CN119812574B - 一种机车动力电池用热管理系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及轨道交通热交换技术领域，具体涉及一种机车动力电池用热管理系统。提供一种顶置式热管理系统，能够充分利用机车顶部的空间，减少对机车内部空间的占用；本申请的热管理系统内部集成有冷却液回路、制冷剂回路、空气回路和控制系统，能够根据外界环境温度、动力电池温度、预设的温度阈值来进行空冷模式、制冷模式和制热模式三种工作模式的切换，以使动力电池在适宜的温度范围内工作；本申请还进一步对各部件以及管路位置布置、膨胀水箱和电加热器模块等关键部件结构进行优化，以解决如冷却液回路的排气、降水阻等具体问题，使本装置能够更高效、低成本的实现机车动力电池的热管理。

Description

一种机车动力电池用热管理系统

技术领域

本申请涉及轨道交通热交换技术领域，具体涉及一种机车动力电池用热管理系统。

背景技术

动力电池作为机车的核心能量源，其性能直接影响机车的整体性能和续航里程。然而，动力电池在充放电过程中会产生大量热量，如果热量不能得到有效管理，将导致电池温度升高，进而影响电池的安全性、循环寿命和性能。机车动力电池热管理系统是确保动力电池在复杂运行环境下保持适宜工作温度、提高电池性能和使用寿命的关键系统，其对于维持动力电池在适宜的工作温度范围内至关重要。

由于动力机车通常的使用环境温度在-40℃～+40℃的范围内，为维持动力电池在适宜的工作温度范围工作，不仅需要对其冷却还要对其进行加热，现有技术中大多采用多个独立系统来分别实现，无法集中管理布置，同时多个独立系统存在多个压缩机、冷凝器、风机等，也增加了成本；因此，需要一种机车动力电池用热管理系统，以解决上述存在的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种机车动力电池用热管理系统。

本申请的实施例可以通过以下技术方案实现：

一种机车动力电池用热管理系统，包括箱体以及置于箱体内部的水泵、板式换热器、压缩机、气液分离器、电加热器模块、冷凝器、风机、散热器、膨胀阀、用于连接各器件的管路系统、设于管路系统上用于控制其通断的阀门组件和控制系统；其中，所述管路系统包括冷却液管路系统和制冷剂管路系统，所述水泵、板式换热器的冷却液侧、电加热器模块通过冷却液管路系统串联连接构成第一冷却液回路；所述水泵、散热器、电加热器模块通过冷却液管路系统串联连接构成第二冷却液回路；所述板式换热器的制冷剂侧、气液分离器、压缩机、冷凝器以及膨胀阀通过制冷剂管路系统串联连接构成制冷剂回路；所述散热器与风机构成第一空气回路；所述冷凝器与风机构成第二空气回路；各回路之间共用一个或多个器件和管路；所述控制系统通过控制各器件的运行以及各回路的通断实现热管理系统的制冷模式、空冷模式和制热模式三种模式的切换。

进一步地，当处于制冷模式时，所述第一冷却液回路、制冷剂回路和第二空气回路连通，所述水泵、板式换热器、气液分离器、压缩机、冷凝器、风机和膨胀阀工作；当处于空冷模式时，所述第二冷却液回路和第一空气回路连通，所述水泵、散热器、风机工作；当处于制热模式时，所述第一冷却液回路和第二冷却液回路连通，所述水泵和电加热器模块工作。

