技术领域
[0001] 本实用新型涉及
能源回收的技术领域，更具体地，涉及一种混合动力汽车双级蒸发余热回收系统。
背景技术
[0002] 社会的高速发展引发了一系列的能源和环境问题，节能、环保以及新能源的开发利用已成为未来发展的必然趋势。混合动力汽车等新能源汽车以
电能等清洁能源作为主要驱
动能源，极大地降低了化石
燃料的使用，并且有效地降低了
温室气体的
排放量，具有广阔的发展前景。然而，传统的混合动力汽车一方面在
电池的
热管理方面，仅仅停留在采用
风冷或
水冷进行电池
散热上，而无法将电池的余热进一步转化为电能，不仅造成能源的浪费，而且排放至大气中的余热会加剧
温室效应；另一方面，各驱动部件产生不同温位的余热难以进行分级高效地回收，并且缺乏相应的自动
控制器，无法使余热回收系统适应混合动力汽车的不同行驶模式。
[0003] 目前，关于混合动力汽车
能量分级回收的研究较少，中国
专利 201711175976.2公开了一种可用于油电混合动力汽车的余热回收系统，及中国专利201621060097.6公开了用于混合动力汽车
发动机的废热余热再利用装置，两者虽都旨在解决余热回收的问题，但存在诸多问题：1、单纯回收发动机的余热，电池及
电机中的大量低温余热排放至大气，余热回收不彻底；2、未对各种温位的余热进行分级回收，系统的热效率较低， 损问题严重；3、余热回收系统缺少相应的自动控制器，导致余热回收系统无法与混合动力汽车的各不同行驶状态进行匹配，导致余热利用率较低；4、缺少高效完善的电池热管理系统，不仅无法充分回收电池包产生的余热，而且不利于电池包的散热，导致
电池组工作性能低下。实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的在于克服
现有技术的不足，提供一种混合动力汽车双级蒸发余热回收系统，分别对混合动力汽车中电池包、电机及发动机中不同温位的余热进行分级智能地回收，具有较高的热效率及 效率。
[0005] 为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
[0006] 提供一种混合动力汽车双级蒸发余热回收系统，所述混合动力汽车包括工作产生高温余热的发动机以及工作产生低温余热的电机和电池包，所述电机与电池包
串联连接，所述发动机与所述电机并联连接；所述余热回收系统包括控制器、用于采集混合动力汽车行驶状态和余热回收系统运行状态的
数据采集系统、用于回收电池包和电机余热的低温位余热回收系统以及用于回收发动机余热的高温位余热回收系统，所述数据采集系统连接于控制器的输入端，所述低温位余热回收系统、高温位余热回收系统连接于控制器的输出端，所述电机、电池包与低温位余热回收系统连接，所述发动机与高温位余热回收系统连接。
[0007] 本实用新型的混合动力汽车双级蒸发余热回收系统，通过数据采集系统采集混合动力汽车的车速、电池包输出功率、
扭矩等参数并传送至控制器，由控制器判断混合动力汽车的行驶状态，控制器根据混合动力汽车的行驶状态智能地切换不同的余热回收模式，实现对混合动力汽车中电池包、电机及发动机中不同温位的余热进行分级高效地回收，不仅解决了电池包、电机及发动机的散热问题，而且提高了余热回收率、系统热效率及 效率。
[0008] 进一步地，所述低温位余热回收系统包括顺次连接的第一工质
泵、电池包、电机、膨胀机以及
冷凝器，所述第一工质泵和电池包之间设有与控制器连接的第一流量调节
阀，所述电机与膨胀机之间设有与控制器连接的第一
电磁阀，所述冷凝器的出口与第一工质泵的进口连接。本实用新型的第一工质泵为低压变频工质泵，将低温位余热回收通路中的有机工质提升至一定压力后，低温中压的液态工质依次经过电池包和电机，吸收电池包及电机中的余热后成为中温中压的
过热蒸汽，同时冷却电池包和电机。
[0009] 进一步地，所述高温位余热回收系统包括顺次连接的第一工质泵、第二工质泵、发动机、膨胀机以及冷凝器，所述第一工质泵和第二工质泵之间设有与控制器连接的第二流量调节阀，所述发动机与膨胀机之间设有与控制器连接的第二电磁阀；所述冷凝器的出口与第一工质泵的进口连接。本实用新型的第二工质泵为高压工质泵，用于进一步提升高温位余热回收系统中有机工质的压力，以回收发动机工作过程中产生的高温余热，提高系统热效率和 效率。
