CN113547895B - 一种增程式汽车余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增程式汽车余热回收系统，第一四通阀分别通过管路连接电机和电控系统、发动机水套、驾仓暖风系统及液液换热器，第二四通阀分别通过管路连接电机散热器、发动机水泵、驾仓暖风系统及液液换热器，液液换热器分别通过管路与电池水泵、动力电池水套及冷却器连接，在第一四通阀和第二四通阀之间设置截止阀，在电机散热器与电机和电控系统之间设置第一三通阀，在动力电池水套与液液换热器之间设置第二三通阀。本技术方案通过控制截止阀、两个三通阀及两个四通阀的状态，实现水路的特异性循环和水温的自调整，使得各零部件始终在最佳工况下运行；并通过余热的直接利用，提升了热量传递的效率，减少了水泵的数量，有效降低成本。

Description

一种增程式汽车余热回收系统

技术领域

本发明属于汽车热管理技术领域，具体涉及一种增程式汽车余热回收系统。

背景技术

新能源汽车热管理是非常普遍的课题，余热回收是热管理系统中的重要环节。在整车中，产生余热的零部件有很多，如汽车尾气热量、三电系统余热等、各类控制器等。

目前，很多增程式汽车采用液液换热器对电机电控等部件的热量进行回收，将热传递给冷却水循环，用于发动机预热或辅助驾舱采暖。但是现热量回收技术效率较低，热量转化较慢，并且每套系统里面均单独使用循环水泵，导致成本和布置压力较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种增程式汽车余热回收系统，以解决现热回收技术效率低，热量转化较慢，且成本高及布置压力大的问题。

为实现上述目的，本发明的通过以下技术方案实现的：

一种增程式汽车余热回收系统，电机和电控系统通过第一管路与第一四通阀连接；第一四通阀、发动机的出水口及散热器的进水口之间通过第二管路连接；

第一四通阀与驾仓暖风系统的进水口通过第三管路连接；第一四通阀与液液换热器的高温进水口之间通过第四管路连接；

电机散热器的进水口与第一管路之间通过第五管路连接，在第五管路上设置有第一截止阀；

电机散热器的出水口与第一三通阀之间通过第六管路连接；

第一三通阀与电机和电控系统的进水口之间通过第七管路连接；第一三通阀与电机散热器的进水口之间通过第八管路连接；

第二四通阀与第五管路之间通过第九管路连接；第二四通阀、发动机水泵进水口及散热器出水口之间通过第十管路连接；第二四通阀与驾仓暖风系统的出水口之间通过第十一管路连接，第二四通阀与液液换热器的高温出水口之间通过第十二管路连接；

液液换热器的低温出水口、电池水泵进水口及冷却器出水口之间通过管路连接，电池水泵出水口与动力电池水套的进水口之间通过管路连接；第二三通阀分别通过管路与液液换热器的低温进水口、动力电池水套的出水口及冷却器进水口连接。

进一步的，电机和电控系统为第七管路与DCDC进水口连接，DCDC出水口分别通过管路与PCU进水口和GCU进水口连接，PCU出水口通过管路与驱动电机进水口连接，GCU出水口通过管路与发电机进水口连接，驱动电机出水口及发电机出水口均通过管路与电子水泵进水口连接，电子水泵出水口与第一管路连接。

进一步的，增程式汽车余热回收系统包括单独给驾仓暖风系统加热工况、单独给电池系统加热工况、辅助发动机预热工况、同时给电池系统和驾仓暖风系统加热工况、各系统自散热工况及系统全散热工况。

进一步的，单独给驾仓暖风系统加热工况为，关闭第一三通阀与电机散热器的出水口之间的第六管路，关闭第一截止阀，关闭第一四通阀与发动机的出水口及散热器的进水口之间的第二管路，关闭第一四通阀与液液换热器的高温进水口之间的第四管路；第一管路通过第一四通阀与第三管路连通；

关闭第二四通阀与发动机水泵进水口及散热器出水口之间的第十管路，关闭第二四通阀与液液换热器的高温出水口之间的第十二管路，通过第二四通阀连通第五管路、第九管路及第十一管路。

进一步的，单独给电池系统加热工况为，关闭第一三通阀与电机散热器的出水口之间的第六管路，保持第八管路通过第一三通阀与第七管路连通，关闭第一截止阀，第一管路通过第一四通阀与第四管路连通，第九管路通过第二四通阀与第十二管路连通；

