[发明专利]一种基于相变蓄热的水环热泵型电动汽车热管理系统

说明书

本发明涉及一种基于相变蓄热的水环热泵型电动汽车热管理系统，采用相变蓄热技术和水环热泵技术耦合的方式，动力总成散热子系统的输出端连接至比例三通阀的输入端，比例三通阀的第一输出端连接至相变蓄热器的输入端，第二输出端连接至第二电磁阀的输入端，相变蓄热器的输出端连接至第二电磁阀的输入端。与现有技术相比，本发明可以高效回收系统产生的余热，并在合适的时候释放余热，克服能量在供需上存在的数量、形态和时间的差异。相变蓄热单元的增设不仅可以实现低温下高效制热，避免在低温下使用空气源热泵造成的结霜、热效率低、甚至无法运行等问题，还可以实现高温下高效冷却，从而减小前端散热器面积、降低风阻、提高续航里程。

技术领域

本发明涉及电动汽车热管理系统，尤其是涉及一种基于相变蓄热的水环热泵型电动汽车热管理系统。

背景技术

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。因此，一套高性能热管理系统对增加续航里程、增加电池使用寿命、降低电池能耗、提升整车可靠性和舒适性起决定性作用。

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电加热器进行制热，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，电动汽车采用空气源热泵会导致以下问题：

(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。

电池作为动力来源，对电动汽车动力性能、续航里程等性能起决定性作用。对于电池加热，一般仅采用水热PTC电加热器，但需要消耗大量电能；一些相关技术中仅利用电机余热，但电机余热无法满足所有行驶工况下电池加热的需求。

现有技术中，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、大功率行驶工况下余热存储、小功率行驶工况下存储余热释放等。

此外，对于电动汽车动力总成热管理子系统，首先，夏季高温下，绝大部分相关技术仅利用前端散热器冷却，然而，电机功率密度高、输出电压变化剧烈、发热量大，对冷却系统提出了更高要求。其次，冬季低温下，电机与电控的热量一般是靠低温散热器和风扇直接散失到空气中，并未得到充分利用。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种基于相变蓄热的水环热泵型电动汽车热管理系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：