CN113547957A - 一种电动汽车的热管理集成模块及其热管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动汽车的热管理集成模块及其热管理系统，包括膨胀水壶，用于容纳冷却液膨胀量，且作为集成热管理零部件的载体；热管理零部件，包括电池泵、电机泵、电池冷却器及多通阀组件，多通阀组件包括第一四通阀和第二四通阀；热管理零部件之间的连接管路均集成于膨胀水壶上，且膨胀水壶上设有用于连通热管理零部件的接口，将电池泵、电机泵、电池冷却器和控制阀组件固定装配于膨胀水壶上时，同时与膨胀水壶上的接口连通；本发明将热管理系统的部分设备集成一起形成热管理集成模块，可以减少热管理系统中零部件之间的连接管路,一方面既降低了生产成本，另一方面又能冷却液在管路中的热量损失,优化整车能耗。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车领域，尤其是热管理系统领域。
背景技术
电动汽车以动力电池为驱动装置动力来源，伴随电动汽车的不断发展，热管理系统逐渐得到关注；目前主流的电池热管理系统主要包括两个回路：一个为包括压缩机、蒸发器、冷凝器或者加热器、热交换器等构件组成的制冷或制热回路；一个为包括水泵、热交换器、动力电池箱的冷却回路；在回路中，通常会旁接膨胀壶为回路补偿冷却液，其功能单一，而且动力电池热管理系统在每种工作模式下的回路均需设置一个膨胀水壶，导致零部件较多、成本较高等弊端；此外，现有的热管理系统设计的模式越来越多，结构也越来越复杂，热管理系统中的诸多的设备均需要占用相当大的空间，这对于未来追求部分电动车小型化带来了不利的影响。
发明内容
为了解决上述问题，本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种电动汽车的热管理集成模块,其特征在于：包括，
膨胀水壶，用于容纳冷却液膨胀量，同时作为集成热管理零部件的载体；
热管理零部件，包括电池泵、电机泵、电池冷却器及多通阀组件，所述多通阀组件包括第一四通阀和第二四通阀；
热管理零部件之间的连接管路均集成于膨胀水壶上，且连接管路上设有用于连通热管理零部件的接口，将电池泵、电机泵、电池冷却器和控制阀组件固定装配于膨胀水壶上时与膨胀水壶上的接口连通
一种电动汽车的热管理系统，包括
膨胀水壶，用于容纳冷却液膨胀量；
散热模块，包括散热器和电池冷却器，用于电池和电机进行散热；
电机模块，包括电机和电机泵，用于泵送冷却液进行电机热管理；
电池模块，包括电池和电池泵，用于泵送冷却液进行电池热管理；
控制模块，用于控制热管理系统中冷却液流路的通断；
所述散热模块、电机模块、电池模块的一端均与膨胀水壶连接，另一端均与控制模块连接；热管理系统通过控制模块调节电机模块、电池模块的冷却液流路的走向进行电机、电池的热管理。
作为本发明的进一步优化方案，所述控制模块由多通阀组件组成，所述多通阀组件包括第一四通阀和第二四通阀，第一四通阀和第二四通阀上均设有一号阀口、二号阀口、三号阀口和四号阀口；所述第一四通阀和第二四通阀的一号阀口相互连通后连接至电池冷却器的一端，电池冷却器的另一端与膨胀水壶连通；第一四通阀和第二四通阀的三号阀口相互连通后连接至散热器的一端，散热器的另一端与膨胀水壶连通；所述电池模块的一端与第一四通阀的二号阀口连接，另一端与膨胀水壶连通；所述电机模块的一端与第二四通阀的二号阀口连接，另一端与膨胀水壶连通；第一四通阀和第二四通阀的四号阀口相互连通后连接至电池模块上；所述热管理系统通过第一四通阀、第二四通阀共同调节电机模块、电池模块冷却液流路的走向实现电机和电池的六种热管理模式，六种热管理模式分别为电机与电池均通过散热器散热，电机通过散热器散热、电池通过电池冷却器散热，电池自循环均热、电机热量通过电池冷却器回收，电池自循环均热、电机通过散热器散热，电机余热给予电池，电机电池余热利用的热管理模式。
