CN114776432B - 余热回收控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种余热回收控制系统，包括发动机水循环回路、驱动电机水循环回路以及温差发电器，发动机水循环回路包括依次首尾连接的第一副水箱、高温散热器、第一电子水泵、发动机、暖芯、油冷器以及排气余热回收器，驱动电机水循环回路包括依次首尾连接的电池包、逆变器、第二副水箱、第二电子水泵、低温散热器、电机控制器以及驱动电机，温差发电器的热端连接在发动机与高温散热器之间，温差发电器的冷端连接在逆变器与电机控制器之间。本申请提供的余热回收控制系统能够在温差发电器的两端形成稳定的温差，并获得稳定的电压输出，再通过逆变器升压到一定的电压值后，可直接将电能储存在电池包中或者直接用于电机驱动。

Description

余热回收控制系统

技术领域

本发明涉及混合动力汽车技术领域，特别涉及一种余热回收控制系统。

背景技术

随着人们的环保意识逐渐增强，在当前的“碳达峰”和“碳中和”背景下，如何降低汽车发动机的碳排放，并提升发动机的热效率已经成为各个汽车主机厂的重点研究方向。

其中，现有的汽车发动机燃油燃烧所产生的热量约有1/3通过排气管排出，约有1/3通过发动机缸体及水管传递到冷却系统，并通过冷却系统强制风冷将这些热量传递到大气中。现有技术虽然会采用排气余热回收的方式来给发动机冷机加热，但仅仅只能在发动机冷启动时，用于提升暖机的速率，降低发动机的原始排放，当发动机热机以后，排气余热回收功能即会停止，从而导致余热利用效率较低。另外，现有技术虽然还会利用排气余热进行温差发电，但控制方式较为简单，成本较高，同时并没有利用发动机的余热，进而使得余热的综合利用率较低，增加了汽车的使用能耗。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种余热回收控制系统，以解决现有技术对余热的综合利用率较低，导致增加了汽车使用能耗的问题。

本发明实施例一方面提出了一种余热回收控制系统，包括发动机水循环回路、驱动电机水循环回路以及温差发电器，所述发动机水循环回路包括依次首尾连接的第一副水箱、高温散热器、第一电子水泵、发动机、暖芯、油冷器以及排气余热回收器，所述驱动电机水循环回路包括依次首尾连接的电池包、逆变器、第二副水箱、第二电子水泵、低温散热器、电机控制器以及驱动电机，所述温差发电器的热端连接在所述发动机与所述高温散热器之间，所述温差发电器的冷端连接在所述逆变器与所述电机控制器之间。

本发明的有益效果是：通过设置发动机水循环回路以及驱动电机水循环回路，与此同时，将温差发电器设置在发动机水循环回路与驱动电机水循环回路之间。在实际的工作过程中，发动机水循环回路内产生的余热能够用于发动机冷启动时，给发动机升温，加热回路元件，对应的，驱动电机水循环回路内产生的余热能够用于电机、电控元件的加热，以及暖风取暖等，与此同时，由于发动机水循环回路的温度较高，驱动电机水循环回路的温度相对较低，从而能够在温差发电器的两端形成稳定的温差，并获得稳定的电压输出，再通过逆变器升压到一定的电压值后，可直接供给电池包充电，将电能储存在电池包中或者直接用于电机驱动。

优选的，所述发动机水循环回路还包括第一三通阀，所述第一三通阀的一端与所述发动机的输出端连接，一端与所述温差发电器连接，另一端通过EGR 与所述暖芯连接。

优选的，所述发动机水循环回路还包括第二三通阀，所述第二三通阀的一端与所述排气余热回收器连接，一端与所述第一电子水泵连接，另一端与所述温差发电器连接。

优选的，所述发动机水循环回路还包括变速箱以及电子油泵，所述油冷器与所述电子油泵连接，所述电子油泵与所述变速箱连接，所述变速箱与所述油冷器连接。

优选的，所述驱动电机水循环回路还包括第三三通阀，所述第三三通阀的一端与所述电机控制器连接，一端与所述温差发电器连接，另一端与所述低温散热器连接。

优选的，所述驱动电机水循环回路还包括第四三通阀，所述第四三通阀设于所述低温散热器与所述第三三通阀之间，所述第四三通阀的一端与所述第三三通阀连接，一端与所述第二电子水泵连接，另一端与所述低温散热器连接。

