具体实施方式

以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

在此公开一种能实现电池的均温冷却和均温加热的车辆热管理系统，该车辆热管理系统例如可以应用于PHEV（Plug-in Hybrid Electric Vehicle；插电式混合动力汽车）、纯EV（Electric Vehicle；电动汽车）等车辆。以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

[第一实施形态]

图1是根据本发明第一实施形态的车辆热管理系统的结构示意图，如图1中（a）所示，第一实施形态的车辆热管理系统具有冷媒循环回路300，该冷媒循环回路300包括：压缩机20、第一热交换器21以及在压缩机20的上游与第一热交换器21的下游之间并联的第一支路301和第二支路302。第一热交换器21设置于压缩机20的下游，是用于使从压缩机20排出的高温高压的气体制冷剂与空气进行换热的冷凝器。冷凝器21上设置有风扇32，当开启风扇32时制冷剂与风扇吹出的空气换热从而进行放热，当风扇32关闭时，冷凝器21不发挥功能，仅作为流体通道使用。

第一支路301主要用于对车室内进行空调制冷，其由第一膨胀装置34和第二热交换器25依次连接构成，且以该顺序连入冷凝器21的下游与压缩机20的上游之间。由此，压缩机20、冷凝器21、第一膨胀装置34和第二热交换器25按照该顺序沿制冷剂流动方向构成对车室内部进行空调制冷的空调制冷回路。本实施形态中，第一膨胀装置34可以是电子膨胀阀（EXV；Electronic Expansion Valve）或带截止功能的机械式膨胀阀（Shut-off TXV；Shut-off Thermal Expansion Valve），由此同时具备开关功能及节流功能，但第一膨胀装置34也可以是如图1中（b）所示由开关阀23和第一膨胀阀24串联构成。

其中，开关阀23可以是可开闭的电磁阀，主要用于控制第一支路301的开闭。第一膨胀阀24可以是机械式的热力膨胀阀（TXV；Thermal Expansion Valve），其膨胀阀的开度根据制冷剂的过热度而自主控制，主要用于对流入的气体制冷剂进行节流降压。第二热交换器25是使空气与制冷剂进行换热的蒸发器，从第一膨胀阀24流出的降温降压后的制冷剂在蒸发器25中吸收空气的热量成为低温低压的气体，由此对车室内进行制冷。

第二支路302由第二膨胀装置35、设置于电池29的下方的第三热交换器27和作为第三膨胀装置的第三膨胀阀28依次连接构成，且以该顺序连入冷凝器21的下游与压缩机20的上游之间，由此压缩机20、冷凝器21、第二膨胀装置35、第三热交换器27和第三膨胀阀28按照该顺序沿制冷剂流动方向构成对电池29进行加热或冷却的电池热管理回路。本实施形态中，第二膨胀装置35可以如图1中（b）所示是作为电子膨胀阀或带截止功能的机械式膨胀阀的第二膨胀阀26，由此同时具备开关功能及节流功能，但第二膨胀装置35也可以如上述第一膨胀装置34那般由电磁阀和热力膨胀阀串联构成。

其中，第三热交换器27是电池热交换器，其设置于动力电池29下方，电池热交换器27借助内部流通的制冷剂与电池29底面的热量交换来实现对电池29的冷却与加热。当制冷剂温度低于电池29的温度时，制冷剂吸收电池29的热量，实现冷却电池29的功能；当制冷剂的温度高于电池29的温度时，制冷剂对电池29放热，电池29吸收制冷剂的热量，此时实现加热电池29的功能。

第二膨胀阀26设置于电池热交换器27的上游，主要用于对流入的气体制冷剂进行节流使之降压成为中温中压的液态制冷剂，其例如可以是电子膨胀阀等能实现开关功能与节流功能的一体化膨胀阀，第三膨胀阀28主要用于对从电池热交换器27排出的制冷剂进行二次节流，使之成为低温低压的液体。通过控制第二膨胀阀26和第三膨胀阀28的开度能使流入第三热交换器27的制冷剂始终处于饱和状态（即气液混合状态），调节流入电池热交换器27的制冷剂的温度。

