淺談某增程式輕卡余熱回收系統

李 昕

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 當前主流技術方案相關背景

目前很多車企增程式汽車采用液液換熱器對電機電控等部件的熱量進行回收，將熱量傳遞給冷卻水循環，用于發動機預熱、輔助駕艙采暖以及電池保溫等。但是，現有的很多方案，存在以下兩點老大難問題：①現有方案效率低下，熱量轉化較慢；②現有方案每套系統里面都單獨帶循環水泵，成本和布置壓力大。本系統以解決現有方案的局限性為出發點，兼顧系統更強大的兼容和拓展性能而實施。后文將對此作詳細的介紹。

2 本系統技術方案的詳細闡述

本系統在某增程式輕卡車型上搭載使用，目前樣車完成下線并正在進行相關標定。本系統通過與多通電磁閥的連接配合和控制，實現冬季駕艙的快速制熱和電池保溫，提升熱量轉換效率同時減少系統成本。同時，在夏天可以對散熱不足點進行補償散熱。

本系統的熱管理圖如圖1所示，藍色線路代表冷媒回路，黑色線路代表冷卻液回路（下文稱水路）。水路循環主要有四大塊：①電機和電控系統水路，②駕艙暖風系統水路，③發動機散熱系統水路，④電池加熱系統水路。本系統結合實際應用中各個系統的時效性進行設計，將電機和電控系統水路，駕艙暖風系統水路，發動機散熱系統水路整合為共用水路，通過電子控制的三通閥和四通閥進行切換，從而實現高效率熱傳遞和交換。

本系統有以下幾個工況，水路循環通路部分以紅線表示。

1）如圖2所示，在冬天啟動時，發動機水溫上升需要一定時間，而此時電機和電控系統已經開始工作并產生了一定熱量，此時1號三通閥連接散熱器端關閉不參與散熱，1號截止閥截止，1號四通閥和2號四通閥按圖2狀態通斷，余熱僅僅用于駕艙的采暖，水循環通過電子水泵提供動力。這種工況用于駕艙采暖優先度較高的情況，待發動機水溫上升后再切換電磁閥的通斷狀態。

圖2 余熱單獨給暖風加熱

2）如圖3所示，在冬天啟動時，發動機水溫上升需要一定時間，而此時電機和電控系統已經開始工作并產生了一定熱量，此時1號三通閥連接散熱器端關閉不參與散熱，1號截止閥截止，1號四通閥和2號四通閥按圖3狀態通斷，余熱通過液液換熱器優先給動力電池加熱，讓動力電池快速升溫到理想工況，水循環通過電子水泵提供動力，待發動機水溫上升后再切換電磁閥的通斷狀態。

圖3 余熱單獨給電池加熱

3）如圖4所示，在冬天啟動時，發動機水溫上升需要一定時間，而此時電機和電控系統已經開始工作并產生了一定熱量，此時1號三通閥連接散熱器端關閉不參與散熱，1號截止閥截止，1號四通閥和2號四通閥按圖4狀態通斷，余熱進入發動機大循環，輔助發動機快速預熱，水循環通過發動機水泵提供動力，等發動機水溫高于余熱溫度時再切換各電磁閥的通斷狀態。

圖4 余熱輔助發動機預熱

4）如圖5所示，在冬天啟動時，發動機水溫上升需要一定時間，而此時電機和電控系統已經開始工作并產生了一定熱量，此時1號三通閥連接散熱器端關閉不參與散熱，1號截止閥截止，2號三通閥截止，1號四通閥和2號四通閥按圖5狀態通斷。此時余熱可以同時給駕艙和動力電池加熱，水循環通過電子水泵提供動力，待發動機水溫上升后再切換各電磁閥的通斷狀態。

圖5 余熱給電池和駕艙同時加熱

5）如圖6所示，在夏天高溫時，各個模塊均需要散熱，此時1號三通閥如圖6所示狀態，1號截止閥打開，四通閥均關閉。對于電機電控模塊，電機散熱器開始正常工作，電子水泵工作，該模塊進行自散熱。發動機通過散熱器進行自散熱，而動力電池通過CHILLER進行散熱。

圖6 夏天各模塊自散熱

6）在夏天溫度特別高時，部分模塊如存在散熱不足的情況時，系統進入全散熱模式，即全車的散熱器均開啟并參與散熱，此時各電磁閥的狀態如圖7所示。電子水泵關閉，散熱系統水循環通過發動機水泵提供動力。暖風芯體、散熱器、電機散熱器均參與散熱。若發動機水溫過高（通常情況下，電機電控溫度低于發動機），可以調整1號四通閥和2號四通閥的狀態，啟動暖風芯體和散熱器散熱，電機電控模塊進行自散熱。具體需要根據系統的計算情況，總之，電機散熱器、散熱器、暖風芯體可以獨立工作也可以全部工作，也可以兩兩進行協同補償工作。

圖7 夏天全散熱

本系統設計一種余熱回收系統，通過電控截止閥、三通閥、四通閥的狀態，實現水路的特異性循環和水溫的自調整，使得零部件始終在最佳工況下運行。通過余熱的直接利用，提升了熱量傳遞的效率。通過水泵的間接利用，減少了水泵的個數，有效降低成本。本系統可以適應溫差更大的高溫和低溫。

3 本系統的亮點

1）本系統水路的互聯設計，水循環系統可以在1套、2套、3套之間轉換。

2）本系統水循環動力供應的設計，小循環取消獨立水泵降低成本和PPM，采用2套主水泵，通過電磁閥修改水泵服務的水路[4]。

3）本系統1號三通閥的設計，對電機散熱器實現了“短路”的控制。在不需要該散熱器時，通過類似電路系統中短路的設計，將該散熱器屏蔽，水流通過管路直接用于其他系統的加熱。

4）本系統多模式余熱回收的設計，根據發動機、駕艙、動力電池的優先級進行識別并控制電磁閥狀態。

5）本系統各種散熱模式的設計，全散熱模式，整車散熱器包括暖風芯體，全部參與散熱，用于極端高溫工況。補償散熱，用于某個零部件散熱能力不足的工況[5]。

綜上所述，本系統為某增程式商用車的余熱回收和散熱系統，冬天余熱回收，夏天散熱補償。目前搭載汽油機增程器。若搭載柴油機增程器，余熱還可用于冬天尿素解凍，系統具備一定的拓展性。

4 結束語

隨著新能源汽車的普及，商用車領域也掀起了混動和純電動的旋風。目前市面上新能源商用車BEV為主銷，部分車企已經著手于PHEV和REEV車型的開發，電池的容量基本都在15kWh以上，充電功率3kW以上。這就意味著這些車型已經采取了一些熱管理措施。不同于傳統汽車底盤三大件，新能源汽車的“三電一熱”即電池、電機、電控以及熱管理占據更重要的地位。隨著后期電池容量的增加以及充電功率的增加，如超充的引入，電池的熱負荷會大幅增加。與此同時，整車零部件和控制器的增加意味著布置空間的減小，熱害的侵擾可能比以往要更多。這些都對我們的熱管理設計提出了更大的挑戰。當然，我們也會不斷地去探索新的熱管理模式，實現技術的不斷進步。