一种电机余热利用功率估算及参数化方法与流程

1.本发明属于新能源汽车领域，涉及电机余热回收技术，具体是一种电机余热利用功率估算及参数化方法。


背景技术：

2.新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括四大类型混合动力电动汽车、纯电动汽车、燃料电池电动汽车、其他新能源汽车等。非常规的车用燃料指除汽油、柴油之外的燃料。随着环保和节能的需要，汽车能量来源逐渐从传统的化石燃料过渡到各种新能源，电机及动力电池也逐渐取代了原来的内燃机而成为新能源汽车的动力单元。
3.现有技术中，当前电机及电池的技术水平，与传统的燃油车相比，还不能兼顾人们对续航里程及空调舒适性的需求，对电机产生的余热无法精确估算，同时电机产生的余热没有加以回收利用，导致电机产生的余热白白流失和浪费，为此，我们提出一种电机余热利用功率估算及参数化方法。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种电机余热利用功率估算及参数化方法。
5.本发明所要解决的技术问题为：
6.(1)在新能源车辆中，如何实现对电机产生的余热进行精确估算；
7.(2)如何解决新能源汽车中电机余热没有加以利用，导致大量热量白白流失的问题。
8.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
9.一种电机余热利用功率估算及参数化方法，方法包括以下步骤：
10.步骤一，通过加热单元、阀组、管路、温度传感器、换热单元、旁通阀、水泵及管路中流动的冷却介质组成热管理系统，并对电机余热加以计算；
11.步骤二，设定热管理系统中电机余热利用开启的必要条件，当电机余热利用开启条件满足时，控制阀开启，使电机冷却介质回路与乘客舱冷却介质回路串联起来；
12.步骤三，若仅有乘客舱请求制热，则冷却介质从暖风芯体和旁通2流过，不经过旁通1和换热单元，若仅有电池包请求制热，冷却介质从旁通1和换热单元经过，不经过暖风芯体和旁通2；若乘客舱和电池包都请求制热时，则冷却介质从暖风芯体和换热单元经过；
13.步骤四，设定热管理系统中电机余热利用退出的必要条件，当电机余热利用不开启或者退出以及电池包和乘客都不请求制热时，控制阀关闭，电机冷却介质回路和乘客舱冷却介质回路隔开。
14.进一步地，热管理系统由加热单元、阀组、管路、温度传感器、换热单元、旁通阀、水
泵及管路中流动的冷却介质组成，热管理系统用于给乘客舱制热、电池包制热或同时给乘客舱和电池包制热。
15.进一步地，电机余热利用开启的必要条件包括：电池包请求制热或者乘客舱请求制热，或者两者同时请求制热；电机水泵在运行，并且电池包请求制热时，电池包水泵在运行或者乘客舱请求制热时，乘客舱水泵在运行；电机出口温度达到设定限值以上；通过控制阀使电机冷却介质回路与乘客舱冷却介质回路连通，或者使电机冷却介质回路与电池包冷却介质回路连通；各部件工作正常，没有故障，或者故障不影响电机余热利用。
16.进一步地，电机余热利用退出的必要条件包括：电池包没有制热请求，并且乘客舱也没有制热请求；电机出口温度与电机入口温度差低于限值并持续相应的时间；存在部件故障，影响电机余热利用的实施；当电机余热利用没有开启或者已退出，电机余热利用产生的功率为0。
17.进一步地，当电机余热利用开启的时候，电机余热利用产生的功率可抵消需要加热单元产生的部分或者全部功率。
18.进一步地，电机余热利用产生功率的估算公式具体如下：
19.q＝v
×
c
p
×
(t
出
‑
t
进
)
×
f
有效
；
20.式中，q：电机余热可利用功率；v：冷却介质体积流量；cp：冷却介质比热容；t出：电机出水口温度；t进：电机进水口温度；f有效：能够转化为乘客舱能量或电池包能量的有效功率系数。
21.进一步地，当乘客舱制热时，给定的车速、电机出口温度、环境温度条件，并且关闭加热单元的条件下，测量出用于乘客舱制热的有效功率系数，然后除以总电机余热功率，如下：
22.f
有效
＝q
有效
/q
总
；
23.式中，乘客舱制热的有效功率q
乘有效
通过公式q
乘有效
＝v
气
×
c
p气
×
(t
出风
‑
t
回风
)估算得到，式中，v
气
：进入乘客舱气体体积流量；c
p气
：空气的比热容；t
出风
：空调出风口温度，可通过布置热电偶采集；t
回风
：空调回风口温度。
24.进一步地，方法还包括以下步骤：
25.步骤s1：通过加热单元、阀组、管路、温度传感器、换热单元、旁通阀、水泵及管路中流动的冷却介质组成热管理系统，并对电机余热加以计算；