像这样，第一支路301与第二支路302的制冷剂入口端在冷媒循环回路300上在相对于冷凝器21靠近下游侧处形成第一汇合点30，两者的制冷剂出口端在冷媒循环回路300上在相对于压缩机20靠近上游侧处形成第二汇合点31，由此第一支路301与第二支路302一起并联设置于冷媒循环回路300中。

另外，本发明中，冷媒循环回路300上还设置有换热器22，该换热器22主要用于使从冷凝器21流出的制冷剂与流向压缩机20的制冷剂进行热交换，或使从冷凝器21流出的制冷剂的一部分与流向压缩机20的制冷剂的一部分进行热交换。

在第一实施形态中，如图1所示，换热器22设置于冷凝器21与第一汇合点30之间且设置于压缩机20与第二汇合点31之间，此时该换热器22使从冷凝器21流出的全部制冷剂与流向压缩机20的全部制冷剂进行热交换。更具体地，换热器22使从冷凝器21流入第一支路301和/或第二支路302（即流入第一汇合点30）的制冷剂与从第一支路301和/或第二支路302（即从第二汇合点31）流向压缩机20的制冷剂进行热交换，具体情况后述，藉此使经由冷凝器21流出的较为高温高压的制冷剂放热降温过冷，而从第二汇合点31流出的低温低压的液态制冷剂吸收热量变成低温低压的气体，因此能增加系统整体的性能。

此外，如图1中（c）所示，在换热器22与压缩机20之间、具体而言在换热器22的出口与压缩机20的入口之间还可以设置有气液分离器36，该气液分离器36的作用是使气液分离，液体制冷剂储存在该气液分离器36的罐子里，气体制冷剂进入压缩机20，由此可防止压缩机20吸入液体制冷剂时造成液击，从而损害压缩机20。

该车辆热管理系统能实现四个不同的循环，即第一模式：电池单独冷却循环；第二模式：电池加热循环；第三模式：空调单独冷却循环（车室内降温）；第四模式：空调与电池冷却循环（空调冷却与电池冷却同时进行）。以下以图1中（b）示出的车辆热管理系统为例，参照图2至图5详细说明上述四种工作模式。

图2是第一实施形态的车辆热管理系统进行电池单独冷却循环的图，（a）是该车辆热管理系统在电池单独冷却循环时的结构示意图，（b）是电池单独冷却循环的压焓图。图中标为虚线的管路表示该管路断开。此处需要说明的是，本实施形态中，压焓图指压力与焓值的曲线图，常用于制冷剂分析，示出了制冷剂在流路中流动时的工况变化，其纵坐标是绝对压力的对数值（即、压力的绝对值），横坐标是比焓值。压焓图主要用于可视化地示出制冷剂在系统中不同位置的状态以及制冷剂状态的变化。在后述各模式的控制中，制冷剂的状态因各个阀开度的不同而不同，因此在压焓图上的位置也不同，每个模式中的压焓图体现了系统希望达到的状态，也就是控制的目标状态，以下相同则不再赘述。

如图2中（a）、（b）所示，在电池单独冷却循环即第一模式中，打开风扇32以启用冷凝器21，关闭开关阀23且打开第二膨胀阀26，此时第一支路301上不流通制冷剂。经过压缩机20压缩后的高温高压的气体制冷剂经过冷凝器21，对外界进行放热成为高温高压的液体制冷剂，放热后的制冷剂全部经过换热器22，在换热器22中与从第二支路302排出的低温低压的制冷剂热交换后全部流入第二支路302，由此使制冷剂经历等压放热降温过冷。根据电池热交换器27出口侧的制冷剂的过热度控制第二膨胀阀26的开度，例如可以设置目标过热度为5℃，当系统的过热度大于5℃时，第二膨胀阀26的开度增大，当系统的过热度小于5℃时，第二膨胀阀26的开度减小。并且，根据电池热交换器27的换热量来调节压缩机20的转速，具体而言，可以检测电池29的温度，并根据检测到的电池29温度来设定电池热交换器27所需的目标换热量Q0，电池温度越高则所需的目标换热量Q0越大。接着计算电池热交换器27的实际换热量Q并与目标换热量Q0进行比较，当Q＜Q0时使压缩机20的转速增大，当Q＞Q0时使压缩机20的转速减小。像这样，使经过第二膨胀阀26进行节流成为略低于电池29的温度的中温中压的气液混合饱和状态的制冷剂，节流后制冷剂进入电池热交换器27中进行吸热，吸热后的制冷剂经过第三膨胀阀28，在电池单独冷却循环下，第三膨胀阀28全开，不进行节流。经过第三膨胀阀28后的制冷剂进入换热器22进行第二次吸热，经过两次吸热的低温低压的制冷剂气体进入压缩机，完成电池冷却单独循环。