优选的，所述驱动电机水循环回路还包括第五三通阀，所述第五三通阀的一端与所述驱动电机连接，一端与所述第二副水箱连接，另一端与所述暖芯连接。

优选的，所述发动机水循环回路还包括一四通阀，所述四通阀的一端与所述第四三通阀连接，一端与所述第五三通阀连接，一端与所述高温散热器连接，另一端与所述温差发电器连接。

优选的，所述驱动电机水循环回路还包括第三电子水泵，所述第三电子水泵连接在所述第五三通阀以及所述暖芯之间。

优选的，所述温差发电器采用半导体温差发电器。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的余热回收控制系统的回路结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的余热回收控制系统中的冷启动发动机及驱动电机加热的回路结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的余热回收控制系统中的排气余热加热发动机、变速箱以及暖芯的回路结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的余热回收控制系统中的驱动电机和电机控制器的循环回路结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的余热回收控制系统中的温差发电器介入工作回路结构示意图；

图6为本发明一实施例提供的余热回收控制系统中的高温散热器介入工作回路结构示意图；

图7为本发明一实施例提供的余热回收控制系统中的高温散热器和低温散热器介入工作回路结构示意图；

图8为本发明一实施例提供的余热回收控制系统中的电子风扇介入工作回路结构示意图；

图9为本发明一实施例提供的余热回收控制系统中的驱动电机余热加热暖芯回路结构示意图；

图10为本发明一实施例提供的余热回收控制系统中的控制信号的输入输出结构框图。

附图标记：

1-第一副水箱，2-第一电子水泵，3-发动机，4-第二三通阀，5-第一三通阀， 6-排气余热回收器，7-油冷器，8-变速箱，9-电子油泵，10-暖芯，11-EGR，12- 电池包，13-逆变器，14-第三电子水泵，15-温差发电器，16-四通阀，17-高温散热器，18-电子风扇，19-第二副水箱，20-第二电子水泵，21-第五三通阀，22- 驱动电机，23-电机控制器，24-第三三通阀，25-第四三通阀，26-低温散热器。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图10，所示为本发明一实施例提供的余热回收控制系统，本实施例提供的余热回收控制系统能够在温差发电器的两端形成稳定的温差，并获得稳定的电压输出，再通过逆变器升压到一定的电压值后，可直接供给电池包充电，将电能储存在电池包中或者直接用于电机驱动。

具体的，本实施例提供的余热回收控制系统包括发动机水循环回路、驱动电机水循环回路以及温差发电器15，所述发动机水循环回路包括依次首尾连接的第一副水箱1、高温散热器17、第一电子水泵2、发动机3、暖芯10、油冷器 7以及排气余热回收器6，所述驱动电机水循环回路包括依次首尾连接的电池包 12、逆变器13、第二副水箱19、第二电子水泵20、低温散热器26、电机控制器23以及驱动电机22，所述温差发电器15的热端连接在所述发动机3与所述高温散热器17之间，所述温差发电器15的冷端连接在所述逆变器13与所述电机控制器23之间。

其中，如图1所示，需要说明的是，在所述发动机水循环回路还包括第一三通阀5，所述第一三通阀5的一端与所述发动机3的输出端连接，一端与所述温差发电器15连接，另一端通过EGR11与所述暖芯10连接。另外，在所述发动机水循环回路还包括第二三通阀4，所述第二三通阀4的一端与所述排气余热回收器6连接，一端与所述第一电子水泵2连接，另一端与所述温差发电器15 连接。

进一步的，如图1所示，需要指出的是，所述发动机水循环回路还包括变速箱8以及电子油泵9，所述油冷器7与所述电子油泵9连接，所述电子油泵9 与所述变速箱8连接，所述变速箱8与所述油冷器7连接。另外，在本实施例中，所述驱动电机水循环回路还包括第三三通阀24，所述第三三通阀24的一端与所述电机控制器23连接，一端与所述温差发电器15连接，另一端与所述低温散热器26连接。

