一种电动汽车热泵系统及电动汽车的制作方法 专利技术说明

车辆装置的制造及其改造技术1.本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车热泵系统及电动汽车。背景技术：2.目前，热泵空调已成为电动汽车空调系统发展趋势之一。现有技术中，电动汽车热泵空调系统均为单一源热泵空调系统，即空气源热泵。现有技术中，有少许增加了电机或电池余热回收功能，但是这些增加的电机或电池余热回收功能并不能实现单独制热工作模式，必须与空气源的常规热泵制热模式串联一起工作，而此种设计将大大降低热泵的能效比。因为在低温环境下(比如环境温度低于-15℃)，空气源热泵的制热能力非常有限，而此时开启空气源热泵将增加能耗，并不能提升制热能效。技术实现要素：3.本发明的目的在于提供一种能够对电机或电池余热回收，并集成空气源热泵和水源热泵功能的电动汽车热泵系统及电动汽车。4.本发明技术方案提供一种电动汽车热泵系统，包括电机装置、散热器、压缩机、气液分离器、车内冷凝器、车内蒸发器、电池包、第一膨胀阀、第二膨胀阀、用于与外界环境换热的第一换热器、用于所述电池包换热的第二换热器及用于所述电机装置和/或所述电池包的余热交换利用的第三换热器；5.所述电机装置与所述散热器串联构成电机装置散热回路；6.所述电池包与所述第二换热器串联构成电池包换热回路；7.所述第一换热器、所述气液分离器、所述压缩机和所述车内冷凝器依次串联构成空调制热回路；8.所述第一换热器、第一膨胀阀、所述车内蒸发器、所述气液分离器和所述压缩机依次串联构成空调制冷回路；9.所述第一换热器、第二膨胀阀、所述第二换热器、所述气液分离器和所述压缩机依次串联构成电池包降温回路；10.所述电机装置散热回路与所述电池包换热回路之间连接有余热回收回路，所述第三换热器串联在所述余热回收回路上；11.其中，所述第三换热器、所述气液分离器、所述压缩机和所述车内冷凝器依次串联构成余热回收制热回路；12.所述第三换热器与所述第一换热器并联布置，所述车内蒸发器与所述第二换热器并联布置。13.本发明提供的电动汽车热泵系统，第一换热器、气液分离器、压缩机和车内冷凝器可构成常规的空气源热泵，吸收环境热量进行制热。第三换热器、气液分离器、压缩机和车内冷凝器可构成水源热泵，通过回收电机装置及电池包的余热进行制热，充分发挥电动汽车空气源热泵和水源热泵的优势来满足乘客舱的制热需求。14.在其中一项可选技术方案中，所述电动汽车热泵系统包括有空调制冷模式、电池包降温模式、空调制冷-电池包降温联合模式、空调制热模式、余热回收制热模式及空调-余热联合制热模式，，可以满足多种车况的需求。15.在其中一项可选技术方案中，所述余热回收制热模式包括电机装置余热回收制热模式、电池包余热回收制热模式及电机装置-电池包余热回收制热模式。根据需要，可以单独回收电机装置的余热，也可以单独回收电池包的余热，还可以同时回收电机装置和电池包的余热，实现了多模式余热回收利用。16.在其中一项可选技术方案中，所述余热回收制热回路中流入所述第三换热器中的冷媒的温度为t1，所述余热回收回路中流入所述第三换热器中的水的温度为t2，从所述第三换热器流入所述电机装置散热回路中的水的温度为t3，所述电机装置的过温保护温度为t4；17.则t2≥t1+a，t3≤t4-b，其中，a、b都为大于0的系数。18.当从电机装置和/或电池包中流出的水的温度比冷媒的温度高时，即可采用水源热泵进行制热，还需要保证流经电机装置的水温不能超过电机装置的过温保护温度，以实现各元器件正常工作。19.在其中一项可选技术方案中，当-10℃＜环境温度t0≤20℃时，采用空调-余热联合制热模式，可以提高制热效率。20.当环境温度t0≤-10℃时，采用余热回收制热模式，在实现制热的同时，还可降低能耗。21.在其中一项可选技术方案中，所述电动汽车热泵系统还包括有电加热器和第四换热器；所述电加热器和所述第四换热器串联构成电加热回路，所述第二换热器还与所述电加热回路连接，以确保在无法采用热泵加热时，直接采用电加热器加热，以满足低温下的制热需求。