由于处于中间压力下的制冷剂的饱和温度比低压下制冷剂的饱和温度高，因此处于中间压力下的制冷剂与电池29之间的温度差相对减少，所以在中间压力下的制冷剂吸收的电池29的热量相对较少，这样可以抑制制冷剂的提前蒸发，使得制冷剂都处在气液饱和状态下吸热，电池29表面的温度比较均匀，温差很小。

在本循环中，在换热器22中的进行热量交换的均为制冷剂，如图2中（a）、（b）所示，从冷凝器21排出的高压高温的液体制冷剂流入换热器22的左侧，从电池热交换器27吸热后排出的低温低压的液体制冷剂流入换热器22的右侧，高温高压的液体制冷剂放热，实现制冷剂过冷，低压低温的制冷剂吸热，实现制冷剂过热，由此能增加制冷剂的吸热能力和换热能力，能增加系统的性能。

图3是第一实施形态的车辆热管理系统进行电池加热循环的图，（a）是该车辆热管理系统在进行电池加热循环时的结构示意图，（b）是电池加热循环时的压焓图。

如图3所示，在电池加热循环即第二模式中，制冷剂在压缩机20压缩后成为高温高压的气体，该工作模式下冷凝器21的风扇32关闭，因此此时冷凝器21仅为一个流体通道，高温高压的气体制冷剂在冷凝器21内不进行热量的交换。在该模式下，关闭开关阀23且打开第二膨胀阀26，此时第一支路301上不流通制冷剂。从冷凝器21流出的高温高压的制冷剂全部经过换热器22，在换热器22中与从电池热交换器27排出的制冷剂热交换从而进行第一次放热，释放一部分热量，具体放热量可以通过第二支路302的第二膨胀阀26来调节。

在换热器22中释放了部分热量后的制冷剂全部流入第二支路302，在第二膨胀阀26中进行第一次节流。此处，根据进入第二膨胀阀26前的制冷剂的过热度来控制第二膨胀阀26的开度，该目标过热度可以设置为5℃。且根据压缩机20进口的过热度来控制第三膨胀阀28的开度，该目标过热度可以设置为10℃。同时，根据电池热交换器27所需的热量来控制压缩机20的转速，具体而言，可以检测电池29的温度，并检测到的电池29温度的来设定电池热交换器27所需的目标换热量Q0，该温度越高则所需的目标换热量Q0越大。接着计算电池热交换器27的实际换热量Q并与目标换热量Q0进行比较，当Q＜Q0时使压缩机20的转速增大，当Q＞Q0时使压缩机20的转速减小。像这样，使节流后的制冷剂变成温度高于电池29的中压中温的气液混合状态的液体（相对于从压缩机20排出的高压制冷剂和后述的经第三膨胀阀28二次节流后排出的低压制冷剂而言，处于一个中间压力的值），中压中温的制冷剂液体在电池热交换器27中进行第二次放热，这部分热量被电池29吸收，从而实现电池的升温。如图3中（b）所示，在制冷剂放热的过程中，调节第二膨胀阀26制冷剂一直处于气液混合的饱和状态，由于饱和状态的制冷剂温度相同，因此能实现温度均一的电池加热。最后，经过两次放热的制冷剂经过电池29出口侧的第三膨胀阀28进行第二次节流，此时，根据从换热器22向压缩机20排出的制冷剂的过热度控制第三膨胀阀28的开度，使节流后的制冷剂变成低温低压的液体，低温低压的液体经过换热器22，吸收热量后变成低温低压的气体，最后回到压缩机，完成循环。