更进一步的，在本实施例中，所述驱动电机水循环回路还包括第四三通阀 25，所述第四三通阀25设于所述低温散热器26与所述第三三通阀24之间，所述第四三通阀25的一端与所述第三三通阀24连接，一端与所述第二电子水泵 20连接，另一端与所述低温散热器26连接。

在本实施例中，如图1所示，还需要说明的是，所述驱动电机水循环回路还包括第五三通阀21，所述第五三通阀21的一端与所述驱动电机22连接，一端与所述第二副水箱19连接，另一端与所述暖芯10连接。

另外，在本实施例中，所述发动机水循环回路还包括一四通阀16，所述四通阀16的一端与所述第四三通阀25连接，一端与所述第五三通阀21连接，一端与所述高温散热器17连接，另一端与所述温差发电器15连接。

具体的，所述驱动电机水循环回路还包括第三电子水泵14，所述第三电子水泵14连接在所述第五三通阀21以及所述暖芯10之间。另外，需要说明的是，所述温差发电器15采用半导体温差发电器15。

另外，本实施例提供的余热回收控制系统在实际的工作过程中，图1为本实施例提供的完整的回路控制图，图2为本实施例提供的冷启动发动机及电机加热回路图，具体的，当控制信号输入1001的环境温度、乘员舱温度、暖芯温度、发动机出水温、变速箱油温、电机温度、电控单元温度低于一定阀值T0时，控制模块1002发出控制信号，其中，第一电子水泵2低速运行，第一三通阀5 关闭温差发电器15回路水路，ERG11水路接通，第二三通阀4全部通道打开，四通阀16关闭高温散热器17及第三电子水泵14回路，其它两个通道均打开，第五三通阀21连通第三电子水泵14，驱动电机22通道打开，连接第二副水箱 19回路断开；三通阀24连接温差发电器1516回路断开，其它两个通道打开；三通阀25全部关闭，此外，电子风扇18，第三电子水泵14，第一电子水泵20 及温差发电器15均处于不工作状态，电子油泵9处于低速运行状态；至此形成了如图2所示的回路，整个回路实现了利用排气余热给发动机3、变速箱8、暖芯10机驱动电机22、电机控制器23进行加热，使这些元件迅速升温至最佳工作温度。

因驱动电机22、电控元件22回路最佳工作温度较低，通常是小于55℃，因此当驱动电机22、电机控制器23达到最佳工作温度前，如35℃，第二三通阀4流向温差发电器15回路通道关闭，四通阀1616全部通道关闭，第五三通阀21连接第三电子水泵14通道关闭，其它两个通道打开，三通阀25连接低温散热器26通道关闭，其余两个通道打开，第一电子水泵20低速运行，从而形成两个独立的回路系统，如图3所示，为排气余热给发动机3、暖芯10、变速箱8单独进行加热，图4为驱动电机22，电机控制器23小循环回路。

当发动机3水温继续上升到设定值T1，如90℃时，第一三通阀5全开，四通阀16与温差发电器15及第三电子水泵14连接回路通道打开，其余两个通道关闭，第五三通阀21连接第三电子水泵14通道关闭，其它两个通道打开，三通阀24三个通道全部打开，形成如图5所示回路，该模式下温差发电器15启动发电，温差发电器15发出的电压经过升压器13升压到一定电压，如340V后，将电能储存在电池包12上，或者直接驱动驱动电机22运转；形成如图5所示的温差发电器15介入工作回路图。

当发动机3水温温度继续升高T2值时，四通阀16连接高温散热器17通道打开，同时排气余热回收器6停止工作，即不再给水路加热，形成如图6所示的发动机散热器回路，温差发电器15继续发电，温差发电器15发出的电压经过升压器13升压到一定电压，如340V后，将电能储存在电池包12上，或者直接驱动驱动电机22运转。

此外当驱动电机22，电机控制器23温度继续上升到T3时，三通阀25连接低温散热器即三通阀24通道打开，另外一个通道关闭，形成了图7所示驱动电机22、电机控制器23散热回路，该回路温差发电器15继续发电，温差发电器15发出的电压经过升压器13升压到一定电压，如340V后，将电能储存在电池包12上，或者直接驱动驱动电机22运转，且该模式下第一电子水泵2，第一电子水泵20会根据回路不同的温度调整不同的转速；另外，为了获得更高的发电效率，该回路可以提前打开，使得温差发电器15的温差更大。

