CN114407609B - 一种混合动力车辆的整车集成预热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车辆热管理系统技术领域，具体涉及一种混合动力车辆的整车集成预热系统，包括：发动机循环子系统，其上设有首尾循环连接的发动机本体和散热器，发动机循环上还设置有第一储热件，第一储热件并联安装在发动机本体两端；动力设备循环子系统，其上设有依次连接的第二储热件、动力单元、空调组件单元、散热单元；发动机本体与第二储热件靠近设置，以使发动机本体与第二储热件之间发生热交换。使得在发动机本体或动力设备启动前，即可通过第一储热件或第二储热件对其进行预热，能够保证在发动机本体或动力设备在启动前即可完成预热，能够有效避免动力设备未达到允许工作温度前直接启动工作对自身进行预热的情况。

Description

一种混合动力车辆的整车集成预热系统
技术领域
本发明涉及车辆热管理系统技术领域，具体涉及一种混合动力车辆的整车集成预热系统。
背景技术
热管理技术最早使用在航空航天领域，该领域将航天系统产生的热能量进行综合处理与再次利用。随着整车功率的提升以及预热、散热要求的不断增加，对整车预热、散热系统的功能要求也越来越高。为了解决实际问题，上世纪末期国外汽车制造商开始对车辆系统进行整车热管理技术概念研究，这一思想转变对车辆系统的性能提升与优化开辟了新的研究路径。
现有技术中的整车热管理系统中，发动机、电机、电池均采用各自独立的预热回路，当外界环境温度极低时，可能会出现电机水泵、电池水泵无法正常启动的情况，不能及时进行预热，使车辆在正常工作开始运动时，电机或电池可能无法达到允许工作温度，影响其使用寿命和用户体验。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的整车热管理系统中在车辆运动时无法保证将所有动力设备均预热到允许的工作温度的缺陷，从而提供一种混合动力车辆的整车集成预热系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种混合动力车辆的整车集成预热系统，包括：
发动机循环子系统，其上设有首尾循环连接的发动机本体和散热器，发动机循环上还设置有第一储热件，第一储热件并联安装在发动机本体两端；
动力设备循环子系统，其上设有依次连接的第二储热件、动力单元、空调组件单元、散热单元，且散热单元的出口端与第二储热件的入口端连通；
发动机本体与第二储热件靠近设置，以使发动机本体与第二储热件之间发生热交换。
可选地，还包括第三储热件，发动机循环上发动机本体的出口端连接有尾气支路，第三储热件的供热管路连接在尾气支路上，第三储热件的取热管路连接在动力设备循环子系统内。
可选地，第三储热件的取热管路设于第二储热件与动力单元之间。
可选地，动力设备循环子系统内还安装有主动加热储热单元。
可选地，第二储热件与动力单元之间设置有辅助管路，辅助管路与散热单元连通。
可选地，散热单元包括并联设置的散热管路和旁通管路，散热管路上安装有散热件，旁通管路与主动进气格栅靠近设置。
可选地，动力单元包括电机组件和电池组件。
可选地，在电机组件和电池组件之间安装有一个四通阀，四通阀的另外两个阀口连通在空调组件单元与散热单元之间。
可选地，第二储热件与发动机之间安装有吹风组件。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的混合动力车辆的整车集成预热系统，包括：发动机循环子系统，其上设有首尾循环连接的发动机本体和散热器，发动机循环上还设置有第一储热件，第一储热件并联安装在发动机本体两端；动力设备循环子系统，其上设有依次连接的第二储热件、动力单元、空调组件单元、散热单元，且散热单元的出口端与第二储热件的入口端连通；发动机本体与第二储热件靠近设置，以使发动机本体与第二储热件之间发生热交换。
