用于新能源汽车的热能利用系统以及新能源汽车的制作方法

1.本实用新型涉及新能源汽车，特别是涉及一种用于新能源汽车的热能利用系统以及新能源汽车。


背景技术：

2.动力电池是新能源汽车的核心技术之一，动力电池的充放电特性和可用容量大小受外界温度影响较大。在冬季或外界温度较低的情况下，较低的电池温度降低了内部电解液活性，动力电池的可用容量减小，充放电系数降低，造成汽车续航里程减少。
3.特别地，车内司乘人员若开启空调取暖设施，整车电池性能减弱得更加显著；而在夏季或外界温度过高时，动力电池内部电化学反应加快，电池充放电性能降低，甚至引发爆炸等恶劣事故。
4.针对上述问题，现有技术的解决方案主要有以下几种。其一为消耗动力电池自身电能对电池进行加热，提高电池热性能，但是这会导致电池电能消耗，导致用于汽车行驶及空调等使用的电能大幅度减少，续航里程大大缩短。其二为通过加装燃油、燃气加热装备对液冷系统进行加热，这违背了新能源汽车使用清洁能源、零排放的要求。其三为通过热泵系统为电池加热提高热转换效率，仍需消耗动力电池自身电能。
5.此外，现有上市车型(特别是中低端车型)并没有设置液冷系统。而部分中高端车型在电池组内部集成了设置了液冷系统，但是液冷系统的加热及散热均需要消耗电池组自身的电能。
6.综上分析，现有技术中针对新能源汽车的动力电池的低温运行效率下降的问题，一直缺乏有效的解决方案。


