一種基於溫差發電技術的車用發動機熱管理系統的製作方法
2023-12-05 12:49:11 2
本實用新型涉及一種車用發動機熱管理系統，特別涉及一種基於改進型溫差發電模塊的餘熱回收及發動機熱狀態調節的車用發動機熱管理系統，屬於能源再生技術領域。
背景技術：
目前在用的車用發動機熱管理系統主要採用電子水泵、電子風扇、電子節溫器等設備，但是這些設備主要關注發動機在正常運行時的冷卻，而經常忽略發動機在冷啟動、高速工況以及後冷卻工況時發動機的熱狀態，除了冷卻，此時發動機可能需要保溫甚至升溫。
另外，上述電子設備的控制與使用都依賴於車輛蓄電池，而蓄電池的充電主要來源於車用發電機，消耗的是發動機有效功的一部分，但是大量的發動機排氣能量仍然未被回收利用。最後，目前在研的溫差發電系統主要利用排氣高溫端與空氣低溫端之間的溫差進行發電，但發動機艙氣溫較高且氣流流動紊亂，且汽車排氣存在流速高，周期性波動大、排氣背壓不宜過大等特點，導致溫差發電效率較低且發電電壓極不穩定。
技術實現要素：
為了克服上述現有技術的不足，本實用新型提供了一種採用基於溫差發電技術的車用發動機熱管理系統。結合溫差發電技術與發動機熱管理技術，對發動機排氣溫差發電模塊進行重新設計，在儘可能不增加排氣阻力的同時獲得更高的發電效率與更為穩定溫差發電效率。
為了解決上述技術問題，本實用新型所採用的技術方案如下：
一種基於溫差發電技術的車用發動機熱管理系統，其特徵在於：
發動機排氣管上安裝有排氣溫度傳感器，排氣管聯接到第一三向電動比例閥上，第一三向電動比例閥的另外兩端分別聯接排氣消音器和溫差發電模塊進氣口；
發動機冷卻液出口聯接到電子節溫器，電子節溫器分別聯接到水散熱器和發動機冷卻液入口，發動機冷卻液入口處安裝有冷卻液流量傳感器和冷卻液溫度傳感器；
水散熱器之後聯接第二三向電動比例閥，第二三向電動比例閥另兩端分別聯接到溫差發電模塊冷卻液入口與發動機冷卻液入口；溫差發電模塊冷卻液出口再與發動機冷卻液入口相聯接；
冷卻液溫度傳感器、冷卻液流量傳感器和排氣溫度傳感器通過信號線聯接到控制器，蓄電池通過動力線聯接到控制器，控制器通過控制線與動力線控制連接並驅動電子水泵、電子風扇、電子節溫器、第一三向電動比例閥和第二三向電動比例閥。
所述溫差發電模塊為氣液雙通道溫差發電模塊，包括溫差發電板、冷卻管、殼體，殼體內部具有內翅片，殼體外部上下兩側均布有溫差發電板，溫差發電板中間通有冷卻管進行溫差發電板冷卻，且各個溫差發電板之間的冷卻管並聯，並與發動機冷卻管路串聯。
優選的，所述的溫差發電板為單層雙面陶瓷封裝結構，封裝物為矽膠，內部為半導體材料，其成分為碲化鉍（Bi2Te3）。
所述溫差發電模塊通過變壓模塊、供電模塊與蓄電池相連，通過溫差發電產生的電能通過變壓模塊、供電模塊儲存到蓄電池。
與現有技術相比，本實用新型的有益效果是對現有排氣溫差發電模塊進行了改良，克服了常用車載溫差發電模塊溫差過小及冷熱側換熱不夠充分等問題，且可以起到消音器的作用。另外，上述模塊可以簡潔地耦合到原機熱管理系統中並參與發動機熱狀態調節。本實用新型對發動機排氣溫差發電模塊進行重新設計，在儘可能不增加排氣阻力的同時獲得更高的發電效率與更為穩定溫差發電效率，同時利用餘熱回收能量進行發動機熱管理，進一步提升發動機有效效率。本實用新型可以有效解決發動機餘熱回收再利用效率偏低和發動機熱狀態調節不夠精確兩大難題。
附圖說明
圖1為系統硬體布置示意圖；
圖2為溫差發電模塊結構示意圖。
圖中，1.水散熱器、2.第二三向電動比例閥、3.發動機、4.冷卻管路、5.排氣管、6.排氣溫度傳感器、7.第一三向電動比例閥、8.消音器、9.溫差發電模塊、10.變壓模塊、11.供電模塊、12.冷卻液流量傳感器、13.蓄電池、14. 冷卻液溫度傳感器、15.電子水泵、16.控制器、17.電子節溫器、18.電子風扇、19. 溫差發電模塊進氣口、20.殼體、21.溫差發電板、22.冷卻管、23. 溫差發電模塊排氣口、24.內翅片。
具體實施方式