混合动力车辆的整车集成预热系统可分为三种不同预热模式：发动机单独预热、动力设备单独预热以及发动机－动力设备联合预热。在发动机需要单独工作时，启动发动机单独预热模式，冷媒介质从第一储热件中取热后流动到发动机处，对发动机进行加热升温后流回到第一储热件中。在发动机本体预热到目标工作温度后开始正常工作时，冷媒介质吸收发动机本体工作产生的热量流回到第一储热件中，对热量进行储存，在第一储热件中储存的热量达到预定值时，关闭第一储热件的进出口，使得发动机本体产生的热量直接从散热器中散发掉。同时由于发动机本体与第二储热件靠近设置，发动机本体在工作时散发的热量能够被第二储热件吸收。在动力设备需要单独工作时，启动动力设备单独预热模式，冷媒介质从第二储热件中取热后流动到动力单元处，对动力单元内的动力设备进行预热。待动力设备达到目标温度后即可正常工作，冷媒介质此时可吸收动力设备工作时产生的热量储存在第二储热件中，以供动力设备下次启动时使用。在发动机和动力设备均需要启动工作时，在冷车启动前进入发动机－动力设备联合预热模式，通过冷媒介质分别在发动机循环子系统和动力设备循环子系统中流动分别对发动机和动力设备进行预热，同时当发动机本体预热完成后，可将其多余的热量输送给第二储热件，用于辅助对动力设备进行预热，缩短预热时间。混合动力车辆的整车集成预热系统通过设置第一储热件和第二储热件，并利用第二储热件与发动机本体进行联动，使得在发动机本体或动力设备启动前，即可通过第一储热件或第二储热件对其进行预热，能够保证在发动机本体或动力设备在启动前即可完成预热，达到目标温度后即可直接工作，能够缩短冷车启动的预热时长，还能够有效避免动力设备未达到允许工作温度前直接启动工作对自身进行预热的情况，延长动力设备的使用寿命。
2.本发明提供的混合动力车辆的整车集成预热系统，还包括第三储热件，发动机循环上发动机本体的出口端连接有尾气支路，第三储热件的供热管路连接在尾气支路上，第三储热件的取热管路连接在动力设备循环子系统内。通过设置第三储热件对发动机本体尾气中的余热进行吸收后储存，避免由于车辆启动时间较短导致的第二储热件中储热不足，保证动力设备循环子系统中拥有足够的热量将动力设备预热到目标工作温度，同时对尾气中的废热进行回收利用。
3.本发明提供的混合动力车辆的整车集成预热系统，动力设备循环子系统内还安装有主动加热储热单元。通过设置主动加热储热单元，对动力设备循环子系统进行主动加热，能够完全避免子系统中储存的热量不足时导致的动力设备无法被预热到目标工作温度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施方式中提供的混合动力车辆的整车集成预热系统的示意图。
附图标记说明：1、散热器；2、第一储热件；3、发动机本体；4、第二储热件；5、主动进气格栅；6、电机散热件；7、换热器芯体；8、电池水泵；9、动力电池；10、电机本体；11、电机水泵；12、第一三通阀；13、第二三通阀；14、第三三通阀；15、四通阀；16、电磁加热储热装置；17、第三储热件。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示为本实施例提供的一种混合动力车辆的整车集成预热系统，包括：联动设置的发动机循环子系统和动力循环子系统。
发动机循环子系统上设有首尾循环连接的发动机本体3和散热器1，发动机循环上还设置有第一储热件2，第一储热件2并联安装在发动机本体3两端。发动机循环上发动机本体3的出口端连接有尾气支路，在尾气支路上连接有第三储热件17的供热管路，第三储热件17的取热管路连接在动力设备循环子系统内。
动力设备循环子系统上设有依次连接的第二储热件4、动力单元、空调组件单元、散热单元，且散热单元的出口端与第二储热件4的入口端连通。第三储热件17的取热管路设于第二储热件4与动力单元之间。动力设备循环子系统上在第三储热件17与动力单元之间安装有作为主动加热储热单元的电磁加热储热装置16(EHS)。当第二储热件4和第三储热件17中的热量不足时，而此时整车核心部件需要快速、及时预热，则可启动此电磁加热储热装置16(EHS)，避免因为预热不足，从而影响整车的正常工作，使车内各部件在最佳的温度范围下工作。