技术实现要素：

7.本实用新型的一个目的是要提供一种能够保障动力电池处于高效利用温度范围的用于新能源汽车的热能利用系统以及新能源汽车。
8.本实用新型一个进一步的目的是要使得减小对动力电池电能的消耗。
9.本实用新型另一个进一步的目的是使得热能利用系统适配不同光照环境以及新能源汽车的状态。
10.特别地，本实用新型提供了一种用于新能源汽车的热能利用系统，其包括：
11.太阳能集热模块，其安装于新能源汽车的车身上，并用于利用太阳能对内部的热介质进行加热；
12.热能储存模块，内部限定出用于容装热介质的介质容纳腔；
13.介质管路，连接于太阳能集热模块与热能储存模块之间，并与新能源汽车的热循环系统能够相接，以将热介质受控地在太阳能集热模块、热能储存模块、以及热循环系统之间进行传送。
14.可选地，太阳能集热模块包括：
15.集热器，用于将太阳能转换热量，并且集热器为双层密闭结构，双层之间形成真空度不低于10-4pa的密闭的夹层，并且内层镀有太阳能吸收涂料，热介质容装于内层内部；
16.遮光装置，可开闭地设置于集热器的受光面上，以调整集热器接收的太阳能。
17.可选地，太阳能集热模块可拆卸地安装于所述新能源汽车的车身上。并且在寒冷季节，太阳能集热模块被安装，以对动力电池进行保温。太阳能集热模块在炎热季节被拆下，热能利用系统的热能储存模块以及介质管路用于进行散热。
18.可选地，遮光装置包括：
19.遮光罩，可伸展地布置在受光面上，通过受控地调整覆盖面积来改变受光面的受光量；或者
20.调光膜，贴附于受光面上，通过受控地调整透明度来改变受光面的受光量。
21.可选地，热能储存模块包括：
22.内胆，其内部形成介质容纳腔，并且内胆为双层真空结构，并且双层真空结构的真空夹层壁上涂有热反射涂层，以减少热量损失；
23.保温层，包裹在内胆外侧；以及
24.外壳，设置于保温层的外侧。
25.可选地，热能储存模块包括：
26.电加热组件，用于与新能源汽车的动力电源系统相连接，并配置成利用向动力电源系统充电的电能或者动力电源系统的回收电能对内胆内的热介质进行加热。
27.可选地，介质管路中设置有：
28.循环泵，用于泵送热介质；
29.阀门组件，用于切换热介质的通断及流向。
30.可选地，上述用于新能源汽车的热能利用系统还包括：
31.控制模块，分别与太阳能集热模块、热能储存模块、以及介质管路分别连接，并用于调整热介质的流向、以及太阳能集热模块和热能储存模块的运行状态。
32.可选地，控制模块还包括：
33.车辆检测接口，用于检测新能源汽车的车辆状态；
34.光照传感器，用于检测太阳能集热模块的阳光照射状态；
35.plc控制器，与车辆检测接口以及光照传感器分别连接，用于对太阳能集热模块、热能储存模块、以及介质管路进行控制。
36.可选地，介质管路连接的热循环系统包括以下任一项或多项：动力电池液冷系统、空调系统、热泵系统。
37.根据本实用新型的另一个方面，还提供了一种新能源汽车，其包括：上述介绍的任一种用于新能源汽车的热能利用系统。
38.本实用新型的用于新能源汽车的热能利用系统及新能源汽车，利用新能源汽车的车身上的太阳能集热模块将太阳能转换为热能，热能储存模块对热介质进行储存，从而对太阳能转换的热能进行储存。介质管路将热介质受控地在太阳能集热模块、热能储存模块、以及热循环系统之间进行传送。从而利用太阳能向新能源汽车的热循环系统提供热量，可以实现动力电池保温、为空调、热泵系统提供热量。在不消耗动力电池的电能及其他对环境有污染的燃料前提下，减缓环境温度变化对动力电池充放电性能的影响，保持电池活性，使
用绿色清洁能源保证动力电池的续航里程、车辆性能和司乘人员舒适性。
39.本实用新型的热能利用系统可以接入动力电池内设置的液冷系统，避免了使用动力电池自身电能进行加热或者散热。对于动力电池没有设置液冷系统的车型也可以为动力电池增加安装外置的液冷系统。
40.进一步地，本实用新型的用于新能源汽车的热能利用系统及新能源汽车，对太阳能集热模块、遮光装置、热能储存模块等部件进行了改进，提高了太阳能的利用效率，便于进行状态调整，可以满足新能源汽车的不同要求。
41.进一步地，本实用新型的用于新能源汽车的热能利用系统及新能源汽车，可以根据车辆状态以及阳光照射状态确定热能利用模式，并按照热能利用模式对应的控制方案调整热介质的流向、以及太阳能集热模块和热能储存模块的运行状态，满足光照条件充足、光照条件稍差、无光照、以及新能源汽车需要散热等不同使用条件的热量需求，大大提高了热能利用系统的使用灵活性。
42.根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
43.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
44.图1是根据本实用新型一个实施例的新能源汽车的示意图；
45.图2是根据本实用新型一个实施例的用于新能源汽车的热能利用系统的示意图；
46.图3是根据本实用新型另一实施例的新能源汽车的示意图；
