本發(fā)明涉及一種熱儲能制熱系統(tǒng)，尤其涉及一種電動汽車帶余熱回收的熱儲能制熱系統(tǒng)。

背景技術：

電動汽車相對于傳統(tǒng)的汽車而言，在冬天制熱時沒有多余的廢熱來供給乘員艙的制熱使用，則電動汽車必須消耗電池的電能來滿足乘員艙的舒適性要求。在非常寒冷的天氣條件下，供乘員艙加熱的電能與動力推進系統(tǒng)所需要的電能幾乎是同等大小的，此時電動汽車電池的負載大大增加，對汽車的續(xù)航里程大大的減少，這就導致能源消耗必須得到優(yōu)化。在現(xiàn)有的制熱技術中，主要是采用熱泵系統(tǒng)制熱和ptc加熱。

熱泵系統(tǒng)制熱在環(huán)境溫度較低時會存在結霜結冰/除霜除冰等一系列的問題，這些問題不但會影響系統(tǒng)的性能，還會使影響駕駛員的安全。利用ptc加熱也存在問題，根據(jù)熱力學第二定律，ptc制熱的cop在1左右，使電池的負載增大，削減電動汽車的續(xù)航里程。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明采用了如下技術方案：

本發(fā)明提供了一種電動汽車帶余熱回收的熱儲能制熱系統(tǒng)，用于利用發(fā)動機的廢熱和將電能轉(zhuǎn)化后并儲蓄的熱能對乘員艙進行加熱，其特征在于，具有：熱儲能制熱部，包括用于將電能轉(zhuǎn)化成熱能并進行存儲的熱儲能制熱裝置以及用于傳遞熱能的熱儲能冷卻液管路，熱儲能制熱裝置內(nèi)具有pcm蓄熱相變材料、用于加熱該pcm蓄熱相變材料的加熱板以及設置在pcm蓄熱相變材料之間的pcm換熱器，該pcm換熱器具有分別與熱儲能冷卻液管路連通的輸入端和輸出端；余熱回收部，包括電加熱器以及與該電加熱器連通的余熱回收冷卻液管路；換熱部，包括與熱儲能冷卻液管路連通的第一室內(nèi)換熱器、與余熱回收冷卻液管路連通的第二室內(nèi)換熱器以及鼓風機風扇，第一室內(nèi)換熱器與第二室內(nèi)換熱器并排設置，鼓風機風扇設置在第一室內(nèi)換熱器與第二室內(nèi)換熱器的一側并且其出風口朝向乘員艙；以及控制部，包括熱儲能控制閥單元、余熱回收控制閥單元、安裝在乘員艙的出風口處的溫度傳感器以及控制單元，其中，第一室內(nèi)換熱器與第二換熱器均具有一個輸入端和一個輸出端，熱儲能控制閥單元包括分別安裝在第一室內(nèi)換熱器的輸入端和輸出端上的第一控制閥以及第二控制閥，用于通過控制單元控制熱儲能冷卻液管路與第一室內(nèi)換熱器的通斷，從而控制熱儲能制熱部對乘員艙進行加熱，余熱回收控制閥單元包括分別安裝在第二室內(nèi)換熱器的輸入端和輸出端上的第三控制閥以及第四控制閥，用于通過控制單元控制余熱回收冷卻液管路與第二室內(nèi)換熱器的通斷，從而控制余熱回收部對乘員艙進行加熱。

根據(jù)本發(fā)明提供的電動汽車帶余熱回收的熱儲能制熱系統(tǒng)，還可以具有這樣的特征：其中，熱儲能制熱裝置還具有包覆pcm蓄熱變相材料的保溫材料、包覆該保溫材料的鋁殼、與加熱板連接的電源線以及設置在該電源線上的用于關斷電源的電磁閥。

