一种混动矿用卡车低温加热系统及控制方法与流程

1.本发明涉及混动矿用卡车技术领域，具体为一种混动矿用卡车低温加热系统及控制方法。


背景技术：

2.矿山机械中混动矿卡的普及对节能减排具有重要意义。传统矿卡燃油消耗和污染物排放量大,单纯以柴油发动机作为车辆的牵引动力，导致车辆下坡时的制动能量完全浪费。矿用卡车油电混合动力系统在将卡车下坡时产生的制动能量回收到电池里，上坡时再将电池中的能量外放，达到助推卡车上坡、减少燃油消耗的目的，即可降低油耗，还能提高驱动及制动能力，整车动力性能更好。矿山混动车型带来巨大的经济效益和社会效益,对国家节能减排战略具有巨大的助益。
3.混动矿卡及传统燃油矿卡能量来源都是燃油，发动机作为能量转换机构其效率跟整车动力性能，燃油消耗量密切关联。低温下发动机内部产生的热量较大，平时都是以散热方式直接与外空气热交换，导致热量流失，本发明利用其发热量，做成加热控制系统，用于整车电池及其他元件(或驾驶室)加热，能源充分利用，提升整车舒适性，动力性。
4.考虑严寒地区低温环境矿卡车辆正常使用的需求,在没有暖库条件下,夜间长时间低温环境停放,造成动力电池温度较低,电池无法向外部放电及无法加热自身温度，导致无法在低温启动整车,或电池充放电能力降低,导致无法满足实际使用需求,解决低温环境动力电池及整车其他元件等系列低温问题,是矿用卡车在寒冷地区推广的关键和必要条件。
5.通常矿卡动力电池都采用ptc、加热膜等电加热模式,或者使用箱外ptc加热冷却液的液冷方式，在寒冷地区低温环境下,电池能否有足够的能力给自身加热也是一大问题，且以上加热方式就算成功将电池温度提升也会耗去大量电能,造成了整车续驶里程的严重缩水,电量降低造成电池倍率性能降低，可用于放电及回收能力降低,因此,解决寒冷地区低温环境下动力电池加热问题就成了矿用卡车在寒冷地区推广的必要条件。
6.在寒冷地区使用矿用卡车，现有的矿用卡车普遍存在缺陷：
7.1)电池低温下加热耗能严重，起车时间太久，续航能力太差；
8.2)发动机热量未充分利用，直接将热量排放到空气中，造成能量损失。
9.针对上述情况，申请人发明了本低温加热系统，用于在寒冷地区为矿用卡车解决混动车型动力电池低温加热问题，提升其续航及动力性能。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于提供一种混动矿用卡车低温加热系统及控制方法，以解决上述背景技术中提出的混动车型动力电池低温加热问题，提升其续航及动力性能，可短时间完成电池加热，实现了运行过程中的能源重复利用，将发动机余热利用到其他产品加热中，实现能量节省，低碳运行。
11.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种混动矿用卡车低温加热系统，包括：
12.发动机热管理回路，其包括依次连接成回路的第一循环泵、第一液冷管、第一三通电磁阀、第五液冷管、散热器、第六液冷管、第二三通电磁阀、第四液冷管；且第一三通电磁阀另一端通过第二液冷管连接到换热器高温输入接口，第二三通电磁阀另一端通过第三液冷管连接到换热器高温输出接口；所述循环泵处设置于发动机内部，用于循环发动机热管理系统冷却液，且发动机进水口与出水口均设有温度传感器；
13.设备热管理回路，其包括依次连接成回路的第二循环泵、第八液冷管、换热器、第七液冷管；所述第八液冷管连接到换热器低温输入接口，换热器低温输出口通过第七液冷管连接到设备第二循环泵；所述循环泵处于被加热设备内部，用于循环设备热管理系统冷却液，且被加热设备的进水口与出水口均设有温度传感器；
14.控制器，其与所述温度传感器、所述三通电磁阀，所述第二循环泵电气连接，将采集到的温度信息经算法处理后编译成控制电磁阀信号，控制三通电磁阀方向及开度，根据预设好的策略控制第二循环泵启停及转速；
15.所述发动机热管理回路与所述设备热管理回路通过阀门、换热器进行流量调节和热量交换。
16.作为一种优选的技术方案，液冷管均使用耐高温且耐低温的材质制成，使得其有良好的保温性能，与外界传热效率低。
