CN103192680A

CN103192680A - 一种用于新能源汽车的采暖方法及系统

Info

Publication number: CN103192680A
Application number: CN2013101224429A
Authority: CN
Inventors: 万翔
Original assignee: Shanghai LG Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai LG Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2013-07-10

Abstract

本发明提供一种用于新能源汽车的采暖方法及系统，在利用电动机驱动器和电动机的正常工作热量来采暖的基础上，在驱动器中增加一个组件，在空调热量不够时通过驱动器的控制，增加额外的热量来满足乘客的需求，通过上述方案，不需要额外增加大的加热或换热装置；利用驱动器和电动机的热量耗散，没有燃油废气的毒性，不伤害轿厢内的乘客人身健康；在发热量不能满足需求时启动辅助加热模组，增加驱动器的发热量；从整体上，提高了电池的使用效率，大大优化了空调系统的使用效果。

Description

一种用于新能源汽车的采暖方法及系统

技术领域

本发明涉及汽车采暖技术领域，尤其涉及一种用于新能源汽车的采暖方法及系统。

背景技术

传统汽车空调采暖方案主要有余热式和独立式两种，余热式利用发动机的废气或冷却液余热，作为空调采暖的热源。独立式：设立独立的发热源采暖，一般有电能或者燃油为能源的气暖式、水暖式。

以纯电动、混合动力、燃料电池为代表的新能源汽车，采暖时需要设立独立的热源，用电能来加热空气，送入汽车轿厢。

1、图1是以往传统汽车空调的采暖方式的采暖系统结构图。传统汽车空调的余热式采暖，利用发动机的废气或冷却液余热，通过热交换器加热新鲜空气冷气，再送入汽车轿厢，加热或除霜。独立式：以电能或者燃油为独立式发热源的气暖式、水暖式。再通过热交换器加热冷空气，送入轿厢。

2、以纯电动、混合动力、燃料电池为代表的新能源汽车，以电池为动力源或者辅助动力源，因为没有燃油发动机或者发动机功率较小，采暖时需要设立独立的热源，用电能来加热空气，送入汽车轿厢达到采暖的目的。

传统汽车的余热式方案的缺点：

热源不稳定，在汽车刚起步、低速，或者下坡、停车等状态时，发动机热量不够，空调暖气就不一定够乘客使用，使用不当时，发动机容易发生过冷现象。在北方或者寒冬环境，热负荷过大，仅靠余热式采暖系统不能满足需求；

余热式气暖系统，需要很大的热交换器，挤占了汽车内的有限的空间，也增加了成本和重量，减少了可靠性和整车效率。由于腐蚀，高温高压作用，排气管、消声器管壁和热交换器会逐渐漏气，发动机的有毒废气进入车厢，对乘客的人身健康非常不利。排气管道和热交换器的加入，增加了发动机的排气阻力，也降低了发动机的工作效率。

独立加热方式的缺点：

燃油或电能独立加热方式，能解决供热量不足和废气泄露缺点，要设置一个燃烧室或独立的大功率加热装置，也额外增加了很多成本和重量。

新能源汽车用电能独立加热方式，也需要增设加热装置，增加成本和空间重量。目前的电池能效比不高，纯粹的电能加热又额外消耗了电池的电能，大大降低汽车续航里程，也不是最好的解决方案。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种用于新能源汽车的采暖方法及系统，以解决现有技术中的问题。

为达到上述目的，本发明一方面提供一种用于新能源汽车的采暖方法，包括：

将电动机和驱动器正常工作所产生的热能通过导热通道输入车厢内用于取暖；

根据控制指令，打开所述与驱动器相连的加热模组；

将所述加热模组产生的热能通过所述导热通道输入车厢内用于取暖。

其中，加热模组串联或并联在所述驱动器的输入端，或并联在所述驱动器的输出端。

其中，控制指令为用户直接下发或当该车厢内温度低于预设温度值时生成。

本发明另外提供一种用于新能源汽车的采暖系统，该系统包括：

余热取暖单元，用于将电动机和驱动器正常工作所产生的热能通过导热通道输入车厢内用于取暖；

增热启动单元，用于根据控制指令，打开与所述驱动器相连的加热模组；

增热单元，用于将所述加热模组产生的热能通过所述导热通道输入车厢内用于取暖。

其中，上述增热启动单元中还包括一控制指令获取子单元，用于获取用户直接下发的控制指令和/或当该车厢内温度低于预设温度值时，生成的控制指令。

本发明应用于新能源汽车，既避免了区别于传统汽车没有发动机的余热式方案的缺点，又综合了余热式和独立式两种汽车空调采暖方案的优点。

1、不需要额外增加大的加热或换热装置，节约了成本和体积，重量，又可以直接利用驱动器和电动机的耗散热量，大大提高了整车的效率。

2、利用驱动器和电动机的热量耗散，通过自带的散热系统(强制风冷和液冷)，没有燃油废气的毒性，不伤害轿厢内的乘客人身健康；

3、在特定的汽车工况下，发热量不能满足需求，也可以额外的控制方式，启动辅助加热模组，增加驱动器的发热量，从整体上，提高了电池的使用效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为传统汽车空调采暖方式示意图；