[0010] 进一步地，所述膨胀机连接有将膨胀机输出的轴功转化为电能的发电机，所述发电机的
电流输出端连接于
整流器的输入端，所述整流器的输出端连接于电池包的充电口；所述冷凝器设于混合动力汽车的
车身。在低温位余热回收系统中，中温中压的
过热蒸汽通过中间进气口进入膨胀机膨胀推动膨胀机
输出轴运动，膨胀机输出轴连接发电机，产生的电能经过整流器后为电池包充电；在高温位余热回收系统中，高温高压的过热蒸汽进入膨胀机推动膨胀机输出轴运动，膨胀机输出轴连接发电机，产生的电能经过整流器后为电池包充电；做功后的乏汽进入冷凝器，冷凝为液态工质后重新进入低压变频工质泵完成一个循环。
[0011] 进一步地，所述冷凝器设于混合动力汽车的车身。冷凝器安装于混合动力汽车车身上，依靠车辆行驶过程中的气流外掠对高温工质进行冷却，无需额外的动力部件，有利于降低系统耗功。
[0012] 进一步地，所述电池包包括由若干电池
单体依次排列形成的电池组以及用于回收电池组工作时产生余热的电池换热器，所述电池组设于电池换热器内侧。电池换热器不仅用于回收电池组的余热，而且能将电池组的余热快速导出，有效降低电池组的
温度，使其处于最佳的
工作温度。
[0013] 进一步地，所述电池换热器包括顺次连接的工质入口、均液联箱、散热通道、集液联箱及工质出口，若干散热通道的一端与均液联箱连通，散热通道的另一端与集液联箱连通，所述电池单体设于相邻的散热通道之间。均液联箱的将工质均匀地分配至每个散热通道中，有机工质在散热通道中吸收电池组产生的余热后于集液联箱中汇合，实现电池包的高效散热，使每个电池单体始终处于最佳的工作温度。
[0014] 进一步地，所述数据采集系统包括数据采集器以及与数据采集器连接的车速
传感器、第一
转速传感器、第二转速传感器以及用于采集电池包输出功率的电池管理器，所述
车速传感器安装于混合动力汽车的车身，所述第一转速传感器设于电机上，所述第二转速传感器设于发动机上，所述电池管理器与电池包连接。车速传感器安装于车身，用于实时监测车辆的行驶速度；并且结合电池包上安装的电池包管理器，实时监测电池包的输出功率，并将车辆的行驶速度及电池包的输出功率反馈至控制器，作为低温位余热回收模式、高温位余热回收模式及双级蒸发余热回收模式的控制依据；第一转速传感器、第二转速传感器分别监测电机及发动机的工作状态，作为各余热回收模式切换的辅助依据。
[0015] 进一步地，所述数据采集系统还包括与数据采集器连接的第一温压传感器及第二温压传感器，所述第一温压传感器设于第一电磁阀和膨胀机之间，所述第二温压传感器设于第二电磁阀和膨胀机之间。第一温压传感器及第二温压传感器用于确保膨胀机进口处的工质处于微过热状态：其监测的
信号反馈至控制器，控制器根据反馈的温度信号和压力信号，调节第一工质泵
变频器的
频率、第一流量调节阀、第二流量调节阀的开度，实现对高温位余热回收系统及低温位余热回收系统中工质流量的调控，进而确保膨胀机内的工质具有一定的过热度。
[0016] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0017] (1)本实用新型根据混合动力汽车的不同行驶状态，切换相应的余热回收模式，使余热回收系统能够智能地适应混合动力汽车各不同的行驶状态，实现对电池包、电机及发动机中不同温位的余热进行分级高效回收，提升余热的利用率、系统热效率以及 效率；
[0018] (2)本实用新型回收的余热转化为电能为电池包充电，不仅解决了电池包、电机及发动机的散热问题，而且提升了混合动力汽车的续航能力，有助于减小电池的尺寸；
[0019] (3)本实用新型具有均液功能的电池
散热器，不仅充分高效地回收电池在工作过程中产生的余热，而且提高了电池的散热效率，保证电池始终处于最佳的工作温度；
[0020] (4)本实用新型节能环保，整个设计简洁高效，工艺性好，占用空间小，经济成本低，具有较好的工程应用前景。
附图说明
[0021] 图1为本实用新型的混合动力汽车双级蒸发余热回收系统图。