进一步地，所述控制系统通过以下步骤判断制冷模式、空冷模式和制热模式三种模式的切换：

S1，获取环境温度和动力电池的温度；

S2，判断环境温度是否大于第一预设温度T₁，如是，则进入制冷模式；如否，则进行步骤S3；

S3，判断环境温度是否大于第二预设温度T₂，如是，则进入空冷模式；如否，则进行步骤S4；

S4，判断动力电池4温度是否大于第三预设温度T₃，如否，则进入制热模式。

进一步地，所述制冷模式还包括一级制冷模式、二级制冷模式、三级制冷模式、四级制冷模式和五级制冷模式，通过以下方法进行选择：

步骤1，获取第一冷却液回路中冷却液的平均温度T_im；

步骤2，通过对步骤1中获取的平均温度T_im与预设的冷却液目标温度T_ic进行比较，并以此选择不同的制冷模式：

当T_ic+0.5>T_im≥T_ic时，选择一级制冷模式；

当T_ic+0.8>T_im≥T_ic+0.5时，选择二级制冷模式；

当T_ic+1>T_im≥T_ic+0.8时，选择三级制冷模式；

当T_ic+1.4>T_im≥T_ic+1时，选择四级制冷模式；

当T_im≥T_ic+1.4时，选择五级制冷模式。

进一步地，所述控制系统包括变频器，用于对压缩机进行变频控制，以实现不同制冷模式的切换。

进一步地，所述冷却液管路系统包括用于连接动力电池端管路出液口和板式换热器进液口的第一管路，用于连接板式换热器出液口和水泵进液口的第二管路，用于连接水泵出液口和电加热器模块进液口的第三管路，用于连接电加热器模块出液口和动力电池端管路进液口的第四管路，用于连接第一管路和散热器进液口的第五管路，以及用于连接散热器出液口和水泵进液口的第六管路；所述第三管路的位置高于冷却液管路系统中的其他管路。

进一步地，还包括第三冷却液支路，其包括膨胀水箱、补液管和排气管，所述膨胀水箱通过补液管和排气管并联在第一冷却液回路与第二冷却液回路共用的冷却液管路上，用于对冷却液回路进行排气和补液。

进一步地，所述补液管和排气管一端均接于膨胀水箱，另一端均接于第一冷却液回路与第二冷却液回路共用的冷却液管路上，排气管与冷却液管路的接口位置被设置为使得冷却液回路在排气阶段时，膨胀水箱内冷却液的液位高度持续下降。

进一步地，所述电加热器模块包括第一电加热器设备和设置在第一电加热器设备外部的旁通管，所述第一电加热器设备上设有进液管和出液管，所述旁通管用于连通进液管和出液管。

进一步地，所述第一电加热器设备的额定功率为30～50KW，进液管和出液管的管径为10～30mm，旁通管的管径小于30mm。

进一步地，所述箱体内部被分隔为两个相互独立的第一腔体和第二腔体，其中第一腔体内布置板式换热器、水泵、压缩机、气液分离器，第二腔体内布置有冷凝器、风机和散热器；所述风机置于第二腔体的中部，冷凝器的沿风机的径向方向设置在风机的两侧，冷凝器相对于风机的轴线呈斜向设置。

本申请的实施例提供的一种机车动力电池用热管理系统至少具有以下有益效果：

本申请提供一种顶置式热管理系统，能够充分利用机车顶部的空间，同时减少对机车内部空间的占用；本申请的热管理系统内部集成有冷却液回路、制冷剂回路、空气回路和控制系统，能够根据外界环境温度、动力电池温度、预设的温度阈值来进行空冷模式、制冷模式和制热模式三种工作模式的切换，以使动力电池在适宜的温度范围内工作；本申请还进一步对各部件以及管路位置布置、膨胀水箱和电加热器模块等关键部件结构进行优化，以解决如冷却液回路的排气、降水阻等具体问题，使本系统能够更高效、低成本的实现机车动力电池的热管理。