液液换热器的低温出水口、电池水泵、动力电池水套、第二三通阀及液液换热器的低温进水口之间连通。

进一步的，辅助发动机预热工况为，关闭第一三通阀与电机散热器的出水口之间的第六管路，保持第八管路通过第一三通阀与第七管路连通，关闭第一截止阀，第一管路通过第一四通阀与第二管路连通，第五管路、第九管路、第二四通阀及第十管路连通。

进一步的，同时给电池系统和驾仓暖风系统加热工况为，关闭第一三通阀与电机散热器的出水口之间的第六管路，保持第八管路通过第一三通阀与第七管路连通，关闭第一截止阀；

第一管路通过第一四通阀同时与第三管路及第四管路连通，第五管路与第九管路连通并通过第二四通阀同时与第十一管路及第十二管路连通；

液液换热器的低温出水口、电池水泵、动力电池水套、第二三通阀及液液换热器的低温进水口之间连通。

进一步的，各系统自散热工况为，通过第一三通阀关闭第八管路，使得第六管路与第本管路通过第一三通阀连通，打开截止阀，关闭第一四通阀，使得第一管路与第五管路连通，关闭第二四通阀，使得发动机出水口与散热器进水口连通，散热器出水口与发动机水泵进水口连通；电池水泵、动力电池水套、第二三通阀及冷却器之间通过管路连通。

进一步的，系统全散热工况为，通过第一三通阀关闭第八管路，使得第六管路与第本管路通过第一三通阀连通，关闭截止阀，第一管路通过第一四通阀同时与第二管路及第三管路连通；

第五管路、第九管路、第十管路及第十一管路均通过第二四通阀连通；电池水泵、动力电池水套、第二三通阀及冷却器之间通过管路连通。

本发明的有益效果是：

本技术方案通过控制截止阀、两个三通阀及两个四通阀的状态，实现水路的特异性循环和水温的自调整，使得各零部件始终在最佳工况下运行。

本技术方案通过余热的直接利用，提升了热量传递的效率，通过水泵的间接利用，减少了水泵的数量，有效降低成本。

附图说明

图1为本发明热管理总示意图；

图2为单独给驾仓暖风系统加热工况示意图；

图3为单独给电池系统加热工况示意图；

图4为辅助发动机预热工况示意图；

图5为同时给电池系统和驾仓暖风系统加热工况示意图；

图6为各系统自散热工况示意图；

图7为系统全散热工况示意图。

附图标记说明

1、第一管路，2、第五管路，3、第一截止阀，4、第二管路，5、第一四通阀，6、第三管路，7、第四管路，8、第一三通阀，9、第六管路，10、第七管路，11、第八管路，12、第九管路，13、第十一管路，14、第十管路，15、第二四通阀，16、第十二管路，17、第二三通阀。

具体实施方式

以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。

本发明通过设计一种余热回收系统，通过与多通电磁阀的连接配合和控制，实现冬季驾仓的快速制热和电池保温，提升热量转换效率同时减少系统成本。同时，在夏天可以对散热不足点进行补偿散热。

在本申请的技术方案中，提及的驱动电机、发电机、PCU、GCU、动力电池、发动机玍均是指相应的冷却水套。

在本申请的技术方案中，各个部分的进水口或出水口均是用于说明本申请的技术方案，并不是用于确定位置，将各部分的进水口与出水口进行调换，并不影响本申请的技术方案的实现，本申请的技术方案重点在冷却水的流动方向，并且电子水泵与发动机水泵提供给冷却水的流动方向相同，而不是相逆，即有利于冷却水的流动而不是起到防碍冷却水流动。

如图1所示，在图1中，连接冷凝器总成与冷却器、蒸发器总成之间的管路为冷媒回路，在本申请中，此部分采用现有技术，没有进行改进，因此，在本申请中不对此进行说明。在图2至图7中，包括截止阀、三通阀及四通阀中，标记为全黑色三角块的部分表面闭合状态，没有填充颜色的三角块表示连通状态。

在图1中，自左至右，第一三通阀分别连接三个管路，分别为第六管路9第七管路10八管路11中第六管路9另一端与电机散热器的一端(在此命名为电机散热器的出水口)连接，第七管路的另一端与电机和电控系统的进水口(此处仅是为了说明连接关系的命名，不代表实际的冷却水流动方向)连接，第八管路的另一端与电机散热器的另一端(在此命名为电机散热器的进水口)连接。

