CN117905566A - 一种混合动力汽车协同热管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混合动力汽车的热管理技术领域，且公开了一种混合动力汽车协同热管理系统，包括：发动机冷却回路，包括发动机，所述发动机机体冷却水出口通过管路连接有发动机小循环节温器，所述发动机小循环节温器输出端通过回路C连接有高温散热器，所述高温散热器输出端通过管道连接有发动机大循环节温器，所述发动机大循环节温器输出端与发动机冷却水进口通过管道连接，所述高温散热器输出端通过管道连接有高温散热器膨胀箱；涡轮增压器冷却回路，包括汽油机涡轮增压器。本发明提供的一种热管理方案，可以通过热交换使得发动机、电机、电池等重要部件达到适宜的工作温度，大大减少排放和能量损耗。

Description

一种混合动力汽车协同热管理系统

技术领域

本发明涉及混合动力汽车的热管理技术领域，具体为一种混合动力汽车协同热管理系统。

背景技术

混合动力汽车是指车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供，通常所说的混合动力汽车，一般是指油电混合动力汽车，即采用传统的内燃机(柴油机或汽油机)和电动机作为动力源，也有的发动机经过改造使用其他替代燃料，例如压缩天然气、丙烷和乙醇燃料等。

混合动力汽车多个动力部件(发动机、电机、动力电池)的特点使其产热系统变得复杂，混合动力汽车在行驶的过程中发动机、电机、电池等重要部件难以处于适宜的工作温度，但是也增加了各部件耦合进行互补调节的可能性，因此，针对HEV车型动力部件的协同热管理系统设计具有重要的价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合动力汽车协同热管理系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种混合动力汽车协同热管理系统，包括：

发动机冷却回路，包括发动机，所述发动机机体冷却水出口通过管路连接有发动机小循环节温器，所述发动机小循环节温器输出端通过回路C连接有高温散热器，所述高温散热器输出端通过管道连接有发动机大循环节温器，所述发动机大循环节温器输出端与发动机冷却水进口通过管道连接，所述高温散热器输出端通过管道连接有高温散热器膨胀箱；

涡轮增压器冷却回路，包括汽油机涡轮增压器，所述汽油机涡轮增压器输出端通过管道连接有水空中冷器，所述水空中冷器通过管道连接在汽油机涡轮增压器输入端；

电池预热回路，包括动力电池，所述动力电池输出端通过管路连接有预热器，所述预热器输出端与动力电池输入端通过管路连接，所述发动机机体冷却水出口与预热器输入端通过管路连接，所述预热器输出端与发动机冷却水进口通过管路连接；

电机双预热回路，包括永磁同步电机，所述永磁同步电机输入端与预热器输出端通过管路连接，所述永磁同步电机输出端通过管路连接有电机控制器，所述电机控制器输出端与预热器通过管路连接；所述永磁同步电机输出端与汽油机涡轮增压器输入端通过管路连接，所述水空中冷器输出端与永磁同步电机输入端通过管路连接；

发动机预热回路，包括永磁同步电机和预热器以及发动机，所述永磁同步电机、预热器和发动机三者之间依次串联，永磁同步电机运行过程中的损耗，经预热器回路中的电机冷却液对发动机进行预热。

优选的，所述发动机机体冷却水出口和发动机小循环节温器之间设置有温度传感器二，所述发动机缸盖冷却水出口通过回路B与回路C相连通，所述高温散热器膨胀箱输出端通过管路与发动机大循环节温器的输入端相连通，所述高温散热器膨胀箱输出端通过管路与发动机大循环节温器和发动机冷却水进口之间的管路相连通。

优选的，所述发动机大循环节温器和发动机冷却水进口之间的管路通过回路A与发动机小循环节温器输入端相连通，所述发动机大循环节温器和发动机冷却水进口之间设置有发动机散热水泵，所述发动机小循环节温器输出端通过管道连接有发动机热交换器，所述发动机热交换器输出端通过管路与高温散热器和发动机冷却水进口之间管路相连通。

优选的，所述汽油机涡轮增压器输出端和水空中冷器之间设置有温度传感器一，所述水空中冷器输出端与汽油机涡轮增压器输入端之间设置有涡轮增压器散热水泵，所述发动机小循环节温输出端与发动机热交换器输入端之间通过管路连接，所述发动机小循环节温输出端与发动机热交换器输入端之间依次串联有电子阀二和温度传感器三。