17.作为一种优选的技术方案，多个三通电磁阀均为电气控制器件，所述控制器控制其阀通向，需要换热时接通换热器部分阀门，关闭散热器管道；不需要换热时接通散热器部分阀门，关闭换热器管道，使其正常向外界散热。
18.作为一种优选的技术方案，散热器为发动机散热器，再需要散热时接入加热系统，在不需要换热系统工作时正常投入到发动机散热工作中。
19.作为一种优选的技术方案，换热器为四通道换热器件，两个高温侧接口，分别为高温输入，高温输出接到发动机热管理回路中；两个低温接口，分别为低温输入，低温输出接到其他产品热管理回路中；两组通道液体反向流动，做到换热效率最高。
20.作为一种优选的技术方案，换热方式为板式，管式或者任何一种换热结构。
21.作为一种优选的技术方案，四个接口均配置温度传感器，用于检测实际液体温度，确认换热效率。
22.作为一种优选的技术方案，被加热设备为动力电池、电机、驾驶室空调回路或整车的任何一个/多个部件。
23.一种混动矿用卡车低温加热系统的控制方法，采用了如上述权利要求1～7中任意一项所述的一种混动矿用卡车低温加热系统，其特征在于，包括以下步骤：通过温度传感器获得被加热设备进水口与出水口的温差ta，其中：
24.ta＝t5-t6；
25.通过温度传感器获得换热器高温进水口与出水口温差tb：其中：
26.tb＝t2-t3；
27.通过温度传感器获得发动机进水口与出水口温差tc：
28.tc＝t1-t4；
29.三通电磁阀开度控制公式为：
[0030][0031]
式中pi为三通电磁阀换热器端开度,控制器将开度等效为pwm占空比,输出相对应占空比控制阀门；t1为发动机出水口温度，t2为温度传感器获得换热器高温进水口温度，t3为温度传感器获得换热器高温出水口温度；t4为加热设备入水口温度，t5为被加热设备进水口温度，t6为被加热设备出水口温度，tset为设置的温度，可根据加热设备需求温度及最高温度做调整。控制器根据ta、tb、tc实际值判断系统安全及系统实际工作状态，动态调整换热系统工作时间，达到智能监控，智能判断，智能控制。
[0032]
作为一种优选的技术方案，该控制方法预置于所述混动矿用卡车低温加热系统的控制器之中，所述控制器通过该方法来控制所述混动矿用卡车低温加热系统的相关硬件以实现对混动矿用卡车的特定部件的低温加热。
[0033]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0034]
1)通过发动机热管理回路与动力电池热管理回路有效换热,提高了矿区混动型动力电池汽车的低温冷启动能力,解决了混动车型动力电池低温加热问题，提高续航及动力性能，缩短电池加热时间；
[0035]
2)设计开发了配套使用的混动矿用卡车低温加热系统的控制方法,通过发动机余热对整车各系统加温,加热液体介质传导热量至动力电池系统的方法,对动力电池、驾驶舱以及电机及其控制器进行加热，系统解决矿卡在寒冷地带低温环境下可靠使用的问题,打破新能源汽车低温环境使用难题,使矿卡新能源化普及率提供捷径。由于燃油的能量密度远高于锂离子电池,且矿区加油比充电更加便捷，低温加热过程使用油量较少；电池可不受外界环境影响,无论多么恶劣的低温环境,甚至零下40℃的极寒环境，都可以通过本发明
‑‑
发动机余热加温的方法解决矿卡车辆的可靠使用问题。
[0036]
3)将发动机余热利用到其他产品加热中，实现能量节省，低碳运行。
附图说明
[0037]
图1为本发明的混动矿用卡车低温加热系统组成框图；
[0038]
图2为本发明控制器判断加热的逻辑流程图；
[0039]
图3为本发明开度控制流程图。
具体实施方式
[0040]
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。
[0041]
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种混动矿用卡车低温加热系统，包括：
[0042]