电机和电控系统至少包括DCDC、PCU、GCU、驱动电机及发电机。具体的连接为第七管路的另一端与DCDC的进水口连接，DCDC出水口分别通过管路与PCU进水口和GCU进水口连接，PCU出水口通过管路与驱动电机进水口连接，GCU出水口通过管路与发电机进水口连接，驱动电机出水口及发电机出水口均通过管路与电子水泵进水口连接，电子水泵出水口与第一管路连接。因此，电机和电控系统内的冷却水的流动方向根据实际的需要可能会有两种：第一种是，冷却水从电机散热器出来后先进入DCDC的冷却水套中，对DCDC进行冷却，对DCDC冷却后的温度有所升高的冷却水从DCDC的冷却水套中流出后，分为两路，以并联的方式分别进入PCU的冷却水套和GCU的冷却水套，分别对PCU和GCU进行冷却，其中通过PCU的冷却水进入驱动电机的冷却水套对驱动电机进行冷却，通过GCU的冷却水进入发电机的冷却水套对发电机进行冷却，从驱动电机的冷却水套流出的温度升高的冷却水和从发电机的冷却水套流出的温度升高的冷却水汇合后进入电子水泵的进水口，通过电子水泵升压后，提供给其它部分或电机散热器进行散热。第二种是，冷却水的流向与第一种的相反，冷却水从电子水泵加压后，首先分别提供给驱动电机的冷却水套和发电机的冷却水套，对驱动电机冷却后的冷却水再流进PCU的冷却水套对PCU进行冷却，对发电机冷却后的冷却水再流进GCU的冷却水套对GCU进行冷却，对PCU冷却后的温度升高的冷却水与对GCU冷却后温度升高的冷却水混合后进入DCDC的冷却水套，对DCDC冷却后的温度再次升高的冷却水通过第一三通阀进入电机散热器进行散热。

电子水泵与第一四通阀之间由第一管路1接，第一四通阀5发动机的出水口及散热器的进水口之间通过第二管路4接；第一四通阀与驾仓(驾驶仓的简称)暖风系统的进水口通过第三管路6接；第一四通阀与液液换热器的高温进水口之间通过第四管路7接；

电机散热器的进水口与第一管路之间通过第五管路2接，在第五管路上设置有第一截止阀3；

电机散热器的出水口与第一三通阀之间通过第六管路9连接；

第一三通阀与电机和电控系统的进水口之间通过第七管路10连接；第一三通阀与电机散热器的进水口之间通过第八管路11连接；第二四通阀与第五管路之间通过第九管路12连接；第二四通阀、发动机水泵进水口及散热器出水口之间通过第十管路14连接；第二四通阀与驾仓暖风系统的出水口之间通过第十一管路13连接，第二四通阀与液液换热器的高温出水口之间通过第十二管路16连接；液液换热器的低温出水口、电池水泵进水口及冷却器出水口之间通过管路连接，电池水泵出水口与动力电池水套的进水口之间通过管路连接；第二三通阀14分别通过管路与液液换热器的低温进水口、动力电池水套的出水口及冷却器进水口连接。

综合图1所示，本申请的水路循环主要有四大块：电机和电控系统水路、驾仓暖风系统水路、发动机散热系统水路及电池加热系统水路。结合实际应用中各个系统的时效性进行设计，将电机和电控系统水路，驾仓暖风系统水路，发动机散热系统水路整合为共用水路，通过电子控制的三通阀和四通阀进行切换，从而实现高效率热传递和交换。

本发明的增程式汽车余热回收系统包括单独给驾仓暖风系统加热工况、单独给电池系统加热工况、辅助发动机预热工况、同时给电池系统和驾仓暖风系统加热工况、各系统自散热工况及系统全散热工况，各工况的水路循环通路部分通过以下各图的粗线部分表示。

图2为单独给驾仓暖风系统加热工况示意图，在冬天启动时，发动机水温上升需要一定时间，而此时电机和电控系统已经开始工作并产生了一定热量，此时第一三通阀连接散热器端关闭不参与散热，具体为：关闭第一三通阀与电机散热器的出水口之间的第六管路，关闭第一截止阀，关闭第一四通阀与发动机的出水口及散热器的进水口之间的第二管路，关闭第一四通阀与液液换热器的高温进水口之间的第四管路；第一管路通过第一四通阀与第三管路连通；关闭第二四通阀与发动机水泵进水口及散热器出水口之间的第十管路，关闭第二四通阀与液液换热器的高温出水口之间的第十二管路，通过第二四通阀连通第五管路、第九管路及第十一管路。此时的余热仅仅用于驾仓的采暖，水循环通过电子水泵提供动力，这种工况用于驾仓采暖优先度较高的情况，待发动机水温上升后再切换电磁阀的通断状态。