22.在其中一项可选技术方案中，所述电动汽车热泵系统包括有电加热器制热模式及电池包升温模式，可以在低温环境下对乘客舱加热，也可以在低温环境下对电池包加热，以维持或改善电池包的低温性能。23.在其中一项可选技术方案中，当环境温度t0≤-20℃时，采用电加热器制热模式，此时关闭热泵，可以确保低温环境下的制热需求，并可避免热泵能耗消耗。24.在其中一项可选技术方案中，所述余热回收回路与所述电池包换热回路及电机装置散热回路之间分别连接有三通阀，以实现各回路的连接，导通水路。25.本发明一技术方案还提供一种电动汽车，包括前述任一技术方案所述的电动汽车热泵系统。26.采用上述技术方案，具有如下有益效果：27.本发明提供的电动汽车热泵系统及电动汽车，第一换热器、气液分离器、压缩机和车内冷凝器可构成常规的空气源热泵，吸收环境热量进行制热。第三换热器、气液分离器、压缩机和车内冷凝器可构成水源热泵，通过回收电机装置及电池包的余热进行制热，充分发挥电动汽车空气源热泵和水源热泵的优势来满足乘客舱的制热需求。附图说明28.图1为本发明一实施例提供的电动汽车热泵系统的示意图；29.图2为本发明一实施例提供的电动汽车热泵系统，在余热回收制热模式下的示意图；30.图3为本发明一实施例提供的电动汽车热泵系统，在空调制热模式下的示意图；31.图4为本发明一实施例提供的电动汽车热泵系统，在空调-余热联合制热模式下的示意图；32.图5为本发明一实施例提供的电动汽车热泵系统，在空调制冷模式下的示意图；33.图6为本发明一实施例提供的电动汽车热泵系统，在电池包降温模式下的示意图；34.图7为本发明一实施例提供的电动汽车热泵系统，在电池包升温模式下的示意图；35.图8为电机装置与散热器串联构成电机装置散热回路的示意图；36.图9为电池包与第二换热器串联构成电池包换热回路的示意图；37.图10为电机装置散热回路与电池包换热回路之间连接有余热回收回路，第三换热器串联在余热回收回路上的示意图；38.图11为第三换热器、气液分离器、压缩机和车内冷凝器依次串联构成余热回收制热回路的示意图；39.图12为第一换热器、气液分离器、压缩机和车内冷凝器依次串联构成空调制热回路的示意图；40.图13为第一换热器、第一膨胀阀、车内蒸发器、气液分离器和压缩机依次串联构成空调制冷回路的示意图；41.图14为第一换热器、第二膨胀阀、第二换热器、气液分离器和压缩机依次串联构成电池包降温回路的示意图；42.图15为电加热器和第四换热器串联构成电加热回路的示意图。具体实施方式43.下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。44.如图1-6和图8-14所示，图中实线箭头表示水的流动方向，虚线箭头表示冷媒(冷却液、氟利昂)的流动方向。45.本发明一实施例提供的电动汽车热泵系统，包括电机装置1、散热器2、压缩机3、气液分离器4、车内冷凝器5、车内蒸发器6、电池包7、第一膨胀阀17、第二膨胀阀18、用于与外界环境换热的第一换热器12、用于电池包7换热的第二换热器13及用于电机装置1和/或电池包7的余热交换利用的第三换热器14。46.电机装置1与散热器2串联构成电机装置散热回路100。47.电池包7与第二换热器13串联构成电池包换热回路200。48.第一换热器12、气液分离器4、压缩机3和车内冷凝器5依次串联构成空调制热回路500。49.第一换热器12、第一膨胀阀17、车内蒸发器6、气液分离器4和压缩机3依次串联构成空调制冷回路600。50.第一换热器12、第二膨胀阀18、第二换热器13、气液分离器4和压缩机3依次串联构成电池包降温回路700。51.电机装置散热回路100与电池包换热回路200之间连接有余热回收回路300，第三换热器14串联在余热回收回路300上。52.