图2为本发明一种用于新能源汽车的采暖方法的流程图；

图3为本发明一种用于新能源汽车的采暖系统的结构图；

图4为本发明的汽车空调采暖方式示意图（电机和驱动器采取强制风冷散热方式）；

图5为本发明的汽车空调采暖方式示意图（电机和驱动器采取强制液冷散热方式）；

图6为本发明中加热模组放置位置方案1的示意图；

图7为本发明中加热模组放置位置方案2的示意图；

图8为本发明中加热模组放置位置方案3的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

传统的汽车空调采暖一般有2种，余热式：利用发动机的废气余热或冷却液热交换；独立式：设立独立的发热源采暖，以电能或者燃油为能源的气暖式、水暖式。

近几年以来，以纯电动、混合动力、燃料电池为代表的新能源汽车逐渐发展壮大，但是此类新能源汽车用电动机驱动部分替代或者全部替代传统汽车里的燃油发动机，也带来了汽车空调的问题，传统的汽车空调余热式采暖方案不能直接应用在新能源汽车上。大部分采取了独立式，用电能加热采暖的方案，但是新能源汽车本身就存在电池过重，电能不够用的情况，独立式电能加热方案，不但效率不高，且大大降低了汽车的续航里程。

另一方面，新能源汽车采用的电动机和Inverter电动机驱动工作时也有一部分的能量损耗，以热能的形式表现，也需要独立的散热系统，液冷或者风冷散热，保证其在正常的温度下稳定运行。

在这样的背景下，本发明提出了一直应用于新能源汽车空调的采暖方案，即利用电动机驱动器和电动机的正常工作热量来采暖，提高新能源汽车的整体效率，不需要设立独立的电能加热源来采暖。并在驱动器中增加一个组件，在必要的时候，例如汽车低速或停止状态，空调热量不够时，通过驱动器的控制，增加额外的热量来满足乘客的需求。

本发明应用于新能源汽车，既避免了区别于传统汽车没有发动机的余热式方案的缺点，又综合了余热式和独立式两种汽车空调采暖方案的优点，具有很大的实用性和前景。具体通过以下方案来实现：

如图2，为本发明一种用于新能源汽车的采暖方法的流程图，包括：

步骤201，将电动机和驱动器正常工作所产生的热能通过导热通道输入车厢内用于取暖；

步骤202，根据控制指令，打开所述与驱动器相连的加热模组；

其中，用户直接下发或当该车厢内温度低于预设温度值时生成；

加热模组串联或并联在所述驱动器的输入端，或并联在所述驱动器的输出端。

步骤203，将所述加热模组产生的热能通过所述导热通道输入车厢内用于取暖。

如图3所示，为本发明一种用于新能源汽车的采暖系统的结构图，包括：

余热取暖单元301，用于将电动机和驱动器正常工作所产生的热能通过导热通道输入车厢内用于取暖；

增热启动单元302，用于根据控制指令，打开与所述驱动器相连的加热模组；

该增热启动单元中，包括一控制指令获取子单元3021，用于获取用户直接下发的控制指令和/或当该车厢内温度低于预设温度值时，生成的控制指令。

增热单元303，用于将所述加热模组产生的热能通过所述导热通道输入车厢内用于取暖。

以下通过具体实施例来进行说明：

实施例一：

图4为本发明的汽车空调采暖方式示意图，其中电动机和驱动器采取强制风冷散热方式。电动机和驱动器功率不大的情况下，一般采用强制风冷散热。直接手机电动机和驱动器正常工作的耗散热量：电动机和驱动器的散热系统，进风口吸入新鲜冷空气，经过风扇的加压加速，吹过电动机外壳和驱动器的散热片，其外表的热量通过对流和辐射方式传递给流过的冷空气，到出风口即为中压的热风。此热风经过汽车空调的空气过滤器，即可直接引入汽车空调的采暖通道。