当发动机3水温到达T4或者第一电子水泵2、电机控制器23回路温度到达 T5时，启动电子风扇18，且电子风扇18转速根据发动3水温及者电机2、电控元件回路温度可闭环控制(PID控制)，形成图8所示回路；该回路温差发电器15继续发电，温差发电器15发出的电压经过升压器13升压到一定电压，如340V 后，将电能储存在电池包12上，或者直接驱动驱动电机22运转；

当车辆处于纯电动运行时，即发动机3不工作时，当暖风温度低于T6时，第二三通阀4连接第一电子水泵2通道关闭，其余两个通道打开，第一三通阀5 全部通道关闭，四通阀16谅解高温散热器17及第三电子水泵14通道关闭，其余两个通道打开，第五三通阀21连接副水箱19通道关闭，其余两个通道打开，三通阀24连接温差发电器15通道关闭，其它两个通道打开，三通阀25全部通道关闭，排气余热回收器6不工作，温差发电器15也不工作，形成了图10所示电机余热供给暖芯加热回路。

本实施例提供的所有阀门、电子水泵及电子风扇的工作状态均是由控制模块1002控制，采用本发明的余热回收控制系统的发动机的油耗可降低约7％，发动机效率可提升约1％，续航里程可以提升20％。

需要说明的是，上述的实施过程只是为了说明本申请的可实施性，但这并不代表本申请的电解液循环系统只有上述唯一一种实施流程，相反的，只要能够将本申请的电解液循环系统实施起来，都可以被纳入本申请的可行实施方案。

综上所述，本发明上述实施例当中的能够在温差发电器的两端形成稳定的温差，并获得稳定的电压输出，再通过逆变器升压到一定的电压值后，可直接供给电池包充电，将电能储存在电池包中或者直接用于电机驱动。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种余热回收控制系统，其特征在于：包括发动机水循环回路、驱动电机水循环回路以及温差发电器，所述发动机水循环回路包括依次首尾连接的第一副水箱、高温散热器、第一电子水泵、发动机、暖芯、油冷器以及排气余热回收器，所述驱动电机水循环回路包括依次首尾连接的电池包、逆变器、第二副水箱、第二电子水泵、低温散热器、电机控制器以及驱动电机，所述温差发电器的热端连接在所述发动机与所述高温散热器之间，所述温差发电器的冷端连接在所述逆变器与所述电机控制器之间；

所述发动机水循环回路还包括第一三通阀，所述第一三通阀的一端与所述发动机的输出端连接，一端与所述温差发电器连接，另一端通过EGR与所述暖芯连接；所述发动机水循环回路还包括第二三通阀，所述第二三通阀的一端与所述排气余热回收器连接，一端与所述第一电子水泵连接，另一端与所述温差发电器连接；所述驱动电机水循环回路还包括第三三通阀，所述第三三通阀的一端与所述电机控制器连接，一端与所述温差发电器连接，另一端与所述低温散热器连接；所述驱动电机水循环回路还包括第四三通阀，所述第四三通阀设于所述低温散热器与所述第三三通阀之间，所述第四三通阀的一端与所述第三三通阀连接，一端与所述第二电子水泵连接，另一端与所述低温散热器连接；所述驱动电机水循环回路还包括第五三通阀，所述第五三通阀的一端与所述驱动电机连接，一端与所述第二副水箱连接，另一端与所述暖芯连接；所述发动机水循环回路还包括一四通阀，所述四通阀的一端与所述第四三通阀连接，一端与所述第五三通阀连接，一端与所述高温散热器连接，另一端与所述温差发电器连接。

2.根据权利要求1所述的余热回收控制系统，其特征在于：所述驱动电机水循环回路还包括第三电子水泵，所述第三电子水泵连接在所述第五三通阀以及所述暖芯之间。

3.根据权利要求1所述的余热回收控制系统，其特征在于：所述温差发电器采用半导体温差发电器。