附图说明

图1为本申请实施例的热管理系统整体结构示意图；

图2为本申请实施例的热管理系统内部器件布局示意图；

图3为本申请实施例的热管理系统的第一腔体内部结构示意图；

图4为本申请实施例的热管理系统的第二腔体内部结构示意图；

图5a为本申请实施例的热管理系统的空冷模式原理示意图；

图5b为本申请实施例的热管理系统的制冷模式原理示意图；

图5c为本申请实施例的热管理系统的制热模式原理示意图；

图6为本申请实施例的热管理系统的控制方法流程图；

图7为本申请实施例的冷却液管路系统示意图；

图8为本申请实施例的冷却液管路系统部分具体结构示意图；

图9为本申请实施例的冷却液管路系统部分具体结构另一角度示意图；

图10为本申请实施例中膨胀水箱的整体结构示意图；

图11为本申请实施例中膨胀水箱的俯视图；

图12为图11中A-A向剖面图；

图13为排气阶段图11中B-B向剖面图；

图14为本申请实施例中的电加热器模块整体结构示意图；

图15为本申请实施例中第二腔体剖面示意图；

图中标号

箱体100，第一腔体100-1，第二腔体100-2，膨胀水箱1，上水室1-11，下水室1-12，注水口1-2，第一注水口1-21，第二注水口1-22，排气管接头1-3，补水管接头1-4，液位观察窗1-5，泄压阀1-6，上集气区域1-7，膨胀水箱排气管1-8，液位测量仪1-9，板式换热器2，水泵3，动力电池4，补液管5，膨胀水箱补液管51，排气管6，第二排气管61，冷却液管路系统7，板式换热器进水管71，第二管路72，第三管路73，第四管路74，第五管路75，第六管路76，压缩机8，气液分离器9，电加热器模块10，第一电加热器设备101，进液管1011，出液管1012，电加热器外部管路102，旁通管1021，第一三通管件1022，第二三通管件1023，电控箱11，变频器12，冷凝器13，风机14，散热器15，电动三通阀16，膨胀阀17；

具体实施方式

以下，基于优选的实施方式并参照附图对本申请进行进一步说明。

此外，为了方便理解，放大或者缩小了图纸上的各种构件，但这种做法不是为了限制本申请的保护范围。

单数形式的词汇也包括复数含义，反之亦然。在本申请实施例中的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本申请实施例的产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中，为了区分不同的单元，本说明书上用了第一、第二等词汇，但这些不会受到制造的顺序限制，也不能理解为指示或暗示相对重要性，其在本申请的详细说明与权利要求书上，其名称可能会不同。

本说明书中词汇是为了说明本申请的实施例而使用的，但不是试图要限制本申请。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以具体理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请提供一种机车动力电池4用热管理系统，其安装在机车顶部，对布置在其下部的机车动力电池4进行冷却加热等热管理以使动力电池4在适宜的温度范围内工作。由于其安装于机车顶部，受到尺寸以及外形与机车相匹配等一些条件限制，需要将多个器件、系统等集成在有限空间内，无疑对各系统及器件的安装排布提出了很高的要求。

以下对本申请一些实施例提供的热管理系统进行具体阐述，结合图1至图4可以看出，其包括箱体100以及容置于箱体100内的器件、用于连接各器件的管路、设于管路上用于控制管路通断的阀门组件以及控制系统；具体地，所述箱体内部被分隔为两个相互独立的第一腔体100-1和第二腔体100-2，其中第一腔体100-1内布置有膨胀水箱1、板式换热器2、水泵3、压缩机8、气液分离器9、电加热器模块10和电控箱11，第二腔体100-2内布置有变频器12、冷凝器13、风机14和散热器15；

具体地，所述水泵3、板式换热器2的冷却液侧、电加热器模块10通过管路串联连接并与动力电池4构成第一冷却液回路；所述水泵3、散热器15、电加热器模块10通过管路串联连接并与动力电池4构成第二冷却液回路；所述板式换热器2的制冷剂侧、气液分离器9、压缩机8、冷凝器13以及膨胀阀17通过管路串联连接构成制冷剂回路；所述散热器15与风机14构成第一空气回路；所述冷凝器13与风机14构成第二空气回路；各回路之间共用一个或多个器件和管路；所述控制系统能够通过控制各器件的运行以及各回路的通断实现热管理系统的制冷模式、空冷模式和制热模式三种模式的切换，其包括电控箱11和变频器12，所述变频器12可进一步实现压缩机8的变频控制，进而实现不同制冷模式的切换，通过变频控制能够减少压缩机8的启停次数，延长使用寿命。