图3为单独给电池系统加热工况示意图，在冬天启动时，发动机水温上升需要一定时间，而此时电机和电控系统已经开始工作并产生了一定热量，此时第一三通阀连接散热器端关闭不参与散热，具体为：关闭第一三通阀与电机散热器的出水口之间的第六管路，保持第八管路通过第一三通阀与第七管路连通，关闭第一截止阀，第一管路通过第一四通阀与第四管路连通，第九管路通过第二四通阀与第十二管路连通；液液换热器的低温出水口、电池水泵、动力电池水套、第二三通阀及液液换热器的低温进水口之间连通。此时，余热通过液液换热器优先给动力电池加热，让动力电池快速升温到理想工况，水循环通过电子水泵提供动力，待发动机水温上升后再切换电磁阀的通断状态。

图4为辅助发动机预热工况示意图，在冬天启动时，发动机水温上升需要一定时间，而此时电机和电控系统已经开始工作并产生了一定热量，此时第一三通阀连接散热器端关闭不参与散热，具体为：关闭第一三通阀与电机散热器的出水口之间的第六管路，保持第八管路通过第一三通阀与第七管路连通，关闭第一截止阀，第一管路通过第一四通阀与第二管路连通，第五管路、第九管路、第二四通阀及第十管路连通。此时，余热进入发动机大循环，辅助发动机快速预热，水循环通过发动机水泵提供动力，待发动机水温高于余热温度时再切换各电磁阀的通断状态。

图5为同时给电池系统和驾仓暖风系统加热工况示意图，在冬天启动时，发动机水温上升需要一定时间，而此时电机和电控系统已经开始工作并产生了一定热量，此时第一三通阀连接散热器端关闭不参与散热，具体为：关闭第一三通阀与电机散热器的出水口之间的第六管路，保持第八管路通过第一三通阀与第七管路连通，关闭第一截止阀；第一管路通过第一四通阀同时与第三管路及第四管路连通，第五管路与第九管路连通并通过第二四通阀同时与第十一管路及第十二管路连通；液液换热器的低温出水口、电池水泵、动力电池水套、第二三通阀及液液换热器的低温进水口之间连通。此时余热可以同时给驾仓和动力电池加热，水循环通过电子水泵提供动力，带发动机水温上升后再切换各电磁阀的通断状态。

图6为各系统自散热工况示意图，此处的各系统是指电机和电控系统、发动机系统、驾仓暖风系统及电池系统。在夏天高温时，各个模块均需要散热，具体为：通过第一三通阀关闭第八管路，使得第六管路与第本管路通过第一三通阀连通，打开截止阀，关闭第一四通阀，使得第一管路与第五管路连通，关闭第二四通阀，使得发动机出水口与散热器进水口连通，散热器出水口与发动机水泵进水口连通；电池水泵、动力电池水套、第二三通阀及冷却器之间通过管路连通。对于电机电控模块，电机散热器开始正常工作，电子水泵工作，该模块进行自散热。发动机通过散热器进行自散热。动力电池通过冷却器进行散热。

图7为系统全散热工况示意图，在夏天温度特别高时，部分模块如存在散热不足的情况时，系统进入全散热模式，即全车的散热器均开启并参与散热，此时各电磁阀的状态如图7所示，此时，电子水泵关闭，散热系统水循环通过发动机水泵提供动力，驾仓系统的暖风芯体、散热器、电机散热器均参与散热，具体为：通过第一三通阀关闭第八管路，使得第六管路与第本管路通过第一三通阀连通，关闭截止阀，第一管路通过第一四通阀同时与第二管路及第三管路连通；第五管路、第九管路、第十管路及第十一管路均通过第二四通阀连通；电池水泵、动力电池水套、第二三通阀及冷却器之间通过管路连通。

若发动机水温过高(通常情况下，电机电控温度低于发动机)，可以调整第一四通阀和第二四通阀的状态，启动暖风芯体和散热器散热，电机电控模块进行自散热。具体需要根据系统的计算情况，总之，电机散热器，散热器，暖风芯体可以独立工作也可以全部工作，也可以两两进行协同补偿工作。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种增程式汽车余热回收系统，其特征在于，电机和电控系统通过第一管路与第一四通阀连接；第一四通阀、发动机的出水口及散热器的进水口之间通过第二管路连接；