优选的，所述动力电池左侧设置有电池冷却风扇，所述动力电池输出端和预热器输入端之间设置有电池散热水泵，所述发动机机体冷却水出口与预热器输入端之间设置有电子阀四，所述动力电池输出端和预热器输入端之间设置有电池散热节温器二，所述动力电池输出端和预热器输入端之间设置有电池散热节温器一，所述电池散热节温器一和电池换热器之间通过管路连接，所述电池散热节温器一和电池换热器之间设置有温度传感器四。

优选的，所述电机控制器输出端和预热器输入端之间依次设置有温度传感器六和电机散热水泵以及电子阀七，所述预热器输出端与永磁同步电机输入端之间设置有电子阀五，所述水空中冷器输出端和永磁同步电机输入端之间设置有电子阀一，所述电池换热器输出端与电池散热节温器二输入端通过管路连接。

优选的，所述电池换热器输出端通过管路连接有空调冷凝器，所述空调冷凝器输出端通过管路连接有膨胀阀，所述膨胀阀输出端与电池换热器输入端通过管路连接。

优选的，所述永磁同步电机输出端和汽油机涡轮增压器输入端之间设置有电子阀八，所述发动机热交换器输出端和电池换热器输入端通过管路连接，所述发动机热交换器输出端和电池换热器输入端之间设置有电子阀三。

优选的，所述永磁同步电机输出端通过管路连接有低温散热器，所述低温散热器输出端通过管路连接有低温散热器膨胀水箱。

优选的，所述低温散热器膨胀水箱输出端与永磁同步电机输入端通过管路连接，所述低温散热器膨胀水箱输出端与永磁同步电机输入端之间设置有电子阀六。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种热管理方案，可以通过热交换使得发动机、电机、电池等重要部件达到适宜的工作温度，大大减少排放和能量损耗。

附图说明

图1为本发明动力部件协同热管理系统示意图；

图2为本发明发动机及涡轮增压器独立冷却系统示意图；

图3为本发明电池预热回路示意图；

图4为本发明电机双预热回路示意图；

图5为本发明发动机预热回路示意图。

图中：1、高温散热器膨胀箱；2、发动机大循环节温器；3、发动机散热水泵；4、发动机；5、发动机小循环节温器；6、涡轮增压器散热水泵；7、电子阀一；8、水空中冷器；9、温度传感器一；10、汽油机涡轮增压器；11、温度传感器二；12、电子阀二；13、高温散热器；14、温度传感器三；15、发动机热交换器；16、电子阀三；17、电池换热器；18、空调冷凝器；19、膨胀阀；20、温度传感器四；21、电池散热节温器一；22、动力电池；23、电池冷却风扇；24、电池散热水泵；25、电池散热节温器二；26、电子阀四；27、电子阀五；28、永磁同步电机；29、电子阀八；30、电机控制器；31、温度传感器六；32、电机散热水泵；33、低温散热器；34、低温散热器膨胀水箱；35、电子阀六；36、电子阀七；37、预热器。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明提供以下技术方案：

请参阅图1-5，一种混合动力汽车协同热管理系统，包括：

发动机4冷却回路，包括发动机4，发动机4机体冷却水出口通过管路连接有发动机小循环节温器5，发动机小循环节温器5输出端通过回路C连接有高温散热器13，高温散热器13输出端通过管道连接有发动机大循环节温器2，发动机大循环节温器2输出端与发动机4冷却水进口通过管道连接，高温散热器13输出端通过管道连接有高温散热器膨胀箱1；

如图2所示汽油机的正常工作温度一般在90℃-110℃之间，故设计冷却液循环回路A、回路B、回路C，如图2所示。为进行不同温度下的散热，采用发动机大循环节温器2和发动机小循环节温器5进行回路控制，当发动机4机体冷却液的温度传感器二11检测到温度低于90℃时，两个节温器保持常闭状态同图1状态，冷却液由机体冷却水出口经回路A回到发动机散热水泵3中，只进行自然散热；当检测温度高于90℃但低于105℃时，打开发动机大循环节温器2，此时冷却液通过回路A和回路B，主要通过高温散热器13进行强制散热；当温度超过105℃时，打开发动机大循环节温器2和发动机小循环节温器5(即与图1状态相反)，此时冷却液一部分由缸盖冷却水出口流出通过回路B进行散热，另一部分由机体冷却水出口流出通过回路C进行多回路高温散热器13散热；另设计涡轮增压器进行独立系统散热，后文将利用其散热结构为电机预热。

