CN107599785B - 一种利用空冷电机余热的电动汽车暖风系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用空冷电机余热的电动汽车暖风系统，其特征在于该系统包括空气滤清器、多位三通电磁阀、车内温度传感器、通驾驶舱管道、通大气管道、车内暖风系统控制台和电子控制单元ECU；所述空气滤清器安装在电机气室的进气冷却流道上，且位于电机气室所用的鼓风机的入口前；在电机气室的出口上连接多位三通电磁阀，所述多位三通电磁阀具有一个入口、两个出口和左、右两个阀体，左、右两个阀体尺寸相同，入口直径是左、右两个阀体宽度的两倍，出口直径与左、右两个阀体宽度相匹配，两个阀体通过阀芯依次连接，多位三通电磁阀的入口及两个出口分别连接电机气室出口附近的冷却流道、通驾驶舱管道及通大气管道的一端。

Description

一种利用空冷电机余热的电动汽车暖风系统

技术领域

本发明涉及一种电动汽车暖风系统，尤其涉及一种利用空气冷却电机余热的电动汽车暖风系统。

背景技术

目前纯电动汽车携带的暖风系统(王莹,丁鹏,高健.一种纯电动汽车暖风系统的研发[J].汽车实用技术,2016(11):15-17.)，基本上都采用和传统汽车类似的PTC电加热器,并依靠空调鼓风机提高进风量，电加热器及空调鼓风机的工作消耗了车载电池大量的电能，故暖风系统消耗的电量对汽车的动力性、经济性以及续航里程有着重要的影响。目前电动汽车电机在运行过程会产生大量的热量还没有得到充分的利用，尤其是冷却空气经过电机气室因带走电机产生的大量热量温度得到升高的这部分气体，如果可以在冬季气温较低的情况下将这部分高温气体通往车内进行供暖，可以节省电加热器及其空调鼓风机工作而消耗的大量电能，因此这种利用电机余热的暖风系统可以解决传统暖风系统浪费电力能源的问题，有效提高了纯电动汽车的续航里程。

发明内容

为顺应电动汽车节能环保的趋势，解决现在电动汽车暖风系统浪费能源的问题，本发明提出了一种利用空冷电机余热的电动汽车暖风系统。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种利用空冷电机余热的电动汽车暖风系统，其特征在于该系统包括空气滤清器、多位三通电磁阀、车内温度传感器、通驾驶舱管道、通大气管道、车内暖风系统控制台和电子控制单元ECU；所述空气滤清器安装在电机气室的进气冷却流道上，且位于电机气室所用的鼓风机的入口前；在电机气室的出口上连接多位三通电磁阀，所述多位三通电磁阀具有一个入口、两个出口和左、右两个阀体，左、右两个阀体尺寸相同，入口直径是左、右两个阀体宽度的两倍，出口直径与左、右两个阀体宽度相匹配，两个阀体通过阀芯依次连接，多位三通电磁阀的入口及两个出口分别连接电机气室出口附近的冷却流道、通驾驶舱管道及通大气管道的一端，冷却流道与通驾驶舱管道恰好完全关闭的位置为多位三通电磁阀的初始位置；冷却流道与通大气管道恰好完全关闭，冷却流道与通驾驶舱管道恰好完全接通的位置为多位三通电磁阀的最远位置，最远位置处多位三通电磁阀的最大输入电流为A；多位三通电磁阀能处于初始位置和最远位置之间的任意一个位置；所述通驾驶舱管道另一端连接驾驶舱，所述通大气管道的另一端直接与外部大气相联通；所述车内暖风系统控制台安装在电动汽车的车内操作界面上，用于控制暖风系统的启动与关闭及车内温度的设置；在电动汽车上安装车内温度传感器，车内温度传感器用于检测车内温度；

所述电子控制单元ECU安装在电动汽车内部，同时连接多位三通电磁阀、车内暖风系统控制台和车内温度传感器，电子控制单元ECU根据车内传感器检测的温度与通过车内暖风系统控制台设定的温度进行比较，进而相应地控制多位三通电磁阀工作，使车内达到所设定的温度。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

在电动汽车驱动电机长时间高速运转下，电机表面温度较高，冷却空气经过电机气室冷却后温度较高，可将这部分高温气体通入车内形成暖风，供暖效果较好。与传统暖风系统相比，省去了电加热器和与电加热器相对应的空调鼓风机结构，既提高了能量的利用效率，又在一定程度上减少电池能量的使用，提高电动汽车的续航里程。

