝器120时，制冷剂向客舱2释放热量。在至少一个实施例中，客舱2中的空气在通过客舱蒸发器130时可从蒸汽变为液体，然后被排出客舱2，如此，除湿模式可 对客舱2中的空气进行除湿。
如此，优化了客舱2的湿度和温度。
冬季快速充电模式
在冬季，当用户在低于20℃的环境温度下停留在客舱2并等待电池210充电时，热管理系统100可以切换到冬季快速充电模式。参考图25，与除湿模式不同，四通阀40的每个进口连接到一个相应的出口，以允许电池冷却回路20的冷却液主路21并联连接到电机冷却回路30。第一冷却液支路22取代第三冷却液支路24与冷却液主路21连通。在这种情况下，流经客舱冷凝器120的制冷剂向客舱2释放热量，从而使客舱2预热。此外，在电池冷却回路20中循环的冷却液的余热可被流经客舱蒸发器130的制冷剂吸收，从而使电池210冷却。电池冷却回路20中的余热也可再循环到散热器140，并可被流经散热器140的制冷剂吸收，以进一步释放到电机罩下的空气中。
在这种情况下，动力传动系统不需要冷却，因此，冷却液停止在电机冷却回路30中循环。
图26示出了包括热管理系统100的电动汽车1的一实施例。
客舱冷凝器120、客舱蒸发器130和散热器140中的每一个都可以作为三种不同液体(即空气、制冷剂和冷却液)之间的热交换器，使热传可以在三种流体之间进行控制以达到所需温度。在寒冷天气下，电源系统和动力传动系统产生的余热可回收，以预热客舱2和/或电池210。如此，使用更少的电能就来优化客舱2或电池210的温度。因此，通过热管理系统100可以增加电动汽车1的行驶里程。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (20)

  1. 一种热管理系统，应用于电动汽车中，其特征在于，包括：
    制冷回路，包括：
    第一制冷主路、第二制冷主路、第一制冷支路和第二制冷支路，所述第一制冷主路包括压缩机，所述第二制冷主路包括客舱冷凝器，所述第一制冷支路包括客舱蒸发器，所述客舱冷凝器和所述客舱蒸发器用于与电动汽车的客舱空气连通，所述第二制冷支路包括散热器；
    多个第一切断阀，可在打开和关闭之间操作，以使所述第一制冷主路和所述第二制冷剂主路选择性地与所述第一制冷支路和所述第二制冷支路中的一个连通，以促进制冷剂在制冷剂回路中循环；
    电机冷却回路，用于促使冷却液在所述电机冷却回路中循环；
    电池冷却回路，包括冷却液主路、连接至客舱蒸发器的第一冷却液支路、连接至客舱冷凝器的第二冷却液支路和第三冷却液支路，所述第一冷却液支路、所述第二冷却液支路和所述第三冷却液支路中的每一个都包括第二切断阀，每个所述第二切断阀可在打开和关闭之间操作，以使冷却液主路选择性地与所述第一冷却液支路、所述第二冷却液支路和所述第三冷却液支路中的至少一个连通，以促使冷却液在所述电池冷却回路中循环；和
    四通阀，将所述电池冷却回路连接至所述电机冷却回路，所述四通阀包括两个入口和两个出口，每个所述入口连接至一个相应的所述出口，以使所述电池冷却回路串联或并联连接至所述电机冷却回路。
  2. 如权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述第一制冷主路、所述第二制冷主路和所述第一制冷支路相互连通，所述制冷剂回路还包括用于将所述客舱冷凝器释放的热量吹过客舱的鼓风机；所述冷却液主路串联连接至所述电机冷却回路，通过所述第一冷却液支路将所述客舱蒸发器连接至所述冷却液主路。
  3. 如权利要求2所述的热管理系统，其特征在于：所述制冷剂回路还包括至少一个加热元件，所述加热元件用于加热流向客舱的空气。
  4. 如权利要求2所述的热管理系统，其特征在于：所述第三冷却液支路连接至所述冷却液主路。
  5. 如权利要求2所述的热管理系统，其特征在于：在所述客舱蒸发器和所述客舱冷凝器之间形成气流路径。
  6. 如权利要求1所述的热管理系统，其特征在于：所述第一制冷主路、所述第二制冷剂主路和所述第二制冷支路彼此连通，所述制冷剂回路还包括用于将所述客舱冷凝器释放的热量吹过客舱的鼓风机，所述散热器起蒸发器的作用并从电机罩下的空气中吸收热量；所述冷却液主路串联至所述电机冷却回路，所述第三冷却液支路连接至所述冷却液主路。
  7. 如权利要求6所述的热管理系统，其特征在于：还包括位于所述散热器前面的一个或多个风扇。
  8. 如权利要求6所述的热管理系统，其特征在于：所述电机冷却回路还包括第四冷却液支路，所述第四冷却液支路以流体方式将所述散热器连接到所述电机冷却回路。