作为本发明的进一步优化方案，所述电机与电池均通过散热器散热的热管理模式中，所述第一四通阀将其二号阀口和三号阀口连通，第二四通阀将其二号阀口和三号阀口连通，冷却液分别经过电机模块和电池模块后由第一四通阀和第二四通阀汇流至散热器处，此时，电机模块和电池模块相互并联，电机与电池均通过散热器散热。
作为本发明的进一步优化方案，电机通过散热器散热、电池通过电池冷却器散热的热管理模式中，所述第一四通阀将其二号阀口和一号阀口连通，第二四通阀将其二号阀口和三号阀口连通；冷却液流经电池模块后依次通过第一四通阀、电池冷却器，最后回流至膨胀水壶；同时冷却液流经电机模块后依次经过第二四通阀、散热器，最后回流至膨胀水壶；此时，电机模块和电池模块处分别形成冷却循环回路，进行电池、电机独立散热。
作为本发明的进一步优化方案，所述电池自循环均热、电机热量通过电池冷却器回收的热管理模式中，所述第一四通阀将其二号阀口和四号阀口连通，第二四通阀将其二号阀口和一号阀口连通；冷却液在电池模块和第一四通阀之间形成内循环，同时冷却液流经电机模块后依次经过第二四通阀、电池冷却器，最后回流至膨胀水壶；此时电池进行自循环匀热，电机通过电池冷却器进行热量回收。
作为本发明的进一步优化方案，电池自循环均热，电机通过散热器散热的热管理模式中，所述第一四通阀将其二号阀口和四号阀口连通，第二四通阀将其二号阀口和三号阀口连通；冷却液在电池模块和第一四通阀之间形成内循环，同时冷却液流经电机模块后依次经过第二四通阀、散热器，最后回流至膨胀水壶；此时电池进行自循环匀热，电机通过散热器进行散热。
作为本发明的进一步优化方案，电机余热给予电池的热管理模式中，所述第一四通阀将其二号阀口和四号阀口连通，第二四通阀将其二号阀口和四号阀口连通；冷却液经过电池模块、第一四通阀后到达第一四通阀的第四阀口，同时冷却液流经电机模块后经过第二四通阀，并且在第二四通阀的四号阀口处与电池模块处的冷却液汇流，从而参与电池模块的循环；此时，利用电机的热量对电池进行升温。
作为本发明的进一步优化方案，电机电池余热利用的热管理模式中，所述第一四通阀将其二号阀口和一号阀口连通，第二四通阀将其二号阀口和一号阀口连通；冷却液分别经过电机模块和电池模块后由第一四通阀和第二四通阀汇流至电池冷却器处；此时，利用电池冷却器回收电机和电池的热量，进行余热利用。
本发明的有益效果在于：
1)本发明将热管理系统的部分设备集成在一起形成热管理集成模块，实现热管理系统的集成化、小型化的设计，可以减少热管理系统中零部件之间的连接管路,一方面既降低了生产成本，另一方面又能冷却液在管路中的热量损失,优化整车能耗。
附图说明
图1是本发明中热管理系统与热管理集成模块的关系示意图；
图2是本发明中热管理系统的整体示意图；
图3是本发明热管理模式M1示意图；
图4是本发明热管理模式M2示意图；
图5是本发明热管理模式M3示意图；
图6是本发明热管理模式M4示意图；
图7是本发明热管理模式M5示意图；
图8是本发明热管理模式M6示意图；
图9是本发明中热管理集成模块整体示意图；
图10是本发明中多通阀组件的结构示意图；
图11是本发明的膨胀水壶的结构示意图1；
图12是本发明的膨胀水壶的结构示意图2；
图中：1、膨胀水壶；11、第一管道；12、第二管道；13、第三管道；2、电池泵；3、电机泵；4、电池冷却器；5、多通阀组件；51、第一四通阀；52、第二四通阀；6、电池；7、电机；8、散热器；91、一号阀口；92、二号阀口；93、三号阀口；94、四号阀口。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