图4是第一实施形态的车辆热管理系统进行空调单独冷却循环的图，（a）是该车辆热管理系统在空调单独冷却循环时的结构示意图，（b）是空调单独冷却循环的压焓图。

如图4中（a）、（b）所示，在空调单独冷却循环即第三模式中，打开风扇32以启用冷凝器21，关闭第二膨胀阀26，且使开关阀23处于开阀状态。经过压缩机20压缩后的高温高压的制冷剂经过冷凝器21，对外界进行放热。放热后的制冷剂全部经过换热器22进行第二次放热，具体而言使经过冷凝器21一次放热后的制冷剂在换热器22与从第一支路301流出的低温低压的制冷剂进行热交换，由此实现制冷剂的过冷。由于第二膨胀阀26关闭，开关阀23开阀，因此两次放热后的制冷剂通过第一汇合点30全部进入第一支路301，即第二支路302上不流通制冷剂。经过开关阀23后的制冷剂进入第一膨胀阀24进行膨胀节流，节流后成为低于车室温度的气液混合状态的液体制冷剂进入蒸发器25中进行吸热，从而对车室内进行冷却，吸热后的制冷剂通过第二汇合点31进入换热器22进行第二次吸热，经过两次吸热的制冷剂气体进入压缩机，完成空调单独冷却循环。

在本循环中，在换热器22中的进行热量交换的均为制冷剂，如图4中（a）、（b）所示，从冷凝器21排出的高压高温的液体制冷剂流入换热器22的左侧，从蒸发器25排出的低温低压的液体制冷剂流入换热器22的右侧，高温高压的液体制冷剂放热，实现制冷剂过冷，低压低温的制冷剂吸热，实现制冷剂过热，由此能增加制冷剂的吸热能力和换热能力，能增加系统的性能。

图5是第一实施形态的车辆热管理系统进行空调与电池冷却循环的图，（a）是该车辆热管理系统在进行空调与电池冷却循环时的结构示意图，（b）是空调与电池冷却循环的压焓图。

如图5中（a）、（b）所示，在空调与电池冷却循环即第四模式中，打开风扇32以启用冷凝器21，打开开关阀23和第二膨胀阀26。经过压缩机20压缩后排出的高温高压的制冷剂，经过冷凝器21进行第一次放热，再全部经过换热器22与从蒸发器25和电池热交换器27分别排出制冷剂从而第二次放热。由于此时开关阀23与第二膨胀阀26均打开，因此从换热器22排出的高压高温的液体制冷剂在第一汇合点30处一分为二，其中一股进入第一支路301，通往蒸发器25对乘客舱进行冷却，另一股经由第二膨胀阀26通往电池29侧，对电池进行冷却。

其中进入第一支路301的制冷剂经过开关阀23进入第一膨胀阀24进行节流降压成为低温低压气液混合的制冷剂，降压降温后的制冷剂进入蒸发器25，制冷剂在蒸发器25中吸收空气的热量，变成低温低压的气体流向第二汇合点31。

而通往第二支路302的制冷剂先通过第二膨胀阀26进行第一次节流，根据制冷剂传递给电池热交换器27的热量来控制第二膨胀阀26的开度，具体而言，可以根据电池29的温度来设定电池热交换器27所需的目标换热量Q0，温度越高则所需的目标换热量Q0越大，然后计算电池热交换器27的实际换热量Q，并构筑实际换热量Q 与第二膨胀阀26的开口面积的关系。当Q＞Q0时阀开口面积减小，当Q＜Q0时阀开口面积增大。由此使得制冷剂维持在中温中压的气液混合饱和状态（相对于冷凝器21中的高压和蒸发器25中的低压而言，此时处于一个中间压力的值），由该处于中间压力下的制冷剂吸收电池29的热量。由于处于中间压力下的制冷剂的饱和温度比低压下制冷剂的饱和温度高，因此处于中间压力下的制冷剂与电池29之间的温度差相对减少，所以在中间压力下的制冷剂吸收的电池29的热量相对较少，这样可以抑制制冷剂的提前蒸发，使得制冷剂都处在气液饱和状态下吸热，电池29表面的温度比较均匀，温差很小。通过控制第二膨胀阀26的开度调节制冷剂的压力值，且根据电池热交换器27的出口侧的制冷剂的过热度控制第三膨胀阀28的开度来确保制冷剂在吸热过程中一直处于饱和状态，由此保证电池29的温差在要求的范围内，实现电池29的均温冷却。