根據(jù)本發(fā)明提供的電動汽車帶余熱回收的熱儲能制熱系統(tǒng)，還可以具有這樣的特征：其中，電源線與電動汽車的內(nèi)置電源的充電線連接。

根據(jù)本發(fā)明提供的電動汽車帶余熱回收的熱儲能制熱系統(tǒng)，還可以具有這樣的特征：其中，保溫材料為無機纖維。

根據(jù)本發(fā)明提供的電動汽車帶余熱回收的熱儲能制熱系統(tǒng)，還可以具有這樣的特征：其中，pcm換熱器為扁長方體形雙程矩形翅片式換熱器。

根據(jù)本發(fā)明提供的電動汽車帶余熱回收的熱儲能制熱系統(tǒng)，還可以具有這樣的特征：其中，熱儲能冷卻液管路包括冷卻液、用于儲放該冷卻液的第一儲液器、用于輸送冷卻液的冷卻液管、用于泵送冷卻液的第一泵、第一三通管件、第二三通管件、第一流量閥、第二流量閥、第一單向閥以及第二單向閥，第一三通管件和第二三通管件均具有兩個輸入端和一個輸出端，第一三通管件的一個輸入端通過冷卻液管與第一儲液器以及第二控制閥連通，第一泵具有一個輸入端和一個輸出端，第一水泵的輸入端通過冷卻液管與第一三通管件的輸出端連通，第一流量閥和第二流量閥均具有一個輸入端和兩個輸出端，第一流量閥的輸入端通過冷卻液管與第一泵的輸出端連通，第一單向閥和第二單向閥均具有一個輸入端和一個輸出端，第一單向閥的輸入端通過冷卻液管與第一流量閥的一個輸出端連通，第一單向閥的輸出端通過冷卻液管與pcm換熱器的輸入端連通，第二單向閥的輸入端通過冷卻液管與pcm換熱器的輸出端連通，第二流量閥的輸入端通過冷卻液管與第二單向閥的輸出端連通，第二三通管件的一個輸入端通過冷卻液管與第二流量閥的一個輸出端連通，第二三通管件的輸出端通過冷卻液管與第一控制閥連通，第一三通管件的另一個輸入端通過冷卻液管與第二流量閥的另一個輸出端連通，第一流量閥的另一個輸出端通過冷卻液管與第二三通管件的另一個輸入端連通。

根據(jù)本發(fā)明提供的電動汽車帶余熱回收的熱儲能制熱系統(tǒng)，還可以具有這樣的特征：其中，冷卻液為乙二醇。

根據(jù)本發(fā)明提供的電動汽車帶余熱回收的熱儲能制熱系統(tǒng)，還可以具有這樣的特征：其中，余熱回收冷卻液管路包括用于儲放冷卻液的第二儲液器、用于泵送冷卻液的第二泵、第三流量閥、第四流量閥以及第三三通管件，第二泵具有一個輸入端和一個輸出端，第二泵的輸入端通過冷卻液管與第二儲液器以及第四控制閥連通，第三流量閥和第四流量閥均具有一個輸入端和兩個輸出端，第三流量閥的輸入端通過冷卻液管與第二泵的輸出端連通，第四流量閥的輸入端通過冷卻液管與第三流量閥的一個輸出端連通，第四流量閥的輸入端還通過冷卻液管以及發(fā)動機與第三流量閥的另一個輸出端連通，第三三通管件具有兩個輸入端和一個輸出端，第三三通管件的一個輸入端通過冷卻液管和電加熱器與第四流量閥的一個輸出端連通，第三三通管件的另一個輸入端通過冷卻液管與第四流量閥的另一個輸出端連通，第三三通管件的輸出端通過冷卻液管與第三控制閥連通。

根據(jù)本發(fā)明提供的電動汽車帶余熱回收的熱儲能制熱系統(tǒng)，還可以具有這樣的特征：其中，pcm蓄熱相變材料采用無機鹽系類蓄熱相變材料。

根據(jù)本發(fā)明提供的電動汽車帶余熱回收的熱儲能制熱系統(tǒng)，還可以具有這樣的特征：其中，電加熱器為ptc加熱器。

發(fā)明作用與效果

根據(jù)本發(fā)明的電動汽車帶余熱回收的熱儲能制熱系統(tǒng)，由于采用熱儲能制熱部，使得本發(fā)明系統(tǒng)優(yōu)先使用熱儲能制熱部的熱能，可以滿足乘員艙的舒適度要求的同時不會影響系統(tǒng)的性能，安全有效，又可以不消耗電池負載，增加了電動汽車的續(xù)航里程；由于采用了余熱回收部，利用發(fā)動機的廢熱來輔助加熱乘員艙，廢物回收再利用，減少了能源的浪費。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的電動汽車帶余熱回收的熱儲能制熱系統(tǒng)的結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖及實施例來說明本發(fā)明的具體實施方式。

