CN114953975A - 一种电动车余热回收系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动车余热回收系统，设置余热回收模块，利用在车辆启动初期，电机发热要快于电池的原理，将电机的余热导入电池循环系统，达到在低温工况下加快提升电池温度的效果；所述余热回收模块是利用四通阀，三通阀及若干冷却管的组合，在整车VCU控制下，将电驱水路中的冷却水适时引入到电池水路中去，当电池达到最佳工作温度后，切断两个回路的连接，热交换停止；四通阀将动力电机热管理回路和动力电池热管理回路连接起来；使得动力电机输出的冷却液进入到动力电池中；三通阀将动力电机冷却回路短接；本发明可在低温工况下，将电驱的热量传递给电池，使电池快速升温，提高放电效率，达到提高电动乘用车低温工况下续航能力的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动车余热回收系统。
背景技术
纯电乘用车的续航性能，为目前电动车最重要的性能指标之一，也是影响用户电动车驾乘感受的最重要因素。
制约电动车的续航性能的因素包含电池电量、车辆耗电率，车辆工况，及温度对电池放电率的影响等因素。
电芯能量密度，以及电池所包含电芯数量决定了电池包的容量。前者受制于业内技术限制，后者受制于车辆尺寸，及成本的制约。在现有车辆上提升的可能性不大。车辆工况，取决于驾乘者的使用情境，无法制约。而降低车辆耗电率，以及提升电池放电率这两个技术途径，为目前电动车研发领域除电池扩容以外提升车辆续航的两个主要路径。在北方地区冬季，低温对电池放电效率的影响，使得电动车续航缩水明显，为目前业内共同面临的一大难题。正常的温度在25-35度充放电最好，当温度降低，锂电池内阻会加大，电化学反应速度会随之放慢，极化内阻迅速增加，电池放电容量和放电平台下降，影响电池功率和能量的输出。
通过国内外近10年，累计53款新能源汽车的低温衰减数据表明，2012～2021年期间，新能源汽车的低温续驶里程保持率平均值及分布范围并未发生显著变化。
由此可见。在低温工况下，若通过整车热管理手段迅速提升电池温度，就可增大其放电效率，增大续驶里程。
常规解决方案，是利用电动车上的直流PTC加热器(PositiveTemperatureCoefficient)加热冷却液，通过热交换将热量传递到电池水循环回路中，以达到电池升温的效果。此种模式为利用电池的电能给自身加热，耗电量较高。
还有一部分车企，电池的热管理介质为冷媒，利用热泵及热管理模块调节电池温度。但是此方案为全新平台的整体架构设计，对固有平台的升级优化借鉴意义不大。
CN201711408200.0提供了一种余热回收系统和余热回收方法，用于对硫磺回收工艺中的贫液进行余热回收，该余热回收系统包括气体吸收单元、溶剂再生单元和余热回收单元。气体吸收单元采用溶剂对气体进行吸收而形成富液。溶剂再生单元用于对富液进行溶剂再生而形成贫液，溶剂再生单元与气体吸收单元流体连接，而形成贫液流线和富液流线。余热回收单元设置于贫液流线上，溶剂再生单元输出的贫液输送至余热回收单元进行余热回收，以将贫液的热能部分地转化为溶剂再生单元中的热能。本发明的余热回收系统能够充分回收硫磺回收工艺中贫液的低温余热，将贫液的低品位热能转化为系统内部的能量，提高了能量的利用率，降低了生产成本。本次申请的专利为电动车的一种余热回收装置，将电驱的废热提供给电池。而这个专利为硫磺回收工艺中的贫液余热回收。二者不一样。
CN215373617U本发明提供了一种可模块化的余热回收装置，及应用该种余热回收装置的模块式余热回收系统；由多个相同规格构造的模块化余热回收箱及垂直废水管、水平废水管、垂直净水管及水平净水管等标准化管道连通件组成余热回收装置；由废水提升泵、脉冲精密固废过滤器、多个前述的余热回收装置与高压反冲洗储水罐、高压清洗水泵、净水提升泵等组成模块式余热回收系统。本发明技术方案具有标准化模块设计，易拆洗、易清洁、易拼装等特征，大大提升了设备的使用安装扩充的灵活性，同时具有较高的热交换效率且工作性能稳定、故障率低，无需人工清洗等优点。本次申请的专利为电动车的一种余热回收装置，将电驱的废热提供给电池。而这个专利所说的模块化的余热回收装置，为应用废水余热回收方向的系统。与本专利在应用场景，原理，模块工造均有不同。