在一些具体实施例中，所述第一冷却液回路和第二冷却液回路的切换是通过置于管路上的电动三通阀16实现的，所述电动三通阀16第一接口与散热器15连通，第二接口与板式换热器2连通，第三接口与水泵3或动力电池4连通。

以下结合图5a、图5b和图5c所示各工作模式的原理图来进行具体介绍，当处于制冷模式时，第一冷却液回路、制冷剂回路和第二空气回路连通，所述水泵3、板式换热器2、气液分离器9、压缩机8、冷凝器13、风机14和膨胀阀17工作；具体地，动力电池4端冷却管路的高温冷却液在水泵3的作用下被泵送至板式换热器2的冷却液侧，与板式换热器2制冷剂侧完成对流换热过程后，低温冷却液流回动力电池4端冷却管路对动力电池4进行降温；而板式换热器2制冷剂侧的制冷剂吸收了来自冷却液的热量后变为高温高压的蒸汽，经气液分离器9后进入压缩机8进行压缩变为高温高压蒸汽，之后流入冷凝器13，在冷凝器13中通过第二空气回路对其进行冷凝，冷凝后的液体制冷剂通过膨胀阀17来进一步降低液体制冷剂的压力和温度，最终得到低温低压的液体制冷剂流回板式换热器2进行循环。

当处于空冷模式时，第二冷却液回路和第一空气回路连通，所述水泵3、散热器15、风机14工作；具体地，此时动力电池4端的高温冷却液在水泵3的作用下被泵送至散热器15，通过第一空气回路进行散热，释放热量后的低温冷却液流回动力电池4端冷却管路对动力电池4进行降温。

当处于制热模式时，第一冷却液回路和第二冷却液回路连通，水泵3和电加热器模块10工作；具体地，此时来自动力电池4端冷却管路的低温冷却液在水泵3的作用下被泵送至电加热器模块10进行加热，经加热后的高温冷却液流回动力电池4端对其升温。

进一步地，如图6所示，所述控制系统可根据外界环境温度、动力电池4温度、预设的温度阈值通过以下步骤进行不同模式的切换：

S1，获取环境温度和动力电池4的温度；

S2，判断环境温度是否大于第一预设温度T₁，如是，则进入制冷模式；如否，则进行步骤S3；

S3，判断环境温度是否大于第二预设温度T₂，如是，则进入空冷模式；如否，则进行步骤S4；

S4，判断动力电池4温度是否大于第三预设温度T₃，如否，则进入制热模式；

进一步地，所述制冷模式还包括以下步骤：

步骤1，获取第一冷却液回路中冷却液的平均温度T_im；

步骤2，将步骤1中获取的平均温度T_im与预设的冷却液目标温度T_ic进行比较，并以此调整压缩机8的功率进入不同制冷模式：

当T_ic+0.5>T_im≥T_ic时，使用变频器12将压缩机8功率调整为第一功率，进入一级制冷模式；

当T_ic+0.8>T_im≥T_ic+0.5时，使用变频器12将压缩机8功率调整为第二功率，进入二级制冷模式；

当T_ic+1>T_im≥T_ic+0.8时，使用变频器12将压缩机8功率调整为第三功率，进入三级制冷模式；

当T_ic+1.4>T_im≥T_ic+1时，使用变频器12将压缩机8功率调整为第四功率，进入四级制冷模式；

当T_im≥T_ic+1.4时，使用变频器12将压缩机8功率调整为第五功率，进入五级制冷模式；

进一步地，对各器件位置排布以及之间的具体连接关系具体阐述，在一些具体实施例中，制冷剂回路为实现制冷剂的循环利用，所述板式换热器2、气液分离器9、压缩机8、冷凝器13制冷剂侧以及膨胀阀17顺次通过制冷剂管路系统串联；

为节省空间以及设备成本，各回路之间共用一个或多个器件和管路，在一些具体实施例中，所述第一冷却液回路和第二冷却液回路共用水泵3和电加热器模块10，第一冷却液回路和制冷剂回路共用板式换热器2，第一空气回路和第二空气回路共用风机14；