<實施例>

圖1是本發(fā)明實施例的電動汽車帶余熱回收的熱儲能制熱系統(tǒng)的結構示意圖。

如圖1所示，本實施例的電動汽車帶余熱回收的熱儲能制熱系統(tǒng)100包括熱儲能制熱部10、余熱回收部20、換熱部30以及控制部40。

熱儲能制熱部10包括熱儲能制熱裝置11以及熱儲能冷卻液管路12。

熱儲能制熱裝置11用于將電能轉(zhuǎn)化成熱能并進行存儲，包括pcm蓄熱相變材料111、加熱板112、pcm換熱器113、保溫材料114、鋁殼115、電源線116以及電源開關117。

本實施例中，pcm蓄熱相變材料111采用無機鹽系類，設置在熱儲能制熱裝置11中。

pcm換熱器113設置在pcm蓄熱相變材料111之間，具有輸入端和輸出端。

加熱板112設置于pcm換熱器113的兩端，用于加熱pcm蓄熱相變材料111。

本實施例中，pcm換熱器113采用扁長方體型，并采用雙程矩形翅片式，pcm換熱器113內(nèi)部的雙程式回路通過矩形翅片疊加起來，在矩形翅片之間充滿pcm蓄熱相變材料111，在每個流體通道的流道的進出口處存在液體頭部，每個雙程式回路的進出口分別與流道的進出口的液體頭部連接，這樣有利于分流，每個回路的液體能夠均勻，扁長型的設計有利于pcm加熱器113給pcm蓄熱相變材料均勻加熱，中心與周圍的溫度保持較大統(tǒng)一，翅片能夠強化傳熱，提高換熱效率，擴大能源利用率。

保溫材料114包裹在pcm換熱器113的外部，本實施例中，保溫材料114采用低導熱系數(shù)的無機纖維，保溫時間長達8小時(溫降在10％)，保證上班族在上下班之間即使不充電也能滿足需求。

鋁殼115包裹在保溫材料114的外部，起保護作用。

電源線116與加熱板112連接，用于關斷電源的電磁閥117設置在該電源線116上。本實施例中，電源線116連接在電動汽車的充電插頭上，當熱儲能制熱裝置11熱量儲存完畢時，電磁閥117自動斷開，保證安全，且減小能源消耗。

當室外溫度在-10℃，乘員艙(圖中未示)內(nèi)的溫度維持在24℃，所需要的制熱量在3.2～6.5kw之間，因此熱儲能制熱裝置11要提供1小時熱能即在11520kj～23400kj范圍之內(nèi)，前10min是6.5kw到3.2kw的過渡，后50min是基本維持在3.2kw。按照加權平均數(shù)計算13500kj左右的熱能即可滿足1小時的制熱需求。pcm蓄熱相變材料111采用無機鹽系類，若pcm蓄熱相變材料111的潛熱為350j/g，顯熱為70j/g，pcm蓄熱相變材料111在溫度達到130℃時能充分利用潛熱，溫度降到60℃時充分利用顯熱，則計算可得只要21kg的pcm蓄熱相變材料111。將pcm換熱器113、保溫材料114以及其他的部件組合起來預估整個熱儲能制熱裝置10提供1小時的熱能時的重量在30kg左右。

如圖1所示，熱儲能冷卻液管路12用于利用冷卻液管輸送冷卻液進行傳遞熱能，包括第一儲液器121、第一泵122、第一三通管件123、第二三通管件124、第一流量閥125、第二流量閥126、第一單向閥127以及第二單向閥128。

第一儲液器121用于儲放冷卻液，第一三通管件123和第二三通管件124均具有兩個輸入端和一個輸出端，第一三通管件123的一個輸入端通過冷卻液管與第一儲液器121連通。

第一泵122用于泵送冷卻液，具有一個輸入端和一個輸出端，該第一水泵122的輸入端通過冷卻液管與第一三通管件123的輸出端連通。

第一流量閥125和第二流量閥126均具有一個輸入端和兩個輸出端，第一流量閥125的輸入端通過冷卻液管與第一泵122的輸出端連通。

第一單向閥127和第二單向閥128均具有一個輸入端和一個輸出端，第一單向閥127的輸入端通過冷卻液管與第一流量閥125的一個輸出端連通，第一單向閥127的輸出端通過冷卻液管與pcm換熱器113的輸入端連通。