之后，从第一支路301和第二支路302分别排出制冷剂在第二交汇点31汇合，汇合后的制冷剂进入换热器22进行再次吸热成为低温低压的制冷剂气体，吸热后制冷剂最终回到压缩机20，由此完成循环。

[第二实施形态]

第二实施形态的车辆热管理系统与第一实施形态的车辆热管理系统结构类似。因此，对于第二实施形态的车辆热管理系统的结构，主要针对与第一实施形态的车辆热管理系统不同的点进行说明，对相同结构标以同一符号并省略说明。

图6是根据本发明第二实施形态的车辆热管理系统的结构示意图，（a）是车辆热管理系统的结构示意图，（b）是车辆热管理系统中第一膨胀装置与第二膨胀装置的具体设置例。如图6中（a）所示，第二实施形态的车辆热管理系统具有冷媒循环回路400，该冷媒循环回路400包括：压缩机20、设置有风扇32的冷凝器21、以及并联于压缩机20的上游与冷凝器21的下游之间的第一支路401和第二支路402。第一支路401由第一膨胀装置34和第二热交换器25依次连接构成，其中第一膨胀装置34也可以如图6中（b）所示由开关阀23和第一膨胀阀24串联构成。第二支路402是由第二膨胀装置35、设置于电池29的下方的第三热交换器27和作为第三膨胀装置的第三膨胀阀28依次连接构成，其中第二膨胀装置35也可以是如图6中（b）所示是作为电子膨胀阀或带截止功能的机械式膨胀阀的第二膨胀阀26。

像这样，第一支路401与第二支路402的制冷剂入口端在冷媒循环回路400上在相对于冷凝器21靠近下游侧处形成第一汇合点40，两者的制冷剂出口端在冷媒循环回路400上在相对于比压缩机20靠近上游侧处形成第二汇合点41，由此第一支路401与第二支路402一起并联于冷媒循环回路400。

另外，第二实施形态中，还如图6中（a）、（b）所示，冷媒循环回路400中还设置有换热器22，该换热器22设置于第一汇合点40与第二膨胀阀26之间且设置于第二汇合点41与第三膨胀阀28之间的换热器22。此时该换热器22使从冷凝器21流出的高温高压的全部制冷剂中的一部分（即、从冷凝器21流出后通过第一汇合点40流入第二支路402的那部分制冷剂）和从第二支路402流出的低温低压的制冷剂（即、流向压缩机20的全部制冷剂中的一部分）进行热交换，藉此使流入第二膨胀阀26的制冷剂放热降温过冷，且使从第三膨胀阀28流出的制冷剂吸收热量变成低温低压的气体，因此能增加系统整体的性能。这种设置方式，有利于换热器22与电池29侧的流路一体化整合，例如将换热器22与电池热交换器27设计成一体化的换热器等。

此外，如图6中（a）、（b）所示，在第二汇合点41与压缩机20的入口之间还可以设置有气液分离器36，气液分离器36的作用如上所述用于使气液分离，从而防止损害压缩机20。

第二实施形态同样也可以实现上述四种不同循环，即第一模式：电池单独冷却循环；第二模式：电池加热循环；第三模式：空调单独冷却循环（车室内降温）；第四模式：空调与电池冷却循环（空调冷却与电池冷却同时运行）。以下参照图2至图5详细说明上述四种工作模式。其中，电池单独冷却循环以及电池加热循环与第一实施方式相同，此次不再赘述，仅简要说明空调单独冷却循环和空调与电池冷却循环。

图7是第二实施形态的车辆热管理系统进行空调单独冷却循环的图，（a）是该车辆热管理系统在空调单独冷却循环时的结构示意图，（b）是空调单独冷却循环时的压焓图。

如图7中（a）、（b）所示，在空调单独冷却循环即第三模式中，打开风扇32以启用冷凝器21，关闭第二膨胀阀26，且使开关阀23处于开阀状态。经过压缩机20压缩后的高温高压的制冷剂经过冷凝器21，对外界进行放热。由于第二膨胀阀26关闭且开关阀23开阀，因此放热后的制冷剂进入第一支路401，经过开关阀23后进入膨胀阀24进行节流，节流降压后成为低于车室温度的气液混合状态的制冷剂进入蒸发器25中进行吸热，吸热后的制冷剂进入压缩机20，由此完成空调单独冷却循环。