在一些优选实施例中，所述热管理系统还包括第三冷却液支路，所述第三冷却液支路包括膨胀水箱1，其通过管路与第一冷却液回路和第二冷却液回路并联，用于对各冷却液回路进行补液和排气。

图7至图9示出了本申请一些具体实施例中冷却液管路系统7的具体结构示意图，如图所示，所述冷却液管路系统7包括用于连接动力电池4端管路出液口和板式换热器2进液口的第一管路71，用于连接板式换热器2出液口和水泵3进液口的第二管路72，用于连接水泵3出液口和电加热器模块10进液口的第三管路，用于连接电加热器模块10出液口和动力电池4端管路进液口的第四管路74，用于连接第一管路71和散热器15进液口的第五管路75，以及用于连接散热器15出液口和水泵3进液口的第六管路76；

在一些具体实施例中，基于冷却液的流动方向，设置第三管路73的位置高于冷却液管路系统7中的其他管路以便于冷却液的循环流动。

在一些具体实施例中，所述电动三通阀16设置于第一管路71上，所述散热器15的进液口通过第五管路75连接于电动三通阀16，通过调节电动三通阀16实现第二冷却液回路和第一冷却液回路的切换。

在一些具体实施例中，所述第三冷却液支路包括膨胀水箱1、补液管5和排气管6，所述膨胀水箱1通过排气管6和补液管5实现与第一冷却液回路和第二冷却液回路的并联，具体地，所述补液管5和排气管6的一端均接于冷却液管路系统7中第一冷却液回路与第二冷却液回路共用的管路上，另一端均接于膨胀水箱1，使用时，冷却液回路中的气体经排气管6进入膨胀水箱1并由膨胀水箱1排至大气，当冷却液回路中的冷却液不足时，膨胀水箱1中预存的冷却液经补液管5补至冷却液回路中，以此实现对冷却液回路的补液和排气。

然而，由于在排气时气体因质轻一般会聚集于管路的高位处，因此本领域常规操作是将排气管6的一端接在冷却液回路的最高位即第三管路73的最高点处，但是该处位于水泵3出口，压力过大导致过多冷却液通过排气管6分流流入膨胀水箱1中，该部分冷却液流入膨胀水箱1后会存入膨胀水箱1中而不会回流到冷却液回路中，因此造成水泵吸空现象。

基于上述水泵吸空的问题，本申请人发现，将排气管6接在冷却液回路中的特定管路位置时，一方面能够避免上述水泵吸空现象，一方面又能保证回路的排气效果；具体地，当排气管6接在冷却液回路中的特定管路位置时，能够使得冷却液回路在排气阶段时，膨胀水箱1内冷却液的液位高度持续下降；在一些具体实施例中，所述排气管6与冷却液管路系统7的接口位置位于除第三管路73外的管路上，接口位置的高度为h₁，冷却液管路系统7中除第三管路73外管路的最高点高度为h₂，其中h₁和h₂满足h₂―h₁≤30mm；在一些优选实施例中，所述排气管6与冷却液管路系统7的接口位置位于除第三管路73外的管路的最高点；在一些优选实施例中，所述排气管6上还设有阀门，通过调整阀门开度控制排气管6内的气体与液体比例，使得排气阶段时膨胀水箱1内冷却液的液位高度持续下降；在一些优选实施例中，还包括第二排气管61，所述第二排气管61的第一端口接于排气管6，第二端口接于冷却液管路系统7，通过多个排气管路的设置使得冷却液回路中的气体能够更快排出。

进一步地，如图10-图13所示，本申请还对膨胀水箱1结构进行优化，采用上下分离式膨胀水箱结构，通过下水箱对上水箱进行冷却液的补偿以及气体压力的调节，此外设置注水口，通过重力势能将冷却液注入冷却液管路系统，相较常规通过注液水泵注入冷却液的方式操作更加简便，无需额外注液水泵即可完成注液操作，并且还避免注液水泵注液过快带来的管路憋气问题。