涡轮增压器冷却回路，包括汽油机涡轮增压器10，汽油机涡轮增压器10输出端通过管道连接有水空中冷器8，水空中冷器8通过管道连接在汽油机涡轮增压器10输入端；

电池预热回路，包括动力电池22，动力电池22输出端通过管路连接有预热器37，预热器37输出端与动力电池22输入端通过管路连接，发动机4机体冷却水出口与预热器37输入端通过管路连接，预热器37输出端与发动机4冷却水进口通过管路连接；

如图3所示，当电池启动温度低于0℃时，需要对电池进行预热，当发动机4温度超过100℃后打开发动机大循环节温器2和发动机小循环节温器5，打开电池节温器一21和电池节温器二25(切换图3中4的状态)，得到电池预热系统结构等效图(如图3所示)。此时打开电子阀四26，部分冷却液经回路F与预热器37进行换热，热量转移的同时启动电池散热水泵24，动力电池22经由回路G的液体进行预热，当电池温度达到20℃后关闭电子阀四26，关闭电池节温器一21和电池节温器二25。

电机双预热回路，包括永磁同步电机28，永磁同步电机28输入端与预热器37输出端通过管路连接，永磁同步电机28输出端通过管路连接有电机控制器30，电机控制器30输出端与预热器37通过管路连接；永磁同步电机28输出端与汽油机涡轮增压器10输入端通过管路连接，水空中冷器8输出端与永磁同步电机28输入端通过管路连接；

当电机启动温度低于-20℃时，需要对电机进行预热，双预热回路(如图4所示)。

当发动机4温度超过100℃后打开发动机大循环节温器2和发动机小循环节温器5，部分发动机4冷却液通过回路F与预热器37进行换热，此时打开电子阀四26、电子阀五27和电子阀七36，则预热器37中的换热量通过电机冷却液流经回路H给电机及电机控制器30预热。

当发动机大循环节温器2和发动机小循环节温器5有一处或者均未打开时，可采用涡轮增压冷却回路进行预热，此时打开电子阀一7和电子阀八29，关闭电子阀五27和电子阀七36，部分涡轮增压器冷却液经由回路J完成对电机的预热。

发动机4预热回路，包括永磁同步电机28和预热器37以及发动机4，永磁同步电机28、预热器37和发动机4三者之间依次串联，永磁同步电机28运行过程中的损耗，经预热器37回路中的电机冷却液对发动机4进行预热；

当动力电池22温度高于0℃、荷电状态高于启动值且满足驱动功率需求时，HEV车型可以通过电机单独驱动并利用电机运行过程中的损耗，经预热器37回路中的电机冷却液对发动机4进行预热，以避免发动机4冷启动和其他预热方式带来的弊端。在该回路中发动机大循环节温器2保持关闭(同图1)，发动机小循环节温器5保持打开(切换图1中5的状态)，得到发动机4预热等效回路(如图5所示)。打开电子阀电子阀五27、电子阀七36，则电机热量经由回路H传导至预热器37，启动发动机4发动机散热水泵3并打开电子阀四26，则部分机体冷却水经由回路F为发动机4进行预热。

具体的，发动机4机体冷却水出口和发动机小循环节温器5之间设置有温度传感器二11，发动机4缸盖冷却水出口通过回路B与回路C相连通，高温散热器膨胀箱1输出端通过管路与发动机大循环节温器2的输入端相连通，高温散热器膨胀箱1输出端通过管路与发动机大循环节温器2和发动机4冷却水进口之间的管路相连通。

具体的，发动机大循环节温器2和发动机4冷却水进口之间的管路通过回路A与发动机小循环节温器5输入端相连通，发动机大循环节温器2和发动机4冷却水进口之间设置有发动机散热水泵3，发动机小循环节温器5输出端通过管道连接有发动机热交换器15，发动机热交换器15输出端通过管路与高温散热器13和发动机4冷却水进口之间管路相连通。