图8是第二实施形态的车辆热管理系统同时进行空调与电池冷却循环的图，（a）是该车辆热管理系统在同时进行空调与电池冷却循环时的结构示意图，（b）是同时进行空调与电池冷却循环时的压焓图。

如图8中（a）、（b）所示，在空调与电池冷却循环即第四模式中，打开风扇32以启用冷凝器21，打开开关阀23和第二膨胀阀26。经过压缩机20压缩后排出的高温高压的制冷剂，经过冷凝器21进行放热。从换热器21出来的高压高温的液体制冷剂，在第一汇合点40处一分为二，其中一股进入第一支路401，通往蒸发器25对车室内进行冷却，另一股另经由第二膨胀阀26通往电池29侧，对电池29进行冷却。

其中进入第一支路401的制冷剂，经由开关阀23流出的制冷剂进入第一膨胀阀24进行节流降压，降压降温后成为低温低压气液混合状态的制冷剂进入蒸发器25，制冷剂在蒸发器25中吸收空气的热量，变成低温低压的气体流向压缩机20。

通往第二支路402的制冷剂先通过换热器22与从第三膨胀阀28热交换以进行进一步的放热，放热过冷后的制冷剂通过第二膨胀阀26进行第一次节流，使得制冷剂维持在一个中温中压的气液混合饱和状态（相对于冷凝器21中的高压和蒸发器25中的低压而言的中间压力的值），处于中间压力下的制冷剂吸收电池29的热量，通过控制电池进口第二膨胀阀26的开度能调节制冷剂的压力值。从换热器22出来的制冷剂接着进入第三膨胀阀28，进行第二次节流，从第三膨胀阀28节流后的制冷剂进入换热器22，进行第二次吸热，吸热后的制冷剂在第二汇合点41与第一支路401汇合，汇合后的制冷剂回到压缩机20。由于处于中间压力下的制冷剂的饱和温度比低压下制冷剂的饱和温度高，因此处于中间压力下的制冷剂与电池29之间的温度差相对减少，所以在中间压力下的制冷剂吸收的电池29的热量相对较少，这样可以抑制制冷剂的提前蒸发，使得制冷剂都处在气液饱和状态下吸热，电池29表面的温度比较均匀，温差很小。通过控制第二膨胀阀26的开度调节制冷剂的压力值，通过控制电池29出口侧的第三膨胀阀28的开度能确保制冷剂在吸热过程中一直处于饱和状态，由此保证电池29的温差在要求的范围内，实现电池29的均温冷却。

[第三实施形态]

第三实施形态的车辆热管理系统与第一实施形态的车辆热管理系统结构基本相同。因此仅针对区别点进行说明。图9是根据本发明第三实施形态的车辆热管理系统的结构示意图。如图9所示，第一膨胀装置34也可以是作为具有截止开关功能的一体化的电子膨胀阀（EXV）或带截止功能的机械式膨胀阀（Shut-off TXV）的第一膨胀阀33，由此仅使用第一膨胀阀33就能兼顾开关功能及节流功能。第三实施形态同样也可以执行上述四种不同循环，此处不再赘述。另外，当第一膨胀阀33是电子膨胀阀时，也可以是电子膨胀阀的开度由冷凝器21后面的过冷度大小决定，设置目标过冷度SCO，当冷凝器21后面的过冷度大于SCO时，电子膨胀阀的开度减小，当冷凝器21后面的过冷度小于SCO时，电子膨胀阀的开度增大。

[其他实施形态]

以上说明了在冷媒循环回路中并联设置用于对车室内进行制冷的空调回路的情况，但本发明不限于此，也可以是不设置空调回路，仅利用冷媒循环回路实现电池的均匀加温和均匀冷却。

以上的具体实施方式对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应当理解的是，以上仅为本发明的一种具体实施方式而已，并不限于本发明的保护范围，在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。凡在本发明的精神和原则之内的，所做出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。