如图1至图12所示的一种用于电动汽车的热管理集成模块及其热管理系统，其中，如图1所示的一种电动汽车的热管理系统包括多通阀组件5、与多通阀组件5连接的膨胀水壶1、与多通阀组件5连接的电机7和电机泵3、与多通阀组件5连接的电池6和电池泵2、与多通阀组件5连接的散热器8和膨胀水壶1、与多通阀组件5连接的电池冷却器4；
其中，多通阀组件5用于控制热管理系统中各个冷却液流路的通断，膨胀水壶1用于容纳冷却液膨胀量；散热器8用于热管理系统的冷却液散热降温，电池冷却器4用于电池进行降温，同时也能起到回收热管理系统中部分热量的作用；这里需要注意的是，附图1中的chiller为电池冷却器，Battery为电池，RAD为散热器，阀指的是上述的多通阀组件5；
使用时，将电池6和电池泵2串联形成电池模块，将电机7和电机泵3串联形成电机模块，热管理系统通过多通阀组件5调节电机模块、电池模块的冷却液流路的走向进行电机、电池的热管理；
多通阀组件5包括第一四通阀51和第二四通阀52，其中，第一四通阀和第二四通阀的结构原理相同，且第一四通阀51和第二四通阀52上均设有一号阀口91、二号阀口92、三号阀口93和四号阀口94；
具体的，如图2所示的热管理循环示意图，该热管理系统中，第一四通阀51和第二四通阀52的一号阀口91相互连通后连接至电池冷却器4的一端，电池冷却器4的另一端与膨胀水壶1连通；
第一四通阀51和第二四通阀52的三号阀口93相互连通后连接至散热器的一端，散热器的另一端与膨胀水壶连通；电池模块的一端与第一四通阀51的二号阀口92连接，另一端与膨胀水壶连通；电机模块的一端与第二四通阀52的二号阀口92连接，另一端与膨胀水壶连通；第一四通阀51和第二四通阀52的四号阀口94相互连通后连接至电池模块上；
热管理系统通过第一四通阀51、第二四通阀52共同作用，调节电机模块、电池模块冷却液流路的走向是否经过电池冷却器和/或散热器，能够实现电机和电池的六种热管理模式；
如图3所示的热管理模式M1：电机与电池均通过散热器散热；
该模式中，将第一四通阀51将其二号阀口92和三号阀口93连通，第二四通阀52将其二号阀口92和三号阀口93连通；此时，冷却液分别经过电机模块和电池模块后由第一四通阀51和第二四通阀52汇流至散热器处，相当于将电机模块和电池模块相互并联，然后电机与电池均通过散热器散热；
如图4所示的热管理模式M2：电机通过散热器散热、电池通过电池冷却器散热；
该模式下，将第一四通阀51将其二号阀口92和一号阀口91连通，第二四通阀52将其二号阀口92和三号阀口93连通；此时，冷却液流经电池模块后依次通过第一四通阀51、电池冷却器，最后回流至膨胀水壶；同时冷却液流经电机模块后依次经过第二四通阀52、散热器，最后回流至膨胀水壶；这样电机模块和电池模块处分别形成冷却循环回路，进行电池、电机独立散热；
如图5所示的热管理模式M3：电池自循环均热、电机热量通过电池冷却器回收；
该模式下，将第一四通阀51将其二号阀口92和四号阀口94连通，第二四通阀52将其二号阀口92和一号阀口91连通；此时，冷却液在电池模块和第一四通阀51之间形成内循环，同时冷却液流经电机模块后依次经过第二四通阀52、电池冷却器，最后回流至膨胀水壶；电池进行自循环匀热，电机通过电池冷却器进行热量回收；
如图6所示的热管理模式M4：电池自循环均热、电机通过散热器散热；
该模式下，将第一四通阀51将其二号阀口92和四号阀口94连通，第二四通阀52将其二号阀口92和三号阀口93连通；此时，冷却液在电池模块和第一四通阀51之间形成内循环，同时冷却液流经电机模块后依次经过第二四通阀52、散热器，最后回流至膨胀水壶；电池进行自循环匀热，电机通过散热器进行散热；
如图7所示的热管理模式M5：电机余热给予电池；
该模式下，将第一四通阀51将其二号阀口92和四号阀口94连通，第二四通阀52将其二号阀口92和四号阀口94连通；此时，冷却液经过电池模块、第一四通阀51后到达第一四通阀51的第四阀口，同时冷却液流经电机模块后经过第二四通阀52，并且在第二四通阀52的四号阀口94处与电池模块处的冷却液汇流，从而参与电池模块的循环；利用电机的热量对电池进行升温；