在一些具体实施例中，膨胀水箱1包括壳体，其内部分为上水室1-11和下水室1-12，上水室1-11位于下水室1-12的上方，两个水室之间通过隔板相分隔。壳体的外侧上部和下部分别设置有排气管接头1-3和补液管接头1-4，排气管接头1-3的一端与排气管6连接，另一端与上水室1-11内部的上端相连通；补液管接头1-4的一端与补液管5连接，另一端与膨胀水箱补液管51相连，所述膨胀水箱补液管51的管口穿过下水室1-12内部连通于上水室1-11内部的下端，当冷却液管路系统7内的冷却液不足时，上水室1-11中的冷却液依次通过膨胀水箱补液管51和补液管5流向冷却液管路系统7内进行补液。

膨胀水箱1内部还设有垂直的膨胀水箱排气管1-8，上水室1-11与下水室1-12通过膨胀水箱排气管1-8连通；膨胀水箱排气管1-8上部端口所对应位置处的壳体向上凸起形成上集气区域1-7，膨胀水箱排气管1-8的上部端口与上集气区域1-7连通，即膨胀水箱排气管1-8上部端口所在平面低于上集气区域1-7处的壳体顶部端面，不低于除上集气区域1-7外其他位置的壳体顶部端面，以使工作状态时上水室1-11中的气体能集聚在上集气区域1-7中并通过膨胀水箱排气管1-8进入下水室1-12；优选地，膨胀水箱排气管1-8的下部端口对应位置的壳体底部向下凸起形成下集气区域，膨胀水箱排气管1-8的下部端口与下集气区域连通。

膨胀水箱1还包括泄压阀1-6，其设置在下水室1-12的顶部，泄压阀1-6根据下水室1-12内的气体压力自动启闭，当下水室1-12内的气体压力过大时泄压阀1-6自动开启将下水室1-12内的气体排出进行泄压。

膨胀水箱1还包括液位测量仪1-9和液位观察窗1-5，所述液位测量仪1-9设置于下水室1-12的内部，所述液位观察窗1-5设于下水室1-12与液位测量仪1-9对应位置的外侧，用于监测并观察下水室1-12中冷却液的位置。

在一些优选实施例中，上水室1-11的顶部还设有注水口1-2，所述注水口1-2位于整个冷却液回路的最高点，以便于通过注水口1-2注入的冷却液能借重力势能更好的流入系统内的各处；具体地，在工作前，通过从注水口1-2注入冷却液以使整个冷却液回路内充满冷却液，相较于常规通过水泵注入冷却液的方式操作更加简便，无需额外水泵即可完成注液操作，并且还避免水泵注液过快带来的管路憋气问题；具体地，注水口1-2包括第一注水口1-21和第二注水口1-22，其中，第一注水口1-21通过管路直接连入下水室1-12，第二注水口1-22与上水室1-11连通。

在一些优选实施例中，本申请还对电加热器模块10结构进行优化，如上所述，为满足热管理系统安装布局的尺寸要求、节省空间，本申请将电加热器模块10串联在第一冷却液回路中，但由此也带来以下问题：当根据冷却液回路需要的加热热量选择合适型号的电加热器时，由于标准规格的加热器中的进出液管的管径是固定的，其往往无法与冷却液管路系统的管径相同，尤其是当加热器管路管径小于冷却液管路系统管径时，会使得连接处阻力增大，进而影响冷却液循环效率；而如果将电加热器进出液管的管径设置为与冷却液管路系统的管径相同，则需要单独定制，无疑增加了很多成本；基于该问题本申请进一步对电加热器模块10进行了结构优化，通过在电加热器壳体外部设置旁通管以及对电加热器参数、旁通管管径参数的优化设计，使得在不影响冷却液回路的冷却液循环效率的同时还节约了电加热器的能耗。

图14示出了本申请一些具体实施例中电加热器模块10的具体结构，其包括第一电加热器设备101和外部管路102，其中电加热器设备为市售标准规格的电加热器设备，第一电加热器设备101内部容置有加热元件、电源控制系统以及管路，所述第一电加热器设备101上设有进液管1011和出液管1012，所述进液管1011和出液管1012与第一电加热器设备101内部的管路共同形成连通的流体通道，以使工作时冷却液从进液管1011流入进行加热并从出液管1012流出。