CN210122042U本实用新型涉及一种电动车余热回收系统，包括中间换热器、送风通道及位于送风通道内的室内冷凝器和蒸发器；所述室内冷凝器的第一输出管路还通过一三通阀分别与所述蒸发器的第二输入管路或中间换热器的第一通路的输入侧连通，且三通阀与中间换热器之间的管路上还设有串联设置的膨胀阀，中间换热器的第一通路的输出侧通过管路与所述蒸发器的第二输出管路连通；所述中间换热器的第二通路通过管路及双通道三通阀分别与电池水循环管路或电机水循环管路连通；本实用新型结构设计合理，在传统带电池冷却的热泵系统基础上，通过增加制冷剂和水路两组切换回路，实现热泵工况下对电机余热的回收，提高了热泵系统效率，提升了电动汽车的续航里程。本次申请的专利为在电机电池冷却回路中，通过三通阀，及四通阀的使用及管路的变化，将电驱回路中快速升温的冷却液导入到电池，达到将电机的热量传递到电池的效果。
而这个检索的专利所述的余热回收热泵系统是在传统热泵循环系统上实现的。通过冷媒管路的变化，实现将将电机余热回收到制冷系统内，实现给室内供暖的效果。
二者虽为应用在电动车上的余热回收，但是原理，方案，机构均不相同。
综上：对于专利文献1，文献2中公开的余热回收系统，其应用领域、基本原理原本方案不一致。文献3中的余热回收方案，虽然与本专利方案均为在电动车上应用，但前者为基于传统热泵原理(风冷PTC)，以冷媒为介质将电驱的热量导入空调系统，后者为非热泵平台(水暖PTC)，通过回收系统将电驱的热量传递到电池，二者原理，实现机构均不相同。
发明内容
本发明提供了一种电动车余热回收系统。本发明设计的余热回收模块，是利用在车辆启动初期，电机发热要快于电池的原理，将电机的余热导入电池循环系统，达到在低温工况下加快提升电池温度的效果。此模块利用四通阀，三通阀及若干冷却管的组合，在整车VCU控制下，将电驱水路中的冷却水适时引入到电池水路中去。当电池达到最佳工作温度后，切断两个回路的连接，热交换停止。此模块主体布置于风扇后侧，占用空间小，可在车辆设计阶段进行配置，也易于现有电动车平台布置。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：
一种电动车余热回收系统，其特征在于：
设置余热回收模块，利用在车辆启动初期，电机发热要快于电池的原理，将电机的余热导入电池循环系统，达到在低温工况下加快提升电池温度的效果；所述余热回收模块是利用四通阀，三通阀及若干冷却管的组合，在整车VCU控制下，将电驱水路中的冷却水适时引入到电池水路中去，当电池达到最佳工作温度后，切断两个回路的连接，热交换停止。
进一步地，所述四通阀将动力电机热管理回路和动力电池热管理回路连接起来。
进一步地，通过所述四通阀的控制，使得动力电机输出的冷却液进入到动力电池中。
进一步地，所述三通阀将动力电机冷却回路短接，即电动机输出的高温冷却液不通过散热器降温，直接进入循环系统中。
进一步地，所述四通阀和三通阀安装在风扇后面。
进一步地，所述四通阀和三通阀按照热管理回路图，通过管路将电驱，电池回路连接起来，在风扇后部空间形成一套集中的余热回收系统模块，为车辆实现余热回收功能。
进一步地，所述四通阀的型号为电子四通水阀。
进一步地，所述三通阀的型号为电子三通水阀。
进一步地，所述余热回收模块主体布置于风扇后侧。
进一步地，所述余热回收模块在车辆设计阶段进行配置。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
本发明为一种应用于纯电动乘用车上的一种余热回收系统模块。本模块可在低温工况下，将电驱的热量传递给电池，使电池快速升温，提高放电效率，已达到提高电动乘用车低温工况下续航能力的效果。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为未加装余热回收电驱及电池热管理回路图；
图2为加装余热回收电驱及电池热管理回路图；
图3某电动车风扇后侧未加装余热回收模块示意图；
图4某电动车风扇后侧加装余热回收模块后示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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保护范围的限制。
下面结合附图对本发明作详细的描述：
1.余热回收模块对冷却回路的修改：
在无余热回收整车热管理系统(图1)，动力电机热管理回路(A回路)与动力电池热管理回路(B回路)相互独立。二者不存在热量交换的情况。