第二單向閥128的輸入端通過冷卻液管與pcm換熱器113的輸出端連通，第二流量閥126的輸入端通過冷卻液管與第二單向閥128的輸出端連通。

第二三通管件124的一個輸入端通過冷卻液管與第二流量閥126的一個輸出端連通。

第一三通管件123的另一個輸入端通過冷卻液管與第二流量閥126的另一個輸出端連通。

第一流量閥125的另一個輸出端通過冷卻液管與第二三通124管件的另一個輸入端連通。

本實施例中，冷卻液為乙二醇。

如圖1所示，余熱回收部20包括電加熱器21以及與該電加熱器21連通的余熱回收冷卻液管路22。

本實施例中，電加熱器21為ptc加熱器。

余熱回收冷卻液管路22包括第二儲液器221、第二泵222、第三流量閥223、第四流量閥224以及第三三通管件225。

第二儲液器221用于儲放冷卻液。

第二泵222用于泵送冷卻液，具有一個輸入端和一個輸出端，該第二泵222的輸入端通過冷卻液管與第二儲液器221連通。

第三流量閥223和第四流量閥224均具有一個輸入端和兩個輸出端，第三流量閥223的輸入端通過冷卻液管與第二泵222的輸出端連通。

第四流量閥224的輸入端通過冷卻液管與第三流量閥223的一個輸出端連通，第四流量閥224的輸入端還通過冷卻液管以及發(fā)動機與第三流量閥223的另一個輸出端連通。

第三三通管件225具有兩個輸入端和一個輸出端，第三三通管件225的一個輸入端通過冷卻液管和電加熱器21與第四流量閥224的一個輸出端連通，第三三通管件225的另一個輸入端通過冷卻液管與第四流量閥224的另一個輸出端連通。

如圖1所示，換熱部30包括第一室內(nèi)換熱器31、第二室內(nèi)換熱器32以及鼓風機風扇33。

第一室內(nèi)換熱器31與第二室內(nèi)換熱器32并排設置，鼓風機風扇33設置在第一室內(nèi)換熱器31與第二室內(nèi)換熱器32的一側并且其出風口朝向乘員艙。

如圖1所示，控制部40包括熱儲能控制閥單元41、余熱回收控制閥單元42、溫度傳感器以及控制單元(圖中未示)。

熱儲能控制閥單元41包括第一控制閥411以及第二控制閥412。

第一室內(nèi)換熱器31與第二換熱器32均具有一個輸入端和一個輸出端，第一控制閥411以及第二控制閥412均具有一個輸入端和一個輸出端。

第一控制閥411的輸入端通過冷卻液管與第二三通管件124的輸出端連通，該第一控制閥411的輸出端通過冷卻液管與第一室內(nèi)換熱器31的輸入端連通。第二控制閥412的輸入端通過冷卻液管與第一室內(nèi)換熱器31的輸出端連通，該第二控制閥412的輸出端通過冷卻液管與第一三通管件123的一個輸入端連通，用于控制熱儲能冷卻液管路12與第一室內(nèi)換熱器31的通斷，從而控制熱儲能制熱部10對乘員艙進行加熱。

余熱回收控制閥單元42包括第三控制閥421以及第四控制閥422。

第三控制閥421以及第四控制閥422均具有一個輸入端和一個輸出端。第三控制閥421的輸入端通過冷卻液管與第三三通管件225的輸出端連通，該第三控制閥421的輸出端通過冷卻液管與第二室內(nèi)換熱器32的輸入端連通。第四控制閥422的輸入端通過冷卻液管與第二室內(nèi)換熱器32的輸出端連通，該第四控制閥422的輸出端通過冷卻液管與第二泵222的輸入端連通，用于控制余熱回收冷卻液管路22與第二室內(nèi)換熱器32的通斷，從而控制余熱回收部20對乘員艙進行加熱。

溫度傳感器安裝在乘員艙的出風口處，用于檢測乘員艙內(nèi)的溫度。

控制單元用于對上述各個流量閥、控制閥、第一泵以及第二泵的打開或關閉進行控制，從而對相應的冷卻液管路內(nèi)的通斷進行控制。

當應用在純電動汽車(不包含燃油動力系統(tǒng)，僅以電力作為動力的汽車)時，本實施例的電動汽車帶余熱回收的熱儲能制熱系統(tǒng)100的工作流程如下：

在充電模式中，熱儲能制熱部10的第一流量閥125和第二流量閥126同時打開，此時冷卻液在第二單向閥128、第二流量閥126、第一三通管件123、第一泵122、第一流量閥125、第一單向閥127、pcm換熱器113之間形成循環(huán)，加熱板112在給pcm蓄熱相變材料111加熱，不斷循環(huán)流動的冷卻液能使pcm蓄熱相變材料111蓄熱更加均勻，中心與周圍的溫度更加統(tǒng)一，此時熱儲能控制閥單元41切斷第一儲液器221與第一室內(nèi)換熱器31之間的通路，確保冷卻液經(jīng)第一三通管件123時不會回流到第一室內(nèi)換熱器31而浪費熱能。