如图8所示的热管理模式M6：电机电池余热利用的热管理模式；
该模式下，将第一四通阀51将其二号阀口92和一号阀口91连通，第二四通阀52将其二号阀口92和一号阀口91连通；冷却液分别经过电机模块和电池模块后由第一四通阀51和第二四通阀52汇流至电池冷却器处；利用电池冷却器回收电机和电池的热量，进行余热利用；
如图9所示的一种用于电动汽车的热管理集成模块，包括
膨胀水壶，用于容纳冷却液膨胀量，同时作为热管理零部件的载体；
热管理零部件，包括电池泵、电机泵、用于电池冷却的电池冷却器、及控制阀组件；其中，控制阀组件由两个四通阀构成，用于控制热管理零部件之间及其与膨胀水壶之间管路的通断；
组装时，将电池泵、电机泵、电池冷却器和控制阀组件均集成装配于膨胀水壶上，组成热管理集成模块，组装完毕后，热管理集成模块上会留出多个接口，用于连通散热器、电池冷却器、电池模块、电机模块，从而形成一个完整的热管理系统；
具体的，如图10、图11和图12所示的，膨胀水壶包括容纳冷却液的容纳腔，且侧壁上设有连通容纳腔的电机泵接口、用于连接电池泵的电池泵接口、电池冷却器进液接口和电池冷却器出液接口、与散热器连接的冷却液进液口，及用于连接第一四通阀和第二四通阀52的一号、三号、四号阀口的控制阀组件接口；
其中，容纳腔的底部一体设有第一管道11，第一管道11上设有与容纳腔连通的冷却液出液口，且第一管道同时与电池泵、电机泵接口、电池冷却器出液接口、第一四通阀和第二四通阀52的四号阀口94连通；
第一四通阀和第二四通阀52的四号阀口94分布于膨胀水壶侧壁的最下侧，三号阀口93设于膨胀水壶侧壁上的最上侧，四号阀口94分布于一号阀口91和四号阀口94之间，三组阀口整体相互平行分布于水壶的侧壁上；
膨胀水壶内设有第二管道12，第二管道12同时与第一四通阀51和第二四通阀52的一号阀口91连通，然后第二管道的另一端与电池冷却器进液接口连通；
膨胀水壶内设有第三管道13，第三管道13的一端同时与第一四通阀51和第二四通阀52的三号阀口93连通，另一端与用于连接散热器的接口连通；
具体使用时，将电机、电池等外联设备连接于热管理集成模块上，从而形成完整的热管理系统，然后通过控制第一四通阀和第二四通阀改变冷却液的流路走向，进而实现相应的热管理模式；
本发明中将热管理系统的部分设备集成在一起形成热管理集成模块，实现热管理系统的集成化、小型化的设计，可以减少热管理系统中零部件之间的连接管路,一方面既降低了生产成本，另一方面又能冷却液在管路中的热量损失,优化整车能耗。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。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。
Claims (9)
1.一种电动汽车的热管理集成模块,其特征在于：包括，
膨胀水壶，用于容纳冷却液膨胀量，且作为集成热管理零部件的载体；
热管理零部件，包括电池泵、电机泵、电池冷却器及多通阀组件，所述多通阀组件包括第一四通阀和第二四通阀；
所述热管理零部件之间的连接管路均集成于膨胀水壶上，且膨胀水壶上设有用于连通热管理零部件的接口，将电池泵、电机泵、电池冷却器和控制阀组件固定装配于膨胀水壶上时，同时与膨胀水壶上的接口连通。
2.一种电动汽车的热管理系统,其特征在于：包括如权利要求1所述的电动汽车的热管理集成模块，与热管理集成模块连接的电池、电机和散热器；所述电机泵和电机组成电机模块，所述电池泵和电池组成电池模块，其中，散热器，用于电池和电机进行散热；
电池冷却器，用于电池进行散热；
电机模块，用于泵送冷却液进行电机热管理；