  9. 如权利要求1所述的热管理系统，其特征在于：所述第一制冷主路、所述第二制冷剂主路和所述第二制冷支路彼此连通，所述制冷剂回路还包括用于将所述客舱冷凝器释放的热量吹过客舱的鼓风机，所述散热器起蒸发器的作用并从电机罩下的空气中吸收热量；所述冷却液主路串联连接至所述电机冷却回路，所述第二冷却液支路将客舱冷凝器连接至冷却液主路。
  10. 如权利要求1所述的热管理系统，其特征在于：所述第一制冷主路、所述第二制冷剂主路和所述第一制冷支路相互连通，所述制冷剂回路还包括用于将所述客舱冷凝器释放的热量吹过客舱的鼓风机；所述冷却液主路串联至所述电机冷却回路，所述第二冷却液支路将所述客舱冷凝器连接至所述冷却液主路，所述第三冷却液支路连接至所述冷却液主路。
  11. 如权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述第一制冷主路、所述第二制冷剂主路和所述第二制冷支路彼此连通，所述制冷剂回路还包括用于将所述客舱冷凝器释放的热量吹过客舱的鼓风机，所述散热器起蒸发器的作用并从电机罩下的空气中吸收热量；冷却液主路并联连接至所述电机冷却回路，所述第二冷却液支路将所述客舱冷凝器连接至所述冷却液主路；所述电机冷却回路还包括第四冷却液支路，所述第四冷却液支路以流体方式将所述散热器连接到所述电机冷却回路。
  12. 如权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述第一制冷主路、所述第二制冷剂主路和所述第一制冷支路相互连通；所述冷却液主路串联至所述电机冷却回路，所述第一冷却液支路将所述客舱蒸发器连接至所述冷却液主路，所述第二个冷却液支路将所述客舱冷凝器连接至所述冷却液主路。
  13. 如权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述第一制冷主路、所述第二制冷剂主路和所述第二制冷支路相互连通，所述散热器起到蒸发器的作用并从电机罩下的空气中吸收热量；所述冷却液主路串联连接至所述电机冷却回路，所述第二冷却液支路将所述客舱冷凝器连接至所述冷却液主路。
  14. 如权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述第一制冷主路、所述第二制冷剂主路和所述第二制冷支路彼此连通，所述制冷剂回路还包括用于将所述客舱冷凝器释放的热量吹过客舱的鼓风机，所述散热器起蒸发器的作用；所述冷却液主路串联至所述电机冷却回 路，所述第三冷却液支路将所述客舱蒸发器连接至冷却液主路；所述第四冷却液支路以流体方式将所述散热器连接到所述电机冷却回路。
  15. 如权利要求14所述的热管理系统，其特征在于，至少有一个开口设置在所述客舱蒸发器周围，用于将冷空气排出客舱。
  16. 如权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述第一制冷主路、所述第二制冷剂主路和所述第二制冷支路彼此连通，所述制冷剂回路还包括用于将所述客舱冷凝器释放的热量吹过客舱的鼓风机，所述散热器起蒸发器的作用并从电机罩下的空气中吸收热量；所述冷却液主路串联连接至所述电机冷却回路，所述第一冷却液支路将客舱蒸发器连接至冷却液主路。
  17. 如权利要求16所述的热管理系统，其特征在于，所述第一制冷支路与所述第一制冷主路和所述第二制冷剂主路连通。
  18. 如权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述电池冷却剂回路包括电池、快速充电系统和自动驾驶仪电子控制单元，所述电池冷却剂回路用于使冷却剂在所述电池、所述快速充电系统和所述自动驾驶仪电子控制单元中循环；所述电机冷却回路包括电机、逆变器、DC/DC转换器，所述电机冷却回路用于使冷却液在所述电机、所述逆变器、所述DC/DC转换器中循环。
  19. 如权利要求18所述的热管理系统，其特征在于，所述电机冷却剂回路进一步包括连接至DC/DC转换器的第一旁通路径，所述第一旁通路径包括第三切断阀，所述第三切断阀可在开启和关闭之间操作，以允许冷却剂通过或绕过DC/DC转换器；所述电池冷却回路还包括连接到所述快速充电系统和所述自动驾驶仪电子控制单元的两条第二旁通路径，每条第二旁通路径包括第四切断阀，每个第四切断阀可在打开和关闭之间操作，以允许冷却液通过或绕过快速充电系统和自动驾驶仪电子控制单元。
  20. 一种电动汽车，包括客舱，其特征在于，还包括了如权利要求1至19中任意一项所述的热管理系统。
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