具体的，汽油机涡轮增压器10输出端和水空中冷器8之间设置有温度传感器一9，水空中冷器8输出端与汽油机涡轮增压器10输入端之间设置有涡轮增压器散热水泵6，发动机4小循环节温输出端与发动机热交换器15输入端之间通过管路连接，发动机4小循环节温输出端与发动机热交换器15输入端之间依次串联有电子阀二12和温度传感器三14。

具体的，动力电池22左侧设置有电池冷却风扇23，动力电池22输出端和预热器37输入端之间设置有电池散热水泵24，发动机4机体冷却水出口与预热器37输入端之间设置有电子阀四26，动力电池22输出端和预热器37输入端之间设置有电池散热节温器二25，动力电池22输出端和预热器37输入端之间设置有电池散热节温器一21，电池散热节温器一21和电池换热器17之间通过管路连接，电池散热节温器一21和电池换热器17之间设置有温度传感器四20。

具体的，电机控制器30输出端和预热器37输入端之间依次设置有温度传感器六31和电机散热水泵32以及电子阀七36，预热器37输出端与永磁同步电机28输入端之间设置有电子阀五27，水空中冷器8输出端和永磁同步电机28输入端之间设置有电子阀一7，电池换热器17输出端与电池散热节温器二25输入端通过管路连接。

具体的，电池换热器17输出端通过管路连接有空调冷凝器18，空调冷凝器18输出端通过管路连接有膨胀阀19，膨胀阀19输出端与电池换热器17输入端通过管路连接。

具体的，永磁同步电机28输出端和汽油机涡轮增压器10输入端之间设置有电子阀八29，发动机热交换器15输出端和电池换热器17输入端通过管路连接，发动机热交换器15输出端和电池换热器17输入端之间设置有电子阀三16。

具体的，永磁同步电机28输出端通过管路连接有低温散热器33，低温散热器33输出端通过管路连接有低温散热器膨胀水箱34。

具体的，低温散热器膨胀水箱34输出端与永磁同步电机28输入端通过管路连接，低温散热器膨胀水箱34输出端与永磁同步电机28输入端之间设置有电子阀六35。

在实际操作过程中，当此装置使用时，通过冷却液回路将工作中的动力部件的热量转移至预热器37中，再通过另一条回路将预热器37中的热量转移至其他动力部件。

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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种混合动力汽车协同热管理系统，其特征在于，包括：

发动机(4)冷却回路，包括发动机(4)，所述发动机(4)机体冷却水出口通过管路连接有发动机小循环节温器(5)，所述发动机小循环节温器(5)输出端通过回路C连接有高温散热器(13)，所述高温散热器(13)输出端通过管道连接有发动机大循环节温器(2)，所述发动机大循环节温器(2)输出端与发动机(4)冷却水进口通过管道连接，所述高温散热器(13)输出端通过管道连接有高温散热器膨胀箱(1)；

涡轮增压器冷却回路，包括汽油机涡轮增压器(10)，所述汽油机涡轮增压器(10)输出端通过管道连接有水空中冷器(8)，所述水空中冷器(8)通过管道连接在汽油机涡轮增压器(10)输入端；

电池预热回路，包括动力电池(22)，所述动力电池(22)输出端通过管路连接有预热器(37)，所述预热器(37)输出端与动力电池(22)输入端通过管路连接，所述发动机(4)机体冷却水出口与预热器(37)输入端通过管路连接，所述预热器(37)输出端与发动机(4)冷却水进口通过管路连接；

电机双预热回路，包括永磁同步电机(28)，所述永磁同步电机(28)输入端与预热器(37)输出端通过管路连接，所述永磁同步电机(28)输出端通过管路连接有电机控制器(30)，所述电机控制器(30)输出端与预热器(37)通过管路连接；所述永磁同步电机(28)输出端与汽油机涡轮增压器(10)输入端通过管路连接，所述水空中冷器(8)输出端与永磁同步电机(28)输入端通过管路连接；