所述外部管路102设置在第一电加热器设备101的外部，其包括旁通管1021，用于连通进液管1011和出液管1012；在一些具体实施例中，旁通管1021可以为直管，也可以为弯管，即其管路布局可根据特定使用场合的要求来设定，对此不作具体限制；在一些具体实施例中，为了方便管路的连接，在进液管1011上还设置有第一三通管件1022，并在出液管1012上设置有第二三通管件1023，其中，旁通管1021连接在第一三通管件1022和第二三通管件1023之间，第一三通管件1022其中一端口与第三管路73的端口连接，第二三通管件1023的其中一端口与第四管路74连接；

在一些优选实施例中，所述冷却液管路系统7的管径为25～40mm，第一电加热器设备101的额定功率为30～50KW，其进液管1011和出液管1012的管径为10～30mm，旁通管1021的管径小于30mm。

在一些优选实施例中，为适应顶置式的箱体空间排布设计，同时又能满足冷凝效果，本申请对风机14和冷凝器13的排布进一步优化，如图15所示，所述风机14置于第二腔体的中部，所述冷凝器13的数量为两个，分别沿风机14的径向方向置于风机14的两侧，在冷凝器13对应的箱体1顶部设有进风口，风机14所对应的箱体1顶部设有出风口，由此，空气沿图中箭头所指方向从两侧进风，中部出风；进一步地，为满足充分的空气循环，增大冷凝管与空气的接触面积，所述冷凝器13相对于风机14的轴线呈斜向设置。

在一些具体实施例中，所述控制系统还包括若干温度传感器，以监测不同位置的温度进而调整热管理系统的运行模式；具体地，所述温度传感器包括环境温度传感器和管路传感器，所述环境温度传感器设置于第二腔体100-2进风口处，所述管路温度传感器分别设置于冷凝器13的出口处管路、板式换热器2的出口处管路、电加热器模块10的出口处管路以及板式换热器2的入口处管路。

在一些具体实施例中，所述控制系统还包括若干压力传感器，用于检查系统压力，保证热管理系统的整体性能。

以上对本申请的具体实施方式作了详细介绍，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也属于本申请权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种机车动力电池用热管理系统，其特征在于，包括箱体以及置于箱体内部的水泵（3）、板式换热器（2）、压缩机（8）、气液分离器（9）、电加热器模块（10）、冷凝器（13）、风机（14）、散热器（15）、膨胀阀（17）、用于连接各器件的管路系统、设于管路系统上用于控制其通断的阀门组件和控制系统；

其中，所述管路系统包括冷却液管路系统和制冷剂管路系统，所述水泵（3）、板式换热器（2）的冷却液侧、电加热器模块（10）通过冷却液管路系统串联连接构成第一冷却液回路；所述水泵（3）、散热器（15）、电加热器模块（10）通过冷却液管路系统串联连接构成第二冷却液回路；所述板式换热器（2）的制冷剂侧、气液分离器（9）、压缩机（8）、冷凝器（13）以及膨胀阀（17）通过制冷剂管路系统串联连接构成制冷剂回路；所述散热器（15）与风机（14）构成第一空气回路；所述冷凝器（13）与风机（14）构成第二空气回路；各回路之间共用一个或多个器件和管路；

所述控制系统通过控制各器件的运行以及各回路的通断实现热管理系统的制冷模式、空冷模式和制热模式三种模式的切换；

所述冷却液管路系统（7）包括用于连接水泵（3）出液口和电加热器模块（10）进液口的第三管路（73），所述第三管路（73）的位置高于冷却液管路系统（7）中的其他管路；

所述管路系统还包括第三冷却液支路，其包括膨胀水箱（1）、补液管（5）和排气管（6），所述膨胀水箱（1）通过补液管（5）和排气管（6）并联在第一冷却液回路与第二冷却液回路共用的冷却液管路上，用于对冷却液回路进行排气和补液；