[0022] 图2为本实用新型的混合动力汽车低温位余热回收系统图。
[0023] 图3为本实用新型的混合动力汽车高温位余热回收系统图。
[0024] 图4为本实用新型的混合动力汽车电池包的结构示意图。
[0025] 图5为本实用新型的混合动力汽车电池散热器的剖面图。
[0026] 附图中：1-控制器；2-第一工质泵；3-冷凝器；4-整流器；5-发电机；6-第一电磁阀；7-第一温压传感器；8-膨胀机；9-第二温压传感器；10-第二电磁阀；11- 发动机；12-第二转速传感器；13-电池管理器；14-第二工质泵；15-第二流量调节阀；16-第一流量调节阀；17-电池包；18-电机；19-第一转速传感器；20-车速传感器；21-数据采集器；22-电池组；23-电池单体；24-电池换热器；241-工质入口；242-均液联箱；243-散热通道；244-集液联箱；245-工质出口。
具体实施方式
[0027] 下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的
实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0028] 本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或
位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0029] 实施例一
[0030] 如图1至图5所示为本实用新型的混合动力汽车双级蒸发余热回收系统的实施例，混合动力汽车包括工作产生高温余热的发动机11以及工作产生低温余热的电机18和电池包17，电机18与电池包17串联连接，发动机11与电机18并联连接；余热回收系统包括控制器1、用于采集混合动力汽车行驶状态和余热回收系统运行状态的数据采集系统21、用于回收电池包17和电机18余热的低温位余热回收系统以及用于回收发动机11余热的高温位余热回收系统，数据采集系统连接于控制器1的输入端，低温位余热回收系统、高温位余热回收系统连接于控制器1的输出端，电机18、电池包17与低温位余热回收系统连接，发动机 11与高温位余热回收系统连接。
[0031] 本实施例在实施时，通过数据采集系统采集混合动力汽车的车速、电池包 17输出功率、扭矩等参数并传送至控制器1，由控制器1判断混合动力汽车的行驶状态，控制器1根据混合动力汽车的行驶状态智能地切换不同的余热回收模式，实现对混合动力汽车中电池包17、电机18及发动机11中不同温位的余热进行分级高效地回收，不仅解决了电池包17、电机18及发动机11的散热问题，而且提高了余热回收率、系统热效率及 效率。
[0032] 如图2所示，低温位余热回收系统包括顺次连接的第一工质泵2、电池包17、电机18、膨胀机8以及冷凝器3，第一工质泵2和电池包17之间设有与控制器1连接的第一流量调节阀16，电机18与膨胀机8之间设有与控制器1连接的第一电磁阀6，冷凝器3的出口与第一工质泵2的进口连接；膨胀机8连接有将膨胀机8输出的轴功转化为电能的发电机5，发电机5的电流输出端连接于整流器 4的输入端，整流器4的输出端连接于电池包17的充电口；冷凝器3设于混合动力汽车的车身。本实施例中，第一工质泵2为低压变频工质泵。
[0033] 在实施时，第一工质泵2将低温位余热回收通路中的有机工质提升至一定压力形成低温中压的液态工质，低温中压的液态工质依次经过电池包17和电机18，吸收电池包17及电机18中的余热后成为中温中压的过热蒸汽，同时冷却电池包 17和电机18。随后，中温中压的过热蒸汽进入膨胀机8膨胀推动膨胀机8输出轴运动，膨胀机8输出轴连接发电机5，产生的电能经过整流器4后为电池包17 充电；做功后的乏汽进入冷凝器3，冷凝为液态工质后重新进入第一工质泵2完成一个循环。