发动机(4)预热回路，包括永磁同步电机(28)和预热器(37)以及发动机(4)，所述永磁同步电机(28)、预热器(37)和发动机(4)三者之间依次串联，永磁同步电机(28)运行过程中的损耗，经预热器(37)回路中的电机冷却液对发动机(4)进行预热。

2.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车协同热管理系统，其特征在于：所述发动机(4)机体冷却水出口和发动机小循环节温器(5)之间设置有温度传感器二(11)，所述发动机(4)缸盖冷却水出口通过回路B与回路C相连通，所述高温散热器膨胀箱(1)输出端通过管路与发动机大循环节温器(2)的输入端相连通，所述高温散热器膨胀箱(1)输出端通过管路与发动机大循环节温器(2)和发动机(4)冷却水进口之间的管路相连通。

3.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车协同热管理系统，其特征在于：所述发动机大循环节温器(2)和发动机(4)冷却水进口之间的管路通过回路A与发动机小循环节温器(5)输入端相连通，所述发动机大循环节温器(2)和发动机(4)冷却水进口之间设置有发动机散热水泵(3)，所述发动机小循环节温器(5)输出端通过管道连接有发动机热交换器(15)，所述发动机热交换器(15)输出端通过管路与高温散热器(13)和发动机(4)冷却水进口之间管路相连通。

4.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车协同热管理系统，其特征在于：所述汽油机涡轮增压器(10)输出端和水空中冷器(8)之间设置有温度传感器一(9)，所述水空中冷器(8)输出端与汽油机涡轮增压器(10)输入端之间设置有涡轮增压器散热水泵(6)，所述发动机(4)小循环节温输出端与发动机热交换器(15)输入端之间通过管路连接，所述发动机(4)小循环节温输出端与发动机热交换器(15)输入端之间依次串联有电子阀二(12)和温度传感器三(14)。

5.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车协同热管理系统，其特征在于：所述动力电池(22)左侧设置有电池冷却风扇(23)，所述动力电池(22)输出端和预热器(37)输入端之间设置有电池散热水泵(24)，所述发动机(4)机体冷却水出口与预热器(37)输入端之间设置有电子阀四(26)，所述动力电池(22)输出端和预热器(37)输入端之间设置有电池散热节温器二(25)，所述动力电池(22)输出端和预热器(37)输入端之间设置有电池散热节温器一(21)，所述电池散热节温器一(21)和电池换热器(17)之间通过管路连接，所述电池散热节温器一(21)和电池换热器(17)之间设置有温度传感器四(20)。

6.根据权利要求5所述的一种混合动力汽车协同热管理系统，其特征在于：所述电机控制器(30)输出端和预热器(37)输入端之间依次设置有温度传感器六(31)和电机散热水泵(32)以及电子阀七(36)，所述预热器(37)输出端与永磁同步电机(28)输入端之间设置有电子阀五(27)，所述水空中冷器(8)输出端和永磁同步电机(28)输入端之间设置有电子阀一(7)，所述电池换热器(17)输出端与电池散热节温器二(25)输入端通过管路连接。

7.根据权利要求6所述的一种混合动力汽车协同热管理系统，其特征在于：所述电池换热器(17)输出端通过管路连接有空调冷凝器(18)，所述空调冷凝器(18)输出端通过管路连接有膨胀阀(19)，所述膨胀阀(19)输出端与电池换热器(17)输入端通过管路连接。

8.根据权利要求3所述的一种混合动力汽车协同热管理系统，其特征在于：所述永磁同步电机(28)输出端和汽油机涡轮增压器(10)输入端之间设置有电子阀八(29)，所述发动机热交换器(15)输出端和电池换热器(17)输入端通过管路连接，所述发动机热交换器(15)输出端和电池换热器(17)输入端之间设置有电子阀三(16)。

9.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车协同热管理系统，其特征在于：所述永磁同步电机(28)输出端通过管路连接有低温散热器(33)，所述低温散热器(33)输出端通过管路连接有低温散热器膨胀水箱(34)。

10.根据权利要求9所述的一种混合动力汽车协同热管理系统，其特征在于：所述低温散热器膨胀水箱(34)输出端与永磁同步电机(28)输入端通过管路连接，所述低温散热器膨胀水箱(34)输出端与永磁同步电机(28)输入端之间设置有电子阀六(35)。