第一四通阀与驾仓暖风系统的进水口通过第三管路连接；第一四通阀与液液换热器的高温进水口之间通过第四管路连接；

电机散热器的进水口与第一管路之间通过第五管路连接，在第五管路上设置有第一截止阀；

电机散热器的出水口与第一三通阀之间通过第六管路连接；

第一三通阀与电机和电控系统的进水口之间通过第七管路连接；第一三通阀与电机散热器的进水口之间通过第八管路连接；

第二四通阀与第五管路之间通过第九管路连接；第二四通阀、发动机水泵进水口及散热器出水口之间通过第十管路连接；第二四通阀与驾仓暖风系统的出水口之间通过第十一管路连接，第二四通阀与液液换热器的高温出水口之间通过第十二管路连接；

液液换热器的低温出水口、电池水泵进水口及冷却器出水口之间通过管路连接，电池水泵出水口与动力电池水套的进水口之间通过管路连接；第二三通阀分别通过管路与液液换热器的低温进水口、动力电池水套的出水口及冷却器进水口连接；

电机和电控系统为第七管路与DCDC进水口连接，DCDC出水口分别通过管路与PCU进水口和GCU进水口连接，PCU出水口通过管路与驱动电机进水口连接，GCU出水口通过管路与发电机进水口连接，驱动电机出水口及发电机出水口均通过管路与电子水泵进水口连接，电子水泵出水口与第一管路连接。

2.根据权利要求1所述的增程式汽车余热回收系统，其特征在于，增程式汽车余热回收系统包括单独给驾仓暖风系统加热工况、单独给电池系统加热工况、辅助发动机预热工况、同时给电池系统和驾仓暖风系统加热工况、各系统自散热工况及系统全散热工况。

3.根据权利要求2所述的增程式汽车余热回收系统，其特征在于，单独给驾仓暖风系统加热工况为，关闭第一三通阀与电机散热器的出水口之间的第六管路，关闭第一截止阀，关闭第一四通阀与发动机的出水口及散热器的进水口之间的第二管路，关闭第一四通阀与液液换热器的高温进水口之间的第四管路；第一管路通过第一四通阀与第三管路连通；

关闭第二四通阀与发动机水泵进水口及散热器出水口之间的第十管路，关闭第二四通阀与液液换热器的高温出水口之间的第十二管路，通过第二四通阀连通第五管路、第九管路及第十一管路。

4.根据权利要求2所述的增程式汽车余热回收系统，其特征在于，单独给电池系统加热工况为，关闭第一三通阀与电机散热器的出水口之间的第六管路，保持第八管路通过第一三通阀与第七管路连通，关闭第一截止阀，第一管路通过第一四通阀与第四管路连通，第九管路通过第二四通阀与第十二管路连通；

液液换热器的低温出水口、电池水泵、动力电池水套、第二三通阀及液液换热器的低温进水口之间连通。

5.根据权利要求2所述的增程式汽车余热回收系统，其特征在于，辅助发动机预热工况为，关闭第一三通阀与电机散热器的出水口之间的第六管路，保持第八管路通过第一三通阀与第七管路连通，关闭第一截止阀，第一管路通过第一四通阀与第二管路连通，第五管路、第九管路、第二四通阀及第十管路连通。

6.根据权利要求2所述的增程式汽车余热回收系统，其特征在于，同时给电池系统和驾仓暖风系统加热工况为，关闭第一三通阀与电机散热器的出水口之间的第六管路，保持第八管路通过第一三通阀与第七管路连通，关闭第一截止阀；

第一管路通过第一四通阀同时与第三管路及第四管路连通，第五管路与第九管路连通并通过第二四通阀同时与第十一管路及第十二管路连通；

液液换热器的低温出水口、电池水泵、动力电池水套、第二三通阀及液液换热器的低温进水口之间连通。

7.根据权利要求2所述的增程式汽车余热回收系统，其特征在于，各系统自散热工况为，通过第一三通阀关闭第八管路，使得第六管路与第本管路通过第一三通阀连通，打开截止阀，关闭第一四通阀，使得第一管路与第五管路连通，关闭第二四通阀，使得发动机出水口与散热器进水口连通，散热器出水口与发动机水泵进水口连通；电池水泵、动力电池水套、第二三通阀及冷却器之间通过管路连通。

8.根据权利要求2所述的增程式汽车余热回收系统，其特征在于，系统全散热工况为，通过第一三通阀关闭第八管路，使得第六管路与第本管路通过第一三通阀连通，关闭截止阀，第一管路通过第一四通阀同时与第二管路及第三管路连通；

第五管路、第九管路、第十管路及第十一管路均通过第二四通阀连通；电池水泵、动力电池水套、第二三通阀及冷却器之间通过管路连通。

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