[0034] 如图3所示，高温位余热回收系统包括顺次连接的第一工质泵2、第二工质泵14、发动机11、膨胀机8以及冷凝器3，第一工质泵2和第二工质泵14之间设有与控制器1连接的第二流量调节阀15，发动机11与膨胀机8之间设有与控制器1连接的第二电磁阀10；冷凝器3的出口与第一工质泵2的进口连接；膨胀机8连接有将膨胀机8输出的轴功转化为电能的发电机5，发电机5的电流输出端连接于整流器4的输入端，整流器4的输出端连接于电池包17的充电口；冷凝器3设于混合动力汽车的车身。本实施例中的第二工质泵14为高压工质泵，用于进一步提升高温位余热回收系统中有机工质的压力。
[0035] 在实施时，有机工质依次经过第一工质泵2和第二工质泵14，有机工质经过两次压力提升后成为低温高压的液态工质，流经发动机11吸收发动机11中的高温余热后成为高温高压的过热蒸汽，同时冷却发动机11。随后，高温高压的过热蒸汽进入膨胀机8，推动膨胀机8输出轴运动，膨胀机8输出轴连接发电机 5，产生的电能经过整流器4后为电池包17充电；
做功后的乏汽进入冷凝器3，冷凝为液态工质后重新进入第一工质泵2完成一个循环。
[0036] 如图1至图3所示，数据采集系统包括数据采集器21以及与数据采集器21 连接的车速传感器20、第一温压传感器7、第二温压传感器9、第一转速传感器 19、第二转速传感器12以及用于采集电池包17输出功率的电池管理器13，车速传感器20安装于混合动力汽车的车身，第一温压传感器7设于第一电磁阀6 和膨胀机8之间，第二温压传感器9设于第二电磁阀10和膨胀机8之间，第一转速传感器19设于电机18上，第二转速传感器12设于发动机11上，电池管理器13与电池包17连接。
[0037] 在实施时，车速传感器20安装于车身，用于实时监测车辆的行驶速度；并且结合电池包17上安装的电池包管理器13，实时监测电池包17的输出功率，并将车辆的行驶速度及电池包17的输出功率反馈至控制器1，作为低温位余热回收模式、高温位余热回收模式及双级蒸发余热回收模式的控制依据；第一转速传感器19、第二转速传感器12分别监测发动机11及电机18的工作状态，作为各余热回收模式切换的辅助依据；分别设置在膨胀机8两处进气口处的第一温压传感器7、第二温压传感器9监测膨胀机8进气口处工质的温度和压力值，并将信号传送至控制器1，控制器1接收来自数据采集器21的信号，通过查询 REFPROP中有机工质的物性参数并进行计算得出此时工质的过热度，以此作为第一工质泵2的频率、第一流量调节阀16的开度(低温位余热回收模式下)或第一工质泵2的频率、第二流量调节阀15的开度(高温位余热回收模式下)的控制依据，通过控制第一工质泵2的频率、第一流量调节阀16的开度(低温位余热回收模式下)调整进入电机18和电池包17的工质流量，通过控制第一工质泵2的频率、第二流量调节阀15的开度(高温位余热回收模式下)调整进入发动机11的工质流量，使得膨胀机8进气口处工质的过热度维持在预设过热度(视工质种类而定，一般干工质为5℃)，具有预设过热度的蒸汽进入膨胀机8的膨胀腔，推动膨胀机8输出轴运动，膨胀机8输出轴连接发电机5，产生的电能经过整流器4后为电池包17充电。做功后的乏汽进入冷凝器3，冷凝为液态工质后重新进入第一工质泵2，完成一个循环。
[0038] 如图4至图5所示，电池包17包括由若干电池单体23依次排列形成的电池组22以及用于回收电池组22工作时产生余热的电池换热器24，电池组22设于电池换热器24内侧；不仅用于回收电池组22的余热，而且能将电池组22的余热快速导出，有效降低电池组22的温度，使其处于最佳的工作温度。其中，电池换热器24包括顺次连接的工质入口241、均液联箱242、散热通道243、集液联箱244及工质出口245，若干散热通道243的一端与均液联箱242连通，散热通道243的另一端与集液联箱244连通，电池单体23设于相邻的散热通道243 之间；
均液联箱242的将工质均匀地分配至每个散热通道243中，有机工质在散热通道243中吸收电池组22产生的余热后于集液联箱244中汇合，实现电池包 17的高效散热，使每个电池单体23始终处于最佳的工作温度。
[0039] 显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的
基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型
权利要求的保护范围之内。