动力单元包括电机组件和电池组件。电机组件包括依次连接的电机本体10、电机控制系统和电机水泵11，电池组件包括动力电池9、电池管理系统和电池水泵8。空调组件通过换热器芯体7与动力设备循环子系统联动工作，即空调组件的换热器芯体7安装在动力设备循环子系统中。第二储热件4和第三储热件17安装在动力设备循环子系统上，用于将发动机本体3在工作过程中产生的多余热量进行储存，主要用于给发动机本体3、电机本体10、动力电池9进行预热，从而最大限度的利用了发动机本体3的废热。散热单元包括并联设置的散热管路和旁通管路，散热管路上安装有电机散热件6，旁通管路与主动进气格栅5靠近设置。主动进气格栅5主要用于提高发动机本体3对动力电池9和电机本体10的暖机速度。
发动机本体3与第二储热件4靠近设置，以使发动机本体3与第二储热件4之间发生热交换。为了提升发动机本体3与第二储热件4之间的热交换能力，第二储热件4与发动机本体3之间安装有作为吹风组件的风扇。且在本实施例中，第一储热件2、第二储热件4和第三储热件17均为复合相变换热储热器，其中相变材料选用十水合硫酸钠。
为了精准控制不同回路工作，同时节省管路布置，在混合动力车辆的整车集成预热系统中还布置有多个阀门。
发动机循环子系统内发动机本体3与散热器1之间安装有第一三通阀12，第一储热件2的出口端连接在第一三通阀12的另一阀口，当发动机本体3启动前处于一定温度范围内时，第一三通阀12的右侧阀口和下侧阀口打开，发动机处于小循环状态，通过第一储热件2对发动机本体3进行预热，为了使发动机本体3尽快预热完毕，当发动机本体3温度升高到一定的温度值时，发动机本体3启动，第一三通阀12的左方阀口也同时打开，一部分冷媒介质进入发动机大循环回路中，通过散热器1进行散热，另一部分冷媒介质仍然在发动机小循环中。
在动力设备循环子系统内，第三储热件17与电磁加热储热装置16之间安装有第三三通阀14，第三三通阀14的另一阀口上连接有辅助管路，辅助管路另一端安装有第二三通阀13，第二三通阀13的另外两个阀口分别与散热管路和旁通管路连通。在电机水泵11和动力电池9之间安装有一个四通阀15，四通阀15的另外两个阀口分别与电池水泵8的出口端以及辅助管路连通。当动力电池9需要预热时，使得四通阀15上下两个阀口打开连通，左右两个阀口打开连通，当动力电池9无需预热时，使四通阀15右侧和上侧的阀口打开并连通。
混合动力车辆的整车集成预热系统主要包括三种工作模式：发动机单独作模式，电机单独工作模式，发动机－电机联合工作模式。
发动机单独工作模式：发动机本体3在冷车启动前需要进行预热，发动机循环子系统预热回路开启，动力设备循环子系统预热回路关闭，在此过程中可以利用设置于发动机大、小循环回路中的第一储热件2释放热量来优先预热发动机本体3。当发动机本体3预热到允许工作温度0℃以后，第一储热件2继续释放热量预热发动机本体3至目标工作温75℃后停止预热，为加快发动机本体3的预热速度，可在此阶段选择发动机本体3启动工作配合第一储热件2对自身进行预热。
电机单独工作模式：电机本体10在冷车启动之前也需要进行预热，此时发动机循环子系统预热回路关闭，动力设备循环子系统预热回路开启，可以利用第二储热件4和第三储热件17中的热量进行预热，若第二储热件4和第三储热件17中的热量不足，则可以协同电磁加热储热装置16进行工作，使电机本体10和动力电池9优先达到允许工作温度0℃，然后根据整车启动时间以及各核心部件在工作时的目标温度，智能控制第二储热件4、第三储热件17以及电磁加热储热装置16是否需要继续工作释放热量，使电机本体10、动力电池9达到目标工作温度25℃。
发动机－电机联合工作模式：发动机本体3和电机本体10在冷车启动之前需要同时进行预热，此时发动机循环子系统预热回路和动力设备循环子系统预热回路同时开启，发动机本体3通过设置于发动机大、小循环回路中的第一储热件2释放热量来进行预热，使发动机达到目标工作温度75℃。电机本体10、动力电池9同样通过第二储热件4和第三储热件17中储存的热量进行预热，预热电机、电池达到允许工作温度0℃。若第二储热件4和第三储热件17中热量不足时，则可以同时启动电磁加热储热装置16协同工作，然后根据整车启动时间来判断，是否需要继续预热，使电机本体10、动力电池9达到目标工作温度25℃。