26.步骤s2：设定热管理系统中电机余热利用开启的必要条件，当电机余热利用开启条件满足时，控制阀开启，使电机冷却介质回路与电池包冷却介质回路串联起来；
27.步骤s3：当电池包请求制热而乘客舱不请求制热时，乘客舱冷却水经过暖风芯体，通过控制冷暖风门至最冷端避免乘客舱被加热；
28.步骤s4：设定热管理系统中电机余热利用退出的必要条件，当电机余热利用不开启或者退出以及电池包和乘客都不请求制热时，控制阀关闭，电机冷却介质回路和电池包冷却介质回路隔开。
29.进一步地，方法还包括以下步骤：
30.步骤ss1：通过加热单元、阀组、管路、温度传感器、换热单元、旁通阀、水泵及管路中流动的冷却介质组成热管理系统，并对电机余热加以计算；
31.步骤ss2：设定热管理系统中电机余热利用开启的必要条件，当电机余热利用开启
条件满足时，控制阀开启，使电机冷却介质回路与电池包冷却介质回路串联起来；
32.步骤ss3：若仅电池包制热请求，当电机余热利用开启条件满足时，控制阀开启，使电机冷却介质回路与电池包冷却介质回路串联起来，若电机余热不能满足制热请求，则控制加热单元和乘客舱冷却回路的控制阀开启，通过换热单元给电池包制热；
33.步骤ss4：设定热管理系统中电机余热利用退出的必要条件，当电机余热利用不开启或者退出以及电池包不请求制热时，控制阀关闭，电机冷却介质回路和电池包冷却介质回路隔开。
34.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
35.本发明通过加热单元、阀组、管路、温度传感器、换热单元、旁通阀、水泵及管路中流动的冷却介质组成热管理系统，设定热管理系统中电机余热利用开启的必要条件，当电机余热利用开启条件满足时，控制阀开启，使电机冷却介质回路与乘客舱冷却介质回路串联起来，同时还设定热管理系统中电机余热利用退出的必要条件，当电机余热利用不开启或者退出以及电池包和乘客都不请求制热时，控制阀关闭，电机冷却介质回路和乘客舱冷却介质回路隔开；
36.本发明通过热管理系统对新能源汽车中电机产生的余热进行精准估算，并将精准估算后的电机余热进行有效回收利用，电机余热回收后用于乘客舱和电池包制热，节能环保。
附图说明
37.为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
38.图1为本发明中热管理系统的系统框图；
39.图2为本发明中热管理系统中电机余热利用方式二的系统框图；
40.图3为本发明中热管理系统中电机余热利用方式三的系统框图。
具体实施方式
41.下面将结合实施例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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
42.请参阅图1
‑
图3所示，一种电机余热利用功率估算及参数化方法，方法包括以下步骤：
43.步骤一，通过加热单元、阀组、管路、温度传感器、换热单元、旁通阀、水泵及管路中流动的冷却介质组成热管理系统，并对电机余热加以计算；
44.步骤二，设定热管理系统中电机余热利用开启的必要条件，当电机余热利用开启条件满足时，控制阀开启，使电机冷却介质回路与乘客舱冷却介质回路串联起来；
45.步骤三，若仅有乘客舱请求制热，则冷却介质从暖风芯体和旁通2流过，不经过旁通1和换热单元，若仅有电池包请求制热，冷却介质从旁通1和换热单元经过，不经过暖风芯体和旁通2；若乘客舱和电池包都请求制热时，则冷却介质从暖风芯体和换热单元经过；
46.步骤四，设定热管理系统中电机余热利用退出的必要条件，当电机余热利用不开
启或者退出以及电池包和乘客都不请求制热时，控制阀关闭，电机冷却介质回路和乘客舱冷却介质回路隔开；
47.在具体实施时，本发明的实现依赖于一套由加热单元、阀组、管路、温度传感器、换热单元、旁通阀、水泵及管路中流动的冷却介质组成的热管理系统，如附图1和附图2，既可以给乘客舱制热，也可以给电池包制热，或者同时给乘客舱和电池包制热。
48.请参阅图1所示，电机余热利用方式一，当电机余热利用开启条件满足时，控制阀，使电机冷却介质回路与乘客舱冷却介质回路串联起来。此时，若仅有乘客舱请求制热，则冷却介质从暖风芯体和旁通2流过，而不经过旁通1和换热单元；若仅有电池包请求制热，冷却介质从旁通1和换热单元经过，而不经过暖风芯体和旁通2；若乘客舱和电池包都请求制热时，则冷却介质从暖风芯体和换热单元经过。由于电机冷却介质流经电机时已被加热，从而减小加热单元的功率。当电机余热利用不开启或退出时，或者电池包和乘客都不请求制热时，控制阀，使电机冷却介质回路和乘客舱冷却介质回路隔开；