三通电磁阀分别连接冷却流道、通驾驶舱管道及通大气管道三个管道，空气的流向由三通电磁阀的阀芯移动位置来控制，阀芯位置依靠ECU根据车内温度传感器信号给电磁阀输入大小不同电流来控制，暖风系统工作时，依靠三通电磁阀可以较好控制高温气体流向车内的流量，进而较好的控制车内温度。

附图说明

图1为本发明利用空冷电机余热的电动汽车暖风系统的结构示意图；

图2(a)为多位三通电磁阀断电时的初始位置的结构示意图，此时多位三通电磁阀的入口与通大气管道相通，高温气体全部排向大气；

图2(b)为某一工作位置时，多位三通电磁阀的结构示意图，多位三通电磁阀根据输入电流大小有多个工作位置，其通入电流X在0-A之间，该工作位置体现三通电磁阀的工作原理，高温气体既可以排向大气又可以通往车内；

图2(c)为多位三通电磁阀通入最大电流时的最远工作位置的结构示意图，高温气体完全排向车内供暖；

图3为本发明利用空冷电机余热的电动汽车暖风系统的控制框图；

图中，1空气滤清器、2冷却流道、3鼓风机、4电机气室、5多位三通电磁阀、6车内温度传感器、7通驾驶舱管道、8通大气管道、9车内暖风系统控制台、10电子控制单元ECU。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明进行详细说明，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。

本发明利用空冷电机余热的电动汽车暖风系统(简称系统，参见图1和图3)包括空气滤清器1、多位三通电磁阀5、车内温度传感器6、通驾驶舱管道7、通大气管道8、车内暖风系统控制台9和电子控制单元ECU 10；所述空气滤清器1安装在电机气室4的进气冷却流道2上，且位于电机气室所用的鼓风机3的入口前，空气滤清器1用于对进入电机气室4的冷却空气进行过滤，防止杂质进入电机气室毁坏电机，影响电机的使用寿命，同时经过过滤的空气清新度高，可以直接通往车内形成暖风；在电机气室4的出口上连接多位三通电磁阀5，所述多位三通电磁阀5具有一个入口、两个出口和左、右两个阀体，左、右两个阀体尺寸相同，入口直径是左、右两个阀体宽度的两倍，出口直径与左、右两个阀体宽度相匹配，两个阀体通过阀芯依次连接，冷却流道2与通驾驶舱管道7恰好完全关闭的位置为多位三通电磁阀的初始位置；冷却流道2与通大气管道8恰好完全关闭，冷却流道2与通驾驶舱管道7恰好完全接通的位置为多位三通电磁阀的最远位置，最远位置处最大输入电流为A；多位三通电磁阀能处于初始位置和最远位置之间的任意一个位置；多位三通电磁阀的入口及两个出口分别连接电机气室出口附近的冷却流道、通驾驶舱管道及通大气管道的一端，该多位三通电磁阀有多个工作位置，由ECU控制通入的电流大小控制左阀体的移动位置，使其起到控制高温气体流向和流量的作用，进而对车内温度实现更好、更快捷的控制，右阀体起稳定作用，保证左阀体更好实现控制气流流向和流量的作用；所述通驾驶舱管道7另一端连接驾驶舱，所述通大气管道8的另一端直接与外部大气相联通；所述车内暖风系统控制台9安装在电动汽车的车内操作界面上，用于控制暖风系统的启动与关闭及车内温度的设置；在电动汽车上安装车内温度传感器6，车内温度传感器用于检测车内温度；

所述电子控制单元ECU 10安装在电动汽车内部，同时连接多位三通电磁阀5、车内暖风系统控制台9和车内温度传感器6，电子控制单元ECU根据车内传感器检测的温度与通过车内暖风系统控制台设定的温度进行比较，进而相应地控制多位三通电磁阀工作，使车内达到所设定的温度。

本发明的进一步特征在于左、右阀体之间的距离不小于入口左端点到连接大气的出口右端点的距离，优选左、右阀体之间的距离等于4倍的任一阀体的宽度，这样最节省材料，且能保证初始位置时入口与通大气管道恰好完全接通，与通驾驶舱管道完全关闭；最远位置时入口与通驾驶舱管道恰好完全接通，与通大气管道完全关闭，右阀体运动到三通电磁阀的最右边。

本发明进一步特征在于所述冷却流道2、通驾驶舱管道7及通大气管道8均采用硅胶管材质，起到连接作用。

本发明还保护一种多位三通电磁阀5(参见图2(a))，具有一个入口501、两个出口(502、503)和左、右两个阀体(504、505)，左、右两个阀体尺寸相同，入口直径是左、右两个阀体宽度的两倍，出口直径与左、右两个阀体宽度相匹配，两个阀体通过阀芯506依次连接，入口与左边的出口502恰好完全关闭的位置为多位三通电磁阀的初始位置；入口与右边的出口503恰好完全关闭，入口与左边的出口恰好完全接通的位置为多位三通电磁阀的最远位置，最远位置处多位三通电磁阀的最大输入电流为A；多位三通电磁阀能处于初始位置和最远位置之间的任意一个位置；左、右阀体之间的距离不小于入口左端点到连接大气的出口右端点的距离。