下面結合附圖對本實用新型進一步說明。
如圖1所示，本實用新型基於溫差發電技術的車用發動機熱管理系統包括：溫差發電模塊9、發動機3、排氣管5、排氣溫度傳感器6、第一三向電動比例閥7、變壓模塊10、供電模塊11、蓄電池13、冷卻管路4、電子節溫器17、水散熱器1、第二三向電動比例閥2、電子風扇18、電子水泵15、控制器16、冷卻液溫度傳感器14、冷卻液流量傳感器12；本實用新型採用發動機排氣與發動機冷卻液為換熱介質的溫差發電模塊進行溫差發電，並存儲在蓄電池中，再通過控制器監測發動機排溫和發動機冷卻液入口溫度、流量，並通過蓄電池驅動電子風扇、電子水泵、電子節溫器進行發動機熱狀態調節。
排氣管5上安裝有排氣溫度傳感器6、排氣管5聯接到第一三向電動比例閥7上，第一三向電動比例閥7的另外兩端分別聯接排氣消音器8和溫差發電模塊進氣口9；
發動機冷卻液出口聯接到電子節溫器17，電子節溫器17分別聯接到水散熱器1和發動機冷卻液入口，發動機冷卻液入口處安裝有冷卻液流量傳感器12和冷卻液溫度傳感器14。
水散熱器1之後聯接第二三向電動比例閥2，第二三向電動比例閥2另兩端分別聯接到溫差發電模塊冷卻液入口與發動機冷卻液入口；溫差發電模塊冷卻液出口再與發動機冷卻液入口相聯接。
冷卻液溫度傳感器14、冷卻液流量傳感器12和排氣溫度傳感器6通過信號線聯接到控制器16，蓄電池13通過動力線聯接到控制器16。控制器16通過控制線與動力線控制連接並驅動電子水泵15、電子風扇18、電子節溫器17、第一三向電動比例閥7和第二三向電動比例閥2。控制器16採用ARM處理器。
本實用新型中採用的一種改進型的溫差發電模塊9是氣液雙通道溫差發電模塊，其結構參見圖2，包括溫差發電板21、冷卻管22、殼體20、內翅片24，所述殼體20為導熱性能較好的金屬材料，內部具有鋸齒狀或其它形狀內翅片24，但不影響發動機排氣背壓，且具有消聲器的作用，為發動機排氣通道；殼體20外部上下兩側均布有溫差發電板，溫差發電板中間通有冷卻管進行發電板冷卻，且各個溫差發電板之間的冷卻管並聯，並與發動機冷卻管路4串聯。
優選的，所述的溫差發電板為單層雙面陶瓷封裝結構，封裝物為矽膠，內部為半導體材料，其成分為碲化鉍（Bi2Te3）。
溫差發電模塊通過變壓模塊、供電模塊與蓄電池相連，通過溫差發電產生的電能通過變壓模塊、供電模塊儲存到蓄電池。
具體基於溫差發電技術的車用發動機熱管理控制方法如下：
本實用新型採用發動機排氣與發動機冷卻液為換熱介質的溫差發電模塊進行溫差發電，並存儲在蓄電池中，再通過控制器監測發動機排溫和冷卻水溫度、流量，並通過蓄電池驅動電子風扇、電子水泵、電子節溫器進行發動機熱狀態調節，具體步驟如下：
當發動機3啟動暖機時，電子節溫器17關閉，冷卻液溫度傳感器14測量發動機冷卻液入口溫度，直到冷卻液溫度達到85℃。
當冷卻液溫度超過85℃時，控制器16打開電子節溫器17，小循環關閉，大循環開啟，控制器16控制電子水泵15、電子風扇18開啟。
當車速進一步上升，車輛迎風冷卻效應增加，水溫出現下降趨勢，但在電子節溫器17關閉溫度附近波動時，節溫器對於水溫調節的效果滯後，此時， 控制器16控制第一電動三向比例閥7開啟，發動機排氣進入溫差發電模塊9，此時，模塊在進行溫差發電的同時對冷卻液進行加熱，使得冷卻液溫度得到調節；與此同時，控制器16根據發動機排氣溫度調節電子風扇18與電子水泵15轉速，保持發動機冷卻液進口溫度保持在90℃。
當車輛停止運行，發動機3熄火時，第二電動三向比例閥2關閉，控制器16控制電子風扇18與電子水泵15繼續運行，直到發動機冷卻液溫度達到80℃以下，停止電子風扇18、電子水泵15、關閉電子節溫器17。
通過上述控制策略可以將溫差發電模塊簡潔地耦合到原機熱管理系統中，且可以起到消音器的作用。本實用新型不僅可以進行高效地發動機餘熱回收再利用，而且可以對發動機熱狀態進行精確調節，進一步提升發動機的熱效率。一舉解決發動機餘熱回收再利用和發動機熱狀態調節不夠精確兩大難題。