49.请参阅图2所示，电机余热利用方式二，此方式与图1区别在于，暖风芯体旁没有旁通阀，当电池包请求制热而乘客舱不请求制热时，乘客舱冷却水经过暖风芯体，通过控制冷暖风门至最冷端避免乘客舱被加热。
50.请参阅图3所示，电机余热利用方式三，此方式仅用于电池包制热请求。当电机余热利用开启条件满足时，控制阀开启，使电机冷却介质回路与电池包冷却介质回路串联起来。此时，若单纯电机余热不能满足制热请求，则需要控制加热单元及乘客舱冷却回路的控制阀开启，通过换热单元给电池包制热，另外，本发明的实现并不局限于图1、图2、图3的热管理系统形式。
51.本发明电机余热利用开启的必要条件之一，电池包请求制热或者乘客舱请求制热，或者两者同时请求制热。这里提到的乘客舱请求制热包含所有需要加热单元工作的模式。
52.本发明电机余热利用开启的必要条件之二，电机水泵在运行；并且电池包请求制热时，电池包水泵在运行或者乘客舱请求制热时，乘客舱水泵在运行。
53.本发明电机余热利用开启的必要条件之三，电机出口温度达到设定限值以上，该设定限值需根据实车标定决定。
54.本发明电机余热利用开启的必要条件之四，通过控制阀使电机冷却介质回路与乘客舱冷却介质回路连通，或者使电机冷却介质回路与电池包冷却介质回路连通。
55.本发明电机余热利用开启的必要条件之五，各部件工作正常，没有故障，或者故障不至于影响电机余热利用的实施。
56.本发明电机余热利用退出的必要条件之一，电池包没有制热请求，并且乘客舱也没有制热请求。
57.本发明电机余热利用退出的必要条件之二，电机出口温度与电机入口温度差低于一定限值并持续一定时间，该限值与时间通过实际系统标定决定。
58.本发明电机余热利用退出的必要条件之三，存在相关部件故障，影响电机余热利用的实施。
59.当电机余热利用没有开启或者已退出，电机余热利用产生的功率为0。
60.当电机余热利用开启的时候，电机余热利用产生的功率可抵消需要加热单元产生
的部分或者全部功率，从而节省电池电量。本发明电机余热利用的功率估算方式可根据系统硬件配置来决定。
61.本发明提出的电机余热功率估算方式之一，如下
62.q＝v
×
c
p
×
(t
出
‑
t
进
)
×
f
有效
；
63.其中，
64.q：电机余热可利用功率；
65.v：冷却介质体积流量；
66.cp：冷却介质比热容；
67.t出：电机出水口温度；
68.t进：电机进水口温度；
69.f有效：能够转化为乘客舱能量或电池包能量的有效功率系数，该系数是车速，电机出口温度，环境温度，管路长度等因素的函数，在程序中可以用公式或者查表法计算，数值关系通过实车标定决定；
70.本发明电机余热功率估算公式变化形式均在本专利的保护范围之内；
71.本发明的实施需要将上述内容中提到的方案转换为软件程序，并运行到控制单元中，通过采集相关传感器数据，并根据热管理系统的工作模式实现余热利用的开启、退出及功率估算；
72.本发明电机余热利用系数参数化方法之一，当乘客舱制热时，在给定的车速，电机出口温度，环境温度等条件，并且关闭加热单元的条件下，测量出用于乘客舱制热的有效功率，然后除以总电机余热功率，如下：
73.f
有效
＝q
有效
/q
总
；
74.其中，乘客舱制热有效功率q
乘有效
可通过公式q
乘有效
＝v
气
×
c
p气
×
(t
出风
‑
t
回风
)估算得到；
75.其中，
76.v
气
：进入乘客舱气体体积流量；
77.c
p气
：空气的比热容；
78.t
出风
：空调出风口温度，可通过布置热电偶采集；
79.t
回风
：空调回风口温度；
80.本发明电机余热功率利用系数参数化方法之二，当乘客舱制热或电池包制热时，可在产生散热的冷却介质每管路两端布置热电偶采集冷却介质流过时，产生的温降，当有多个管路时，可同时采集计算多个管路的功率损失，然后就可以估算余热有效利用系数，具体如下：
81.q
乘有效
＝(q
总
‑
q
损1
‑
q
损2
‑
...
‑
q
损n
)/q
总
；
82.其中，
83.q
损1
至q
损n
：不同管路段的功率损失，视实际情况分解。
84.以上实际测量计算的余热功率利用系数需要转化成该测试条件下的参数值，并写进程序中，从而当程序运行到对应的条件时，就可以估算该条件下的电机余热利用功率。
85.上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。
86.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。