本发明利用空冷电机余热的电动汽车暖风系统的工作原理是：电动汽车工作，驱动电机工作，进而带动鼓风机工作，鼓风机能够提高空气的进气压力和进气流量；电机气室位于驱动电机内，用于冷却驱动电机；所述车内暖风系统控制台9为车内人员设定车内温度控制装置，所设定温度信号传给电子控制单元ECU 10，电子控制单元ECU 10通过将车内暖风系统控制台9所设定的温度信号及车内温度传感器6所检测的车内实际温度进行对比，并对其进行智能控制多位三通电磁阀的开闭及开启程度。

本发明系统有两条电机气室4冷却空气的流动分路，暖风系统未工作时，即按照分路一：空气滤清器1、冷却流道2、鼓风机3、电机气室4、多位三通电磁阀5、通大气管道8形成的循环流动分路，冷却空气由鼓风机3增压进入电机气室4对驱动电机形成降温，随后高温气体直接排向大气；当冬季气温较低暖风系统开启时，即按照分路二：空气滤清器1、冷却流道2、鼓风机3、电机气室4、多位三通电磁阀5、通驾驶舱管道7形成的暖风流动分路，从而在车内形成暖风。

具体过程是：在暖风系统关闭的情况下，只有分路一工作；分路二只在暖风系统开启的情况下工作，且在暖风系统开启时会存在分路一和分路二同时进行工作，两个分路的工作由多位三通电磁阀5的通断电及其电流的大小进行控制，多位三通电磁阀5的通断电及其所输入电流的大小由电子控制单元ECU 10根据人为所设定的车内温度信号对其进行控制。

当暖风系统关闭时，电子控制单元ECU 10控制多位三通电磁阀5断电，冷却流道2与通大气管道8相通，空气直接排向大气；当暖风系统开启时，电子控制单元ECU 10给多位三通电磁阀5通入电流，使通驾驶舱管道7逐渐与冷却流道2接通，电流大小决定冷却流道2与通驾驶舱管道7接通通流面积的大小，刚开启时因电流较小两者的通流截面面积较小，车内人员通过车内暖风系统控制台9设定车内温度，电子控制单元ECU 10接收到指令之后与车内温度传感器6构成闭环控制，通过增大对多位三通电磁阀5的输入电流以增大冷却流道2与通驾驶舱管道7接通通流面积，减少高温气体排向大气，设定最大输入电流为A，当通入最大电流A时，阀芯运行到最远位置，即冷却流道2与通大气管道8恰好完全关闭，冷却流道2与通驾驶舱管道7恰好完全接通，若车内温度高于所设定温度时，电子控制单元ECU10将减小对多位三通电磁阀5的输入电流，使阀芯往回运动，冷却流道2与通大气管道8开启，冷却流道2与通驾驶舱管道7通流截面面积减小，部分高温气体流向大气，多位三通电磁阀5的输入电流X在0-A之间变化，用通流截面的开度控制流量，用流量来间接控制车内温度，以实现车内的供暖，当不需要暖风系统时，将暖风系统关闭，电子控制单元ECU 10给多位三通电磁阀5断电，阀芯回到初始位置，冷却流道2完全与通大气管道8接通，所有高温气体均通过通大气管道8流向大气。

所述的多位三通电磁阀5入口的宽度是阀体宽度的两倍，通过阀体来改变冷却流道2与两个出口通道的开度，通过开度以控制高温气体的流量，通过流量来较好控制车内温度，左阀体主要实现分流的功能，右阀体起稳定作用，使左阀体更好发挥控制流量的功能。

在暖风系统未开启时，多位三通电磁阀5断电，多位三通电磁阀5的入口与通大气管道8保持常开(参见图2(a))；如果车内需要暖风，电子控制单元ECU 10给多位三通电磁阀5供电，这时阀芯开始移动，暖风系统开启后需人为设定所需要的车内温度，此设定温度信号存入到电子控制单元ECU 10当中，当车内温度低于所设定温度时，电子控制单元ECU 10将逐渐增大对多位三通电磁阀5的输入电流，不断增大冷却流道2与通驾驶舱管道7的通流截面面积，直到阀芯运动到最远行程位置，即阀体将冷却流道与通大气管道8关闭，所有高温气体均流向车内(参见图2(c))，若车内温度高于所设定温度时，控制系统将减小对多位三通电磁阀5的输入电流，使阀芯往回运动，冷却流道2与通大气管道8开启，冷却流道2与通驾驶舱管道7通流截面面积减小，部分高温气体流向大气(参见图2(b))，不断的改变输入电流大小进而改变高温气体的流量间接控制车内温度。当不需要暖风系统时，将暖风系统关闭，电子控制单元ECU 10给多位三通电磁阀5断电，阀芯回到初始位置，冷却流道2完全与通大气管道8接通，所有高温气体均通过通大气管道8流向大气。图2(a)、图2(b)、图2(c)分别表示多位三通电磁阀5阀芯的初始位置、中间位置、最远位置。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (5)