其中，第三换热器14、气液分离器4、压缩机3和车内冷凝器5依次串联构成余热回收制热回路400。53.第三换热器14与第一换热器12并联布置，车内蒸发器6与第二换热器13并联布置。54.本发明实施例提供的电动汽车热泵系统，包括有电机装置散热回路100、电池包换热回路200、余热回收回路300、余热回收制热回路400、空调制冷回路600和电池包降温回路700。55.电机装置1、电机水泵9及散热器2串联在电机装置散热回路100上。电机装置散热回路100中流动有水，水将电机装置1中的热量传递到散热器2，散热器2与外界环境进行热量交换，以将电机装置1产生的热量散到外界中。56.电池包7、电池包水泵10及第二换热器13串联在电池包换热回路200上。电池包换热回路200中流动有水，水可将电池包7中的热量传递到第二换热器13，第二换热器13可与电池包降温回路700中的冷媒进行热量交换，以对电池包7进行降温。57.电机装置散热回路100与电池包换热回路200之间连接有余热回收回路300，第三换热器14串联在余热回收回路300上。余热回收回路300能够回收电机装置1的余热及电池包7的余热。余热回收回路300的具体管道的连接方式，可以根据需要进行设计连接。58.例如，当需要单独回收电机装置1的余热时，可将第三换热器14的进液口与电机装置1的出液口依次串联，将第三换热器14的出液口与电机装置1的进液口依次串联。59.当需要单独回收电池包7的余热时，可将将第三换热器14的进液口与电池包7的出液口依次串联，将第三换热器14的出液口与电池包7的进液口依次串联。60.当然，可根据需要在管道或各回路上设置相应的阀门19，以供各管道、回路的通断控制。61.第三换热器14、气液分离器4、压缩机3和车内冷凝器5依次串联连接构成余热回收制热回路400，从而可以利用从第三换热器14回收的电机装置1和/或电池包7的余热，再进行制热，提高了制热效率。此时，余热回收回路300为热泵的热源，可称之为水源热泵。62.第一换热器12与第三换热器14并联。第一换热器12、气液分离器4、压缩机3和车内冷凝器5依次串联连接构成空调制热回路500，可以利用环境的空气进行制热。此时，环境空气中为热泵的热源，可称之为空气源热泵。63.由于第三换热器14与第一换热器12并联布置，当第三换热器14与第一换热器12同时工作时，空气源热泵与水源热泵同时制热，大大提高了制热效率。64.第一换热器12、第一膨胀阀17、车内蒸发器6、气液分离器4和压缩机3依次串联连接构成空调制冷回路600，实现乘客舱降温。65.第一换热器12、第二膨胀阀18、第二换热器13、气液分离器4和压缩机3依次串联构成电池包降温回路700，可以通过第二换热器13为电池包7降温，提高电池包7的安全性能。66.由于车内蒸发器6与第二换热器13并联布置，可以实现同时对电池包7降温和给乘员舱降温。67.第一膨胀阀17可为热力膨胀阀，第二膨胀阀18可为电磁膨胀阀。第二换热器13及第三换热器14可为双芯体换热器，一侧芯体通水，另一侧芯体通冷媒(氟利昂、冷却液等)。68.由此，本发明提供的电动汽车热泵系统，第一换热器12、气液分离器4、压缩机3和车内冷凝器5可构成常规的空气源热泵，吸收环境热量进行制热。第三换热器14、气液分离器4、压缩机3和车内冷凝器5可构成水源热泵，通过回收电机装置1及电池包7的余热进行制热，充分发挥电动汽车空气源热泵和水源热泵的优势来满足乘客舱的制热需求。69.在其中一个实施例中，如图1-6和图8-15所示，电动汽车热泵系统包括有空调制冷模式、电池包降温模式、空调制冷-电池包降温联合模式、空调制热模式、余热回收制热模式及空调-余热联合制热模式，可以满足多种车况的需求。70.如图5和图8所示，在空调制冷模式时，冷媒依次经第一换热器12、第一膨胀阀17、车内蒸发器6、气液分离器4和压缩机3进行循环制冷。风扇将车内蒸发器6上的冷量吹入乘员舱中进行降温。71.