发动机热管理回路，其包括依次连接成回路的第一循环泵、第一液冷管、第一三通电磁阀、第五液冷管、散热器、第六液冷管、第二三通电磁阀、第四液冷管；且第一三通电磁阀另一端通过第二液冷管连接到换热器高温输入接口，第二三通电磁阀另一端通过第三液冷管连接到换热器高温输出接口；所述循环泵处设置于发动机内部，用于循环发动机热管理系统冷却液，且发动机进水口与出水口均设有温度传感器；
[0043]
设备热管理回路，其包括依次连接成回路的第二循环泵、第八液冷管、换热器、第七液冷管；所述第八液冷管连接到换热器低温输入接口，换热器低温输出口通过第七液冷管连接到设备第二循环泵；所述循环泵处于被加热设备内部，用于循环设备热管理系统冷却液，且被加热设备的进水口与出水口均设有温度传感器；
[0044]
发动机热管理回路与所述设备热管理回路通过阀门、换热器进行流量调节和热量交换。
[0045]
控制器，其与所述温度传感器、所述三通电磁阀，所述第二循环泵电气连接，将采集到的温度信息经算法处理后编译成控制电磁阀信号，控制三通电磁阀方向及开度，根据预设好的策略控制第二循环泵启停及转速。
[0046]
三通电磁阀为电气控制器件，可通过控制器控制其阀通向，需要换热时接通换热器部分阀门，关闭散热器管道；不需要换热时接通散热器部分阀门，关闭换热器管道，使其正常向外界散热。温度传感器，负责监控设备内部液体各位置实时温度，将采集信息提供给控制器。
[0047]
循环泵处于被加热设备内部，用于循环设备热管理系统冷却液，一般设备进水口与出水口均设有温度传感器；被加热设备可为整车任何部件，例如动力电池，电机，驾驶室空调回路等，不局限于特定产品；液冷管均使用耐高温且耐低温的材质，有良好的保温性能，与外界传热效率不高，将所有热能传递到设备内部中，降低管道热量损耗。
[0048]
请参阅图3，本发明同时提供一种混动矿用卡车低温加热系统的控制方法。
[0049]
包括以下步骤：通过温度传感器获得被加热设备进水口与出水口的温差ta，其中：
[0050]
ta＝t5-t6；
[0051]
通过温度传感器获得换热器高温进水口与出水口温差tb：其中：
[0052]
tb＝t2-t3；
[0053]
通过温度传感器获得发动机进水口与出水口温差tc：
[0054]
tc＝t1-t4；
[0055]
三通电磁阀开度控制公式为：
[0056][0057]
式中pi为三通电磁阀换热器端开度,控制器将开度等效为pwm占空比,输出相对应占空比控制阀门；t1为发动机出水口温度，t2为温度传感器获得换热器高温进水口温度，t3为温度传感器获得换热器高温出水口温度；t4为加热设备入水口温度，t5为被加热设备进水口温度，t6为被加热设备出水口温度，tset为设置的温度，可根据加热设备需求温度及最
高温度做调整。控制器根据ta、tb、tc实际值判断系统安全及系统实际工作状态，动态调整换热系统工作时间，达到智能监控，智能判断，智能控制。该控制方法预置于所述混动矿用卡车低温加热系统的控制器之中，所述控制器通过该方法来控制所述混动矿用卡车低温加热系统的相关硬件以实现对混动矿用卡车的特定部件的低温加热。
[0058]
工作原理：请参阅图2和图3，当整车低温下启动时，控制器监控整车各产品需求，如有加热需求，当设备端入水温度t5小于设定温度tset时，加热系统开始进行工作，首先闭合循环水泵-2，再根据开度pi判定工时输出相应的开度，控制阀门进行换热。结束加热过程后，将开度ti设置为0，关闭阀门及循环泵-2，结束加热系统工作，加热完毕，整车正常投入使用。
[0059]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种混动矿用卡车低温加热系统，其特征在于，包括：发动机热管理回路，其包括依次连接成回路的第一循环泵、第一液冷管、第一三通电磁阀、第五液冷管、散热器、第六液冷管、第二三通电磁阀、第四液冷管；且第一三通电磁阀另一端通过第二液冷管连接到换热器高温输入接口，第二三通电磁阀另一端通过第三液冷管连接到换热器高温输出接口；所述循环泵处设置于发动机内部，用于循环发动机热管理系统冷却液，且发动机进水口与出水口均设有温度传感器；设备热管理