混合动力车辆的整车集成预热系统可实现发动机本体3废热能量的最大限度利用。第一储热件2、第二储热件4和第三储热件17可充分吸收发动机本体3工作时产生的多余热量，当发动机本体3、电机本体10、动力电池9需要预热时，所储存的热量通过合理调控释放可有效提高能量利用率。在低温环境下，充分利用第二储热件4和第三储热件17的热量对核心部件进行预热，如果热量不够或需要快速预热，则可同时利用储存的热量与电磁加热储热装置16进行协同工作，使车内各部件处于最佳工作温度范围内，能够有效避免动力设备未达到允许工作温度前直接启动工作对自身进行预热的情况，延长动力设备的使用寿命。混合动力车辆的整车集成预热系统还可实现基于优先级控制的核心部件预热模式切换。以允许工作温度、目标工作温度的限值为依据，通过智能切换来实现不同循环管路的工作模式及其合理预热，其主要分为三种：发动机单独工作，电动机单独工作，发动机与电动机联合工作，从而拓宽了此混合动力车辆热管理系统的应用范围。同时为达到预热温度的准确性与稳定性，通过构建整车热管理系统的逻辑门限控制与发动机热管理系统的协同控制策略，可根据不同的目标温度要求，来判断是否需要快速预热启动及其工作时间，防止预热过度造成资源浪费以及预热不足造成热管理效果不佳。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种混合动力车辆的整车集成预热系统，其特征在于，包括：
发动机循环子系统，其上设有首尾循环连接的发动机本体（3）和散热器（1），所述发动机循环子系统上还设置有第一储热件（2），所述第一储热件（2）并联安装在所述发动机本体（3）两端；
动力设备循环子系统，其上设有依次连接的第二储热件（4）、动力单元、空调组件单元、散热单元，且所述散热单元的出口端与所述第二储热件（4）的入口端连通；
所述发动机本体（3）与所述第二储热件（4）靠近设置，以使所述发动机本体（3）与所述第二储热件（4）之间发生热交换，发动机本体（3）和动力单元均需要启动工作时，在冷车启动前进入发动机-动力设备联合预热模式，通过冷媒介质分别在发动机循环子系统和动力设备循环子系统中流动分别对发动机本体和动力单元进行预热，同时当发动机本体预热完成后，将其多余的热量输送给第二储热件（4）。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆的整车集成预热系统，其特征在于，还包括第三储热件（17），所述发动机循环上所述发动机本体（3）的出口端连接有尾气支路，所述第三储热件（17）的供热管路连接在所述尾气支路上，所述第三储热件（17）的取热管路连接在所述动力设备循环子系统内。
3.根据权利要求2所述的混合动力车辆的整车集成预热系统，其特征在于，所述第三储热件（17）的取热管路设于所述第二储热件（4）与所述动力单元之间。
4.根据权利要求1至3任一项所述的混合动力车辆的整车集成预热系统，其特征在于，所述动力设备循环子系统内还安装有主动加热储热单元。
5.根据权利要求1至3任一项所述的混合动力车辆的整车集成预热系统，其特征在于，所述第二储热件（4）与所述动力单元之间设置有辅助管路，所述辅助管路与所述散热单元连通。
6.根据权利要求4所述的混合动力车辆的整车集成预热系统，其特征在于，所述第二储热件（4）与所述动力单元之间设置有辅助管路，所述辅助管路与所述散热单元连通。
7.根据权利要求1至3任一项所述的混合动力车辆的整车集成预热系统，其特征在于，所述散热单元包括并联设置的散热管路和旁通管路，所述散热管路上安装有散热件，所述旁通管路与主动进气格栅（5）靠近设置。
8.根据权利要求1至3任一项所述的混合动力车辆的整车集成预热系统，其特征在于，所述动力单元包括电机组件和电池组件。
9.根据权利要求8所述的混合动力车辆的整车集成预热系统，其特征在于，在所述电机组件和所述电池组件之间安装有一个四通阀（15），所述四通阀（15）的另外两个阀口连通在所述空调组件单元与所述散热单元之间。
10.根据权利要求1至3任一项所述的混合动力车辆的整车集成预热系统，其特征在于，所述第二储热件（4）与所述发动机本体之间安装有吹风组件。
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