如图14所示，在电池包降温模式时，冷媒依次经第一换热器12、第二膨胀阀18、第二换热器13、气液分离器4和压缩机3进行循环制冷。第二换热器13中的冷媒与电池包换热回路200中的水进行换热，以降低水的温度，从而可以对电池包7进行降温。72.如图3和图12所示，在空调制热模式时，冷媒依次经第一换热器12、气液分离器4、压缩机3和车内冷凝器5进行循环制热。风扇将车内冷凝器5上的热量吹入乘员舱中进行升温。73.如图2和图10-11所示，在余热回收制热模式时，水在电池包7、余热回收回路300、第三换热器14和电机装置1之间循环。冷媒依次经第三换热器14、气液分离器4、压缩机3和车内冷凝器5进行循环制热。风扇将车内冷凝器5上的热量吹入乘员舱中进行升温。74.如图4所示，在空调-余热联合制热模式时，水在电池包7、余热回收回路300、第三换热器14和电机装置1之间循环。一部分冷媒依次经第三换热器14、气液分离器4、压缩机3和车内冷凝器5进行循环制热。一部分冷媒经第一换热器12、气液分离器4、压缩机3和车内冷凝器5进行循环制热。75.在其中一个实施例中，余热回收制热模式包括电机装置1余热回收制热模式、电池包余热回收制热模式及电机装置-电池包余热回收制热模式。根据需要，可以单独回收电机装置1的余热，也可以单独回收电池包7的余热，还可以同时回收电机装置1和电池包7的余热，实现了多模式余热回收利用。76.在其中一个实施例中，余热回收制热回路400中流入第三换热器14中的冷媒的温度为t1，余热回收回路300中流入第三换热器14中的水的温度为t2，从第三换热器14流入电机装置散热回路100中的水的温度为t3，电机装置1的过温保护温度为t4。77.则t2≥t1+a，t3≤t4-b，其中，a、b都为大于0的系数，a可选为5℃，b可选为2℃。78.当从电机装置1和/或电池包7中流出的水的温度比冷媒的温度高时，即可采用水源热泵进行制热，还需要保证流经电机装置1的水温不能超过电机装置1的过温保护温度，以实现各元器件正常工作。79.在其中一个实施例中，当-10℃＜环境温度t0≤20℃时，采用空调-余热联合制热模式，可以提高制热效率。80.当环境温度t0≤-10℃时，采用余热回收制热模式，在实现制热的同时，还可降低能耗。81.在其中一个实施例中，如图1、图7和图15所示，电动汽车热泵系统还包括有电加热器8和第四换热器15。电加热器8、第四换热器15和暖风水泵11串联构成电加热回路800，第二换热器13还与电加热回路800连接，以确保在无法采用热泵加热时，直接采用电加热器8加热，以满足低温下的制热需求。82.在其中一个实施例中，电动汽车热泵系统包括有电加热器制热模式及电池包升温模式。83.电加热器制热模式下，第四换热器15上的热量被通过风扇吹出，以对乘员舱进行升温。电池包升温模式下，电加热回路800中的水可与电池包换热回路200中的水通过第二换热器13进行热量交换，以对电池包7进行升温，以维持或改善电池包7的低温性能。84.在其中一个实施例中，当环境温度t0≤-20℃时，采用电加热器制热模式，此时关闭热泵，可以确保低温环境下的制热需求，并可避免热泵能耗消耗。85.在其中一个实施例中，余热回收回路300与电池包换热回路200及电机装置散热回路100之间分别连接有三通阀16，以实现各回路的连接，导通水路。86.本发明一实施例提供一种电动汽车，包括前述任一技术方案所述的电动汽车热泵系统，集成有空气源热泵和水源热泵，可以回收电机装置1及电池包7的余热进行制热，充分发挥电动汽车空气源热泵和水源热泵的优势来满足乘客舱的制热需求。87.根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效果。88.以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。









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