1.一种利用空冷电机余热的电动汽车暖风系统，其特征在于该系统包括空气滤清器、多位三通电磁阀、车内温度传感器、通驾驶舱管道、通大气管道、车内暖风系统控制台和电子控制单元ECU；所述空气滤清器安装在电机气室的进气冷却流道上，且位于电机气室所用的鼓风机的入口前；在电机气室的出口上连接多位三通电磁阀，所述多位三通电磁阀具有一个入口、两个出口和左、右两个阀体，两个阀体通过阀芯依次连接，多位三通电磁阀的入口及两个出口分别连接电机气室出口附近的冷却流道、通驾驶舱管道及通大气管道的一端，冷却流道与通驾驶舱管道恰好完全关闭的位置为多位三通电磁阀的初始位置；冷却流道与通大气管道恰好完全关闭，冷却流道与通驾驶舱管道恰好完全接通的位置为多位三通电磁阀的最远位置，最远位置处多位三通电磁阀的最大输入电流为A；多位三通电磁阀能处于初始位置和最远位置之间的任意一个位置；所述通驾驶舱管道另一端连接驾驶舱，所述通大气管道的另一端直接与外部大气相联通；所述车内暖风系统控制台安装在电动汽车的车内操作界面上，用于控制暖风系统的启动与关闭及车内温度的设置；在电动汽车上安装车内温度传感器，车内温度传感器用于检测车内温度；

所述电子控制单元ECU安装在电动汽车内部，同时连接多位三通电磁阀、车内暖风系统控制台和车内温度传感器，电子控制单元ECU根据车内传感器检测的温度与通过车内暖风系统控制台设定的温度进行比较，进而相应地控制多位三通电磁阀工作，使车内达到所设定的温度。

2.根据权利要求1所述的利用空冷电机余热的电动汽车暖风系统，其特征在于左、右两个阀体尺寸相同，入口直径是左、右两个阀体宽度的两倍，出口直径与左、右两个阀体宽度相匹配，左、右阀体之间的距离不小于入口左端点到连接大气的出口右端点的距离。

3.根据权利要求2所述的利用空冷电机余热的电动汽车暖风系统，其特征在于左、右阀体之间的距离等于4倍的任一阀体的宽度。

4.根据权利要求1所述的利用空冷电机余热的电动汽车暖风系统，其特征在于所述冷却流道、通驾驶舱管道及通大气管道均采用硅胶管材质。

5.根据权利要求1所述的利用空冷电机余热的电动汽车暖风系统，其特征在于该系统的工作流程是：

当暖风系统关闭时，电子控制单元ECU控制多位三通电磁阀断电，冷却流道与通大气管道相通，空气直接排向大气；

当暖风系统开启时，电子控制单元ECU给多位三通电磁阀通入电流，使通驾驶舱管道逐渐与冷却流道接通，电流大小决定冷却流道与通驾驶舱管道接通通流面积的大小，刚开启时因电流较小两者的通流截面面积较小，车内人员通过车内暖风系统控制台设定车内温度，电子控制单元ECU接收到指令之后与车内温度传感器构成闭环控制，通过增大对多位三通电磁阀的输入电流以增大冷却流道与通驾驶舱管道接通通流面积，减少高温气体排向大气，设定最大输入电流为A，当通入最大电流A时，阀芯运行到最远位置；若车内温度高于所设定温度时，电子控制单元ECU将减小对多位三通电磁阀的输入电流，使阀芯往回运动，冷却流道与通大气管道开启，冷却流道与通驾驶舱管道通流截面面积减小，部分高温气体流向大气，多位三通电磁阀的输入电流X在0-A之间变化，用通流截面的开度控制流量，用流量来间接控制车内温度，以实现车内的供暖；

当不需要暖风系统时，将暖风系统关闭，电子控制单元ECU给多位三通电磁阀断电，阀芯回到初始位置，冷却流道完全与通大气管道接通，所有高温气体均通过通大气管道流向大气。