电池模块，用于泵送冷却液进行电池热管理；
多通阀组件，用于控制热管理系统中冷却液流路的通断；
所述散热器、电池冷却器、电机模块、电池模块的一端均与膨胀水壶连接，另一端均与多通阀组件连接；热管理系统通过调节多通阀组件控制电机模块、电池模块的冷却液流路的走向进行电机、电池的热管理。
3.根据权利要求2所述的一种电动汽车的热管理系统,其特征在于：所述第一四通阀和第二四通阀上均设有一号阀口、二号阀口、三号阀口和四号阀口；所述第一四通阀和第二四通阀的一号阀口相互连通后连接至电池冷却器的一端，电池冷却器的另一端与膨胀水壶连通；第一四通阀和第二四通阀的三号阀口相互连通后连接至散热器的一端，散热器的另一端与膨胀水壶连通；所述电池模块的一端与第一四通阀的二号阀口连接，另一端与膨胀水壶连通；所述电机模块的一端与第二四通阀的二号阀口连接，另一端与膨胀水壶连通；第一四通阀和第二四通阀的四号阀口相互连通后连接至电池模块上；
所述热管理系统通过第一四通阀、第二四通阀共同调节电机模块、电池模块冷却液流路的走向，并根据是否经过散热器和/或电池冷却器，实现电机和电池的六种热管理模式。
4.根据权利要求3所述的一种电动汽车的热管理系统,其特征在于：电机与电池均通过散热器散热的热管理模式中，所述第一四通阀将其二号阀口和三号阀口连通，第二四通阀将其二号阀口和三号阀口连通，冷却液分别经过电机模块和电池模块后由第一四通阀和第二四通阀汇流至散热器处，此时，电机模块和电池模块相互并联，电机与电池均通过散热器散热。
5.根据权利要求3所述的一种电动汽车的热管理系统,其特征在于：电机通过散热器散热、电池通过电池冷却器散热的热管理模式中，所述第一四通阀将其二号阀口和一号阀口连通，第二四通阀将其二号阀口和三号阀口连通；冷却液流经电池模块后依次通过第一四通阀、电池冷却器，最后回流至膨胀水壶；同时冷却液流经电机模块后依次经过第二四通阀、散热器，最后回流至膨胀水壶；此时，电机模块和电池模块处分别形成冷却循环回路，进行电池、电机独立散热。
6.根据权利要求3所述的一种电动汽车的热管理系统,其特征在于：电池自循环均热、电机热量通过电池冷却器回收的热管理模式中，所述第一四通阀将其二号阀口和四号阀口连通，第二四通阀将其二号阀口和一号阀口连通；冷却液在电池模块和第一四通阀之间形成内循环，同时冷却液流经电机模块后依次经过第二四通阀、电池冷却器，最后回流至膨胀水壶；此时电池进行自循环匀热，电机通过电池冷却器进行热量回收。
7.根据权利要求3所述的一种电动汽车的热管理系统,其特征在于：电池自循环均热，电机通过散热器散热的热管理模式中，所述第一四通阀将其二号阀口和四号阀口连通，第二四通阀将其二号阀口和三号阀口连通；冷却液在电池模块和第一四通阀之间形成内循环，同时冷却液流经电机模块后依次经过第二四通阀、散热器，最后回流至膨胀水壶；此时电池进行自循环匀热，电机通过散热器进行散热。
8.根据权利要求3所述的一种电动汽车的热管理系统,其特征在于：电机余热给予电池的热管理模式中，所述第一四通阀将其二号阀口和四号阀口连通，第二四通阀将其二号阀口和四号阀口连通；冷却液经过电池模块、第一四通阀后到达第一四通阀的第四阀口，同时冷却液流经电机模块后经过第二四通阀，并且在第二四通阀的四号阀口处与电池模块处的冷却液汇流，从而参与电池模块的循环；此时，利用电机的热量对电池进行升温。
9.根据权利要求3所述的一种电动汽车的热管理系统,其特征在于：电机电池余热利用的热管理模式中，所述第一四通阀将其二号阀口和一号阀口连通，第二四通阀将其二号阀口和一号阀口连通；冷却液分别经过电机模块和电池模块后由第一四通阀和第二四通阀汇流至电池冷却器处；此时，利用电池冷却器回收电机和电池的热量，进行余热利用。
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