加装余热回收系统模块后，利用四通阀将动力电机热管理回路(A回路)和动力电池热管理回路(B回路)连接起来。水循环走向为：动力电机输出的冷却液，通过四通阀的控制，将进入到动力电池中。同时利用三通阀将动力电机冷却回路短接，即电动机输出的高温冷却液不通过散热器降温，直接进入循环系统中。利用整车控制器进行控制，实现在低温工况下车辆行驶初期，达到将电驱热量引入电池，使电池快速升温，增大电池放电效率，增长续驶里程的效果(图2)。
2.余热回收系统模块的设计及在车辆上的应用
余热回收模块中需要用的四通阀与三通阀，可采用目前市面上常用的型号。
以某电动车热管理系统为例，在未加装余热回收系统模块的状态如图3。
在此电动车上加装余热回收系统模块，主要手段为在风扇后面安装四通阀和三通阀，并按照热管理回路图，通过管路将电驱，电池回路连接起来，在风扇后部空间形成一套集中的余热回收系统模块，为车辆实现余热回收功能。如图4。
由此看出，由于余热回收系统模块集中布置在风扇后侧区域，且绝大部分电动车此区域均无其他系统占用。所以，无论是在研车型的配置，还是现有车型的加装，都可行且相对便利。但是，此装置只适配于水冷电池的车型。对于风冷电池的车型(换电类车型)，则无法采用此方案。
3.实验测试验证
经实车验证，加装余热回收热管理模块，相比未加装车辆，在低温工况下，通过重复利用电机废热加热电池，电池温升至14℃；电池总放电量50.3kwh(额定放电量51kwh)，电池多放出10.21kwh，电池衰减率由54％将至43％，续驶里程增加47km。
本发明是用一种模块化设计方式，让整车实现余热回收功能。因为与余热回收功能通常为整车热管理的基础特性。且这项功能的存在与否，对整车热管理系统(机舱内)的布置形式差别很大。故本发明利用一个三通阀，和一个四通阀，以及若干管路，在风扇后面的区域形成一个“模块”。这个模块通过改变冷却循环，实现余热回收。便于配置切换(有余热回收或无)，以及此系统的加装。
是在没有余热回收功能的电动车中，增加“余热回收模块”。没有余热回收功能的电动车循环系统较为简单。有“余热回收”功能电动车循环系统相对复杂。此模块将支撑余热回收功能的硬件结构集中到一个模块中，方便车型产品的选装和升级。
图1为无余热回收的原理，图3为没有余热回收功能的循环系统硬件结构示意。图2为增加了余热回收功能的原理，图4为体现余热系统模块。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种电动车余热回收系统，其特征在于：
设置余热回收模块，利用在车辆启动初期，电机发热要快于电池的原理，将电机的余热导入电池循环系统，达到在低温工况下加快提升电池温度的效果；所述余热回收模块是利用四通阀，三通阀及若干冷却管的组合，在整车VCU控制下，将电驱水路中的冷却水适时引入到电池水路中去，当电池达到最佳工作温度后，切断两个回路的连接，热交换停止。
2.根据权利要求1所述的一种电动车余热回收系统，其特征在于：
所述四通阀将动力电机热管理回路和动力电池热管理回路连接起来。
3.根据权利要求2所述的一种电动车余热回收系统，其特征在于：
通过所述四通阀的控制，使得动力电机输出的冷却液进入到动力电池中。
4.根据权利要求3所述的一种电动车余热回收系统，其特征在于：
所述三通阀将动力电机冷却回路短接，即电动机输出的高温冷却液不通过散热器降温，直接进入循环系统中。
5.根据权利要求4所述的一种电动车余热回收系统，其特征在于：
所述四通阀和三通阀安装在风扇后面。
6.根据权利要求5所述的一种电动车余热回收系统，其特征在于：
所述四通阀和三通阀按照热管理回路图，通过管路将电驱，电池回路连接起来，在风扇后部空间形成一套集中的余热回收系统模块，为车辆实现余热回收功能。
7.根据权利要求1所述的一种电动车余热回收系统，其特征在于：
所述四通阀的型号为电子四通水阀。
8.根据权利要求1所述的一种电动车余热回收系统，其特征在于：
所述三通阀的型号为电子三通水阀。
9.根据权利要求1至8任一所述的一种电动车余热回收系统，其特征在于：
所述余热回收模块主体布置于风扇后侧。
10.根据权利要求9所述的一种电动车余热回收系统，其特征在于：
所述余热回收模块在车辆设计阶段进行配置。
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