所述补液管（5）和排气管（6）一端均接于膨胀水箱（1），另一端均接于第一冷却液回路与第二冷却液回路共用的冷却液管路上，所述排气管（6）与冷却液管路系统（7）的接口位置位于除第三管路（73）外的管路上，所述接口位置被设置为使得冷却液回路在排气阶段时，膨胀水箱（1）内冷却液的液位高度持续下降。

2.根据权利要求1所述的机车动力电池用热管理系统，其特征在于，当处于制冷模式时，第一冷却液回路、制冷剂回路和第二空气回路连通，所述水泵（3）、板式换热器（2）、气液分离器（9）、压缩机（8）、冷凝器（13）、风机（14）和膨胀阀（17）工作；当处于空冷模式时，所述第二冷却液回路和第一空气回路连通，所述水泵（3）、散热器（15）、风机（14）工作；当处于制热模式时，所述第一冷却液回路和第二冷却液回路连通，所述水泵（3）和电加热器模块（10）工作。

3.根据权利要求2所述的机车动力电池用热管理系统，其特征在于，所述控制系统通过以下步骤判断制冷模式、空冷模式和制热模式三种模式的切换：

S1，获取环境温度和动力电池（4）的温度；

S2，判断环境温度是否大于第一预设温度，如是，则进入制冷模式；如否，则进行步骤S3；

S3，判断环境温度是否大于第二预设温度，如是，则进入空冷模式；如否，则进行步骤S4；

S4，判断动力电池（4）温度是否大于第三预设温度，如否，则进入制热模式。

4.根据权利要求3所述的机车动力电池用热管理系统，其特征在于，所述制冷模式还包括一级制冷模式、二级制冷模式、三级制冷模式、四级制冷模式和五级制冷模式，通过以下方法进行选择：

步骤1，获取第一冷却液回路中冷却液的平均温度；

步骤2，通过对步骤1中获取的平均温度与预设的冷却液目标温度，并以此选择不同的制冷模式：

当，选择一级制冷模式；

当，选择二级制冷模式；

当，选择三级制冷模式；

当，选择四级制冷模式；

当，选择五级制冷模式。

5.根据权利要求4所述的机车动力电池用热管理系统，其特征在于，所述控制系统包括变频器（12），用于对压缩机（8）进行变频控制，以实现不同制冷模式的切换。

6.根据权利要求1所述的机车动力电池用热管理系统，其特征在于，所述冷却液管路系统（7）还包括用于连接动力电池（4）端管路出液口和板式换热器（2）进液口的第一管路（71），用于连接板式换热器（2）出液口和水泵（3）进液口的第二管路（72），用于连接电加热器模块（10）出液口和动力电池（4）端管路进液口的第四管路（74），用于连接第一管路（71）和散热器（15）进液口的第五管路（75），以及用于连接散热器（15）出液口和水泵（3）进液口的第六管路（76）。

7.根据权利要求1所述的机车动力电池用热管理系统，其特征在于，所述电加热器模块（10）包括第一电加热器设备（101）和设置在第一电加热器设备（101）外部的旁通管（1021），所述第一电加热器设备（101）上设有进液管（1011）和出液管（1012），所述旁通管（1021）用于连通进液管（1011）和出液管（1012）。

8.根据权利要求7所述的机车动力电池用热管理系统，其特征在于，所述第一电加热器设备（101）的额定功率为 30~50 KW，进液管（1011）和出液管（1012）的管径为10~30 mm，旁通管（1021）的管径小于30 mm。

9.根据权利要求8所述的机车动力电池用热管理系统，其特征在于，所述箱体内部被分隔为两个相互独立的第一腔体和第二腔体，其中第一腔体内布置板式换热器（2）、水泵（3）、压缩机（8）、气液分离器（9），第二腔体内布置有冷凝器（13）、风机（14）和散热器（15）；所述风机（14）置于第二腔体的中部，冷凝器（13）的沿风机（14）的径向方向设置在风机（14）的两侧，冷凝器（13）相对于风机（14）的轴线呈斜向设置。