在放熱模式中，優(yōu)先開啟熱儲能制熱部10。當溫度傳感器監(jiān)測到乘員艙內(nèi)的溫度超過舒適性要求時，第一流量閥125將一部分冷卻液直接流入第二三通管件124，一部分經(jīng)第一單向閥127流入pcm換熱器113內(nèi)進行換熱，再流經(jīng)第二單向閥128、第二流量閥126在第二三通管件124處匯合，最終去第一室內(nèi)換熱器31進行換熱，對乘員艙進行加熱，減少能源的浪費，又充分滿足舒適性要求。其他情況第一流量閥125將全部的冷卻液去pcm換熱器113內(nèi)進行換熱。

當溫度傳感器檢測的到乘員艙內(nèi)的溫度較低，不足以滿足乘員艙的舒適性要求，熱儲能控制閥單元41、余熱回收控制閥單元42同時對熱儲能制熱部10和余熱回收部20同時開啟，此時熱儲能制熱部10可以看作為余熱回收模式，對乘員艙進行加熱。

此時，第三流量閥223為直通模式，控制冷卻液經(jīng)過電加熱器21進行加熱，再通過第三三通管件225到第二室內(nèi)換熱器32與室內(nèi)冷空氣進行換熱。

上述過程中，各個流量閥、控制閥、第一泵以及第二泵的打開或關閉以及熱儲能制熱部的開啟或停止均通過控制單元來控制。

本實施例的電動汽車帶余熱回收的熱儲能制熱系統(tǒng)100也可以應用于插電式混合動力汽車和增程式混合動力汽車，其工作流程與純電動汽車基本相同。但是，在放熱模式中，當燃油發(fā)動機啟動時，熱儲能制熱部10和余熱回收部20同時開啟，充分回收利用發(fā)動機的余熱。并且，第三流量閥223為旁通模式，控制冷卻液先經(jīng)過發(fā)動機進行余熱回收，若熱量不足，再經(jīng)過電加熱器21進行加熱，再通過第三三通管件225到第二室內(nèi)換熱器32與室內(nèi)冷空氣進行換熱。

若溫度傳感器監(jiān)測到乘員艙內(nèi)的溫度超過舒適性要求時，根據(jù)燃油發(fā)動機的余熱情況，采用以下兩種換熱方案中的一種：

(1)當發(fā)動機余熱足夠滿足制熱要求時，冷卻液從發(fā)動機余熱回收之后，由第四流量閥224控制不經(jīng)電加熱器21直接到第三三通管件225，再到第二室內(nèi)換熱器32與室內(nèi)冷空氣進行換熱。余熱的直接回收利用，減小能耗損失，能源利用得到優(yōu)化。

(2)當發(fā)動機余熱不足夠滿足制熱要求時，先在第四流量閥224的控制下，經(jīng)過發(fā)動機的冷卻液一部分通到第三三通管件225，另一部通過電加熱器21加熱，再在第三三通管件225處匯合，再到第二室內(nèi)換熱器32與室內(nèi)冷空氣進行換熱。根據(jù)ptc的特性，當通過的流量減小時，功率減小，即消耗的電能減小，對電池包的負載減小，使續(xù)航里程得到增加。

實施例作用與效果

根據(jù)本實施例的電動汽車帶余熱回收的熱儲能制熱系統(tǒng)，由于采用熱儲能制熱部，使得本實施例系統(tǒng)優(yōu)先使用熱儲能制熱部的熱能，可以滿足乘員艙的舒適度要求的同時不會影響系統(tǒng)的性能，安全有效，又可以不消耗電池負載，增加了電動汽車的續(xù)航里程；由于采用了余熱回收部，利用發(fā)動機的廢熱來輔助加熱乘員艙，廢物回收再利用，減少了能源的浪費。

采用pcm蓄熱相變材料，能保證達到制熱效果，又能保證制熱效率。

雙程矩形翅片式pcm換熱器能夠強化傳熱，提高換熱效率，擴大能源利用率。

低導熱系數(shù)的無機纖維保溫材料，可以保溫時間長達8小時(溫降在10％)，保證上班族在上下班之間即使不充電也能滿足需求。

ptc電加熱器和流量閥配置，當通過的流量減小時，功率減小，即消耗的電能減小，對電池包的的負載減小，使續(xù)航里程得到增加。