电动机外壳和驱动器散热器均为金属材质（铁或铝合金），没有挥发性有害液体或气体，所以其热风可以直接利用，不会对轿厢内的乘客造成身体伤害。

实施例二：

图5为本发明的汽车空调采暖方式示意图，其中电动机和驱动器采取强制液冷(水冷或油冷)散热方式。在一些功率比较大的应用场合，因为电动机和驱动器的空间限制，风冷散热已经不能满足散热的要求，会用到液冷的方式，冷却介质有冷却水和油。这种应用情况，其散热系统会有一个热转换器，用于将流经电动机和驱动器的热的导热介质冷却，再次循环使用。如图示，在汽车一些特殊的工作情况下，如刚起步、停车，或者寒冷天气，电动机驱动器和电动机的正常工作热量不能满足乘客空调热风需求时，可以利用加热模组作为辅助热源直接利用电池电能来增加输出热量，其中，加热模组直接置于热交换器中，对导热介质进行加热，然后热转换器将导热介质冷却，之后，从热交换器处将导热介质冷却所散发的热量直接收集起来，再经过过滤净化，送入采暖通道。其优点与风冷散热的采暖方案优点一样，不再赘述。

此2种方案既可以有效利用电动机和驱动器的工作余热，提高了汽车电池整体的效率，又没有传统汽车余热方式的缺点。

考虑到传统余热方案的情况，本发明也会遇到同样情况的，区别于传统的独立式加热系统。本发明在不增加较大成本、空间、重量的前提下，在驱动器上增加一个辅助加热的模组，利用驱动器内部的IGBT模组的开关切换，可以直接让此模组发热，补充不足的热量，满足轿厢内乘客的需求。

辅助加热模组组成为PTC或者功率电阻等。

辅助加热模组的位置见以下实施例：

实施例三：

图6为本发明的辅助加热模组放置位置方案1的示意图。辅助加热模组和切换开关K1位于图示位置，电池正极P到驱动器正极输入。模组和开关K1也可位于N线对应位置，工作模式一样。

工作方式，驱动器正常工作时，K1闭合，电池放电电流从P点通过K1进入驱动器，再从电动机、驱动器返回电池N。辅助加热装置工作时，K1打开，驱动器不驱动电动机。加热模组发热，传递给流经的冷空气，并通过散热系统风扇，将热风送入采暖通道。

驱动器的IGBT模组的工作方式：

1.UVW三个桥臂同时开通，开通方式可以连续开通，也可以PWM斩波方式开通；

2.同时只开通其中1～2桥臂；

3.UVW3个桥臂交替开通。

IGBT模组本身的开关、导通压降发热，也不会浪费，也通过散热风道，送入采暖通道。

实施例四：

图7为本发明的辅助加热模组放置位置方案2的示意图。辅助加热模组与开关K1并联于电池的电池正负2端。工作方式与方案1一样。优点是：驱动器正常驱动电动机时，也可以进行辅助加热。

实施例五：

图8为本发明的辅助加热模组放置位置方案3的示意图。当需要额外热源时，驱动器停止驱动电动机，K2由常开状态闭合，接入辅助加热模组。IGBT的上桥Q1、Q3、Q5导通，将电池的电能引入模组发热，。IGBT模组的导通方式，可以同时1～3个开通，也可以交替开通，可以连续开通和PWM斩波开通方式。IGBT模块的热量也可同样利用。

辅助加热模组的位置也可放在驱动器P点与UVW输出之间，利用IGBT模组的Q2、Q4、Q6控制，工作方式与优点与以上一样，不再赘述。

辅助加热模组位置在驱动器的输出端，优点是可以利用驱动器的电流传感器，控制IGBT模块的开通时间，来精确控制辅助模组的发热量。

以上所述的具体实施例，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，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于新能源汽车的采暖方法，其特征在于，该方法包括：

根据控制指令，打开所述与驱动器相连的加热模组；

2.如权利要求1所述的用于新能源汽车的采暖方法，其特征在于：

所述加热模组串联或并联在所述驱动器的输入端；或，

所述加热模组并联在所述驱动器的输出端。

3.如权利要求1所述的用于新能源汽车的采暖方法，其特征在于，所述控制指令为：

用户直接下发或当该车厢内温度低于预设温度值时生成。

4.一种用于新能源汽车的采暖系统，其特征在于，该系统包括：

5.如权利要求4所述的用于新能源汽车的采暖系统，其特征在于：

所述加热模组串联或并联在所述驱动器的输入端；或，

所述加热模组并联在所述驱动器的输出端。

6.如权利要求4所述的用于新能源汽车的采暖系统，其特征在于，还包括控制指令获取子单元，用于获取用户直接下发的控制指令和/或当该车厢内温度低于预设温度值时，生成的控制指令。