回路，其包括依次连接成回路的第二循环泵、第八液冷管、换热器、第七液冷管；所述第八液冷管连接到换热器低温输入接口，换热器低温输出口通过第七液冷管连接到设备第二循环泵；所述循环泵处于被加热设备内部，用于循环设备热管理系统冷却液，且被加热设备的进水口与出水口均设有温度传感器；控制器，其与所述温度传感器、所述三通电磁阀，所述第二循环泵电气连接，将采集到的温度信息经算法处理后编译成控制电磁阀信号，控制三通电磁阀方向及开度，根据预设好的策略控制第二循环泵启停及转速；所述发动机热管理回路与所述设备热管理回路通过阀门、换热器进行流量调节和热量交换。2.根据权利要求1所述的一种混动矿用卡车低温加热系统，其特征在于，所述液冷管均使用耐高温且耐低温的材质制成，使得其有良好的保温性能，与外界传热效率低。3.根据权利要求1所述的一种混动矿用卡车低温加热系统，其特征在于，所述多个三通电磁阀均为电气控制器件，所述控制器控制其阀通向，需要换热时接通换热器部分阀门，关闭散热器管道；不需要换热时接通散热器部分阀门，关闭换热器管道，使其正常向外界散热。4.根据权利要求1所述的一种混动矿用卡车低温加热系统，其特征在于，所述散热器为发动机散热器，再需要散热时接入加热系统，在不需要换热系统工作时正常投入到发动机散热工作中。5.根据权利要求1所述的一种混动矿用卡车低温加热系统，其特征在于，所述换热器为四通道换热器件，两个高温侧接口，分别为高温输入，高温输出接到发动机热管理回路中；两个低温接口，分别为低温输入，低温输出接到其他产品热管理回路中；两组通道液体反向流动，做到换热效率最高。6.根据权利要求5所述的一种混动矿用卡车低温加热系统，其特征在于，所述换热方式为板式，管式或者任何一种换热结构。7.根据权利要求5所述的一种混动矿用卡车低温加热系统，其特征在于，所述四个接口均配置温度传感器，用于检测实际液体温度，确认换热效率。8.根据权利要求1所述的一种混动矿用卡车低温加热系统，其特征在于，被加热设备为动力电池、电机、驾驶室空调回路或整车的任何一个/多个部件。9.一种混动矿用卡车低温加热系统的控制方法，采用了如上述权利要求1～7中任意一项所述的一种混动矿用卡车低温加热系统，其特征在于，包括以下步骤：通过温度传感器获得被加热设备进水口与出水口的温差ta，其中：ta＝t5-t6；通过温度传感器获得换热器高温进水口与出水口温差tb：其中：
tb＝t2-t3；通过温度传感器获得发动机进水口与出水口温差tc：tc＝t1-t4；三通电磁阀开度控制公式为：式中pi为三通电磁阀换热器端开度,控制器将开度等效为pwm占空比,输出相对应占空比控制阀门；t1为发动机出水口温度，t2为温度传感器获得换热器高温进水口温度，t3为温度传感器获得换热器高温出水口温度；t4为加热设备入水口温度，t5为被加热设备进水口温度，t6为被加热设备出水口温度，tset为设置的温度，可根据加热设备需求温度及最高温度做调整。控制器根据ta、tb、tc实际值判断系统安全及系统实际工作状态，动态调整换热系统工作时间，达到智能监控，智能判断，智能控制。10.根据权利要求9所述的一种混动矿用卡车低温加热系统的控制方法，其特征在于，该控制方法预置于所述混动矿用卡车低温加热系统的控制器之中，所述控制器通过该方法来控制所述混动矿用卡车低温加热系统的相关硬件以实现对混动矿用卡车的特定部件的低温加热。

技术总结
本发明公开了一种混动矿用卡车低温加热系统及控制方法，包括:控制器，发动机热管理回路，设备热管理回路，两个回路通过阀门、换热器进行流量调节和热量交换；控制器监控各传感器状态，控制阀门方向及开度；解决了混动车型动力电池低温加热问题，提升其续航及动力性能，可短时间完成电池加热，实现了运行过程中的能源重复利用，将发动机余热利用到其他产品加热中，实现能量节省，低碳运行。低碳运行。低碳运行。


技术研发人员：白额尔敦必力格 张华坤 李可瑞 周懿
受保护的技术使用者：厦门铱钼智汇科技有限公司
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/16