47.图4是根据本实用新型一个实施例的用于新能源汽车的热能利用系统中太阳能集热模块的外形图；
48.图5是图4所示的太阳能集热模块的部件分解图；
49.图6是根据本实用新型另一实施例的用于新能源汽车的热能利用系统中太阳能集热模块的外形图；
50.图7是根据本实用新型一个实施例的用于新能源汽车的热能利用系统中热能储存模块的外形图；以及
51.图8是根据本实用新型一个实施例的用于新能源汽车的热能利用系统中控制原理示意图。
具体实施方式
52.图1是根据本实用新型一个实施例的新能源汽车10的示意图。图2是根据本实用新型一个实施例的用于新能源汽车10的热能利用系统的示意图。
53.本实施例的新能源汽车10优选为纯电动汽车，利用动力电池111作为动力，针对现有动力电池特性导致的性能下降问题，增设了热能利用系统，利用绿色清洁能源太阳能对动力电池111进行预加热、保温及辅助散热，增加交互功能，减小温度对动力电池111的损伤及充放电性能影响。从而保证了动力电池111 始终处于理想的工作环境温度，延长了电池
的使用寿命，保证了续航里程，同时提高了整车热泵系统、空调系统的工作效率，节约了能源。相对于使用热泵等热能设备的方案，本实施例的用于新能源汽车10的热能利用系统使用的设备及组件成本较低，使用绿色清洁能源，不需要消耗电池本身电能。
54.本实施例的新能源汽车10可以为以电池为动力源的乘用车(包括但不限于轿车、越野车、suv等)以及商用车(包括但不限于客车、半挂牵引车、货车、工程车等)。考虑到热能利用系统的安装便利性，热能利用系统可以优先利用于大型车辆(例如客车、货车)上。
55.图3是根据本实用新型另一实施例的新能源汽车10的示意图，其示出了大型新能源汽车10应用热能利用系统的结构。
56.本实施例的新能源汽车10的热能利用系统一般性地可以包括太阳能集热模块210、热能储存模块220、介质管路230。
57.太阳能集热模块210安装于新能源汽车10的车身上，并用于利用太阳能对内部的热介质进行加热，也即太阳能集热模块210实现太阳能与热能的转换。热能储存模块220内部限定出用于容装热介质的介质容纳腔224，实现储热。介质管路230连接于太阳能集热模块210与热能储存模块220之间，并与新能源汽车10的热循环系统120能够相接，以将热介质受控地在太阳能集热模块 210、热能储存模块220、以及热循环系统120之间进行传送。介质管路230通过调整热介质的传输路径，可以实现热能在太阳能集热模块210、热能储存模块220、以及热循环系统120之间的传输，实现动力电池111的保温、散热以及汽车的其他热能使用需求。
58.上述热能利用系统使用的热介质可以使用高沸点、低冰点、高比热容的液体介质(包括但不局限于防冻液、导热油等)。
59.图4是根据本实用新型一个实施例的用于新能源汽车10的热能利用系统中太阳能集热模块210的外形图，图5是图4所示的太阳能集热模块210的部件分解图。
60.太阳能集热模块210可以包括：集热器217以及遮光装置211。其中集热器217用于将太阳能转换热量；遮光装置211可开闭地设置于集热器217的受光面上，以调整集热器217接收的太阳能。
61.集热器217可为双层密闭结构，双层之间形成真空密闭的夹层，并且内层镀有太阳能吸收涂料，热介质容装于内层内部。该集热器217通过吸收太阳能，加热内部高沸点、低冰点、高比热容的热介质(包括但不局限于防冻液、导热油等)，将太阳能转化为热介质的热能。在一些可选实施例中，集热器217可以选用采用双层密闭结构(例如管中管结构)，双层之间形成真空密闭的夹层结构，真空度不低于10-4
pa。集热器217材质优选为高硼防爆玻璃，内壁镀有太阳能选择性吸收涂料(氧化铜、黑镍、黑镉、黑铜等太阳能吸收材料，优选为铜、氮化铝、铝氮铝三层镀膜)。真空夹层可以减少由于空气对流和传导而引起的热损失。
62.集热器217可以整体成形，各界面连接处设有密封连接装置，并通过栓接处理保证内部热介质的密封。内部可选装金属基管件或散热片提高热介质流动接触面，加快集热器217内热介质温度升高。密封连接装置优选采用密封可靠、使用寿命长的部件。
63.在本实施例的方案在具体实施时，集热器217组件形状可根据实际工况需求进行调整，以满足不同车型的需求。太阳能集热模块210还可以使用平板结构的集热器。例如集热器217设置为双层真空平面结构，可在车辆顶端选择适合位置进行安装，例如嵌入式地安装在车顶内，例如替换汽车天窗，管路通过汽车顶棚与内饰棚顶夹层间隙走线，通过介质管
路230与热能储存模块220连接，并进一步接入新能源汽车10的热循环系统120，例如接入电池液冷系统、空调系统、热泵系统。
64.太阳能集热模块210依次包括：遮光膜(优选调光玻璃膜)211、内部太阳能集热涂层212、内部热介质213、内层结构的底面层214、外侧保温隔热处理层215，其中外侧保温隔热处理层215与内层结构的底面层214可以合并为一层，底部还设置有热介质进出口216，以供连接介质管路230。
65.太阳能集热模块210的外形可设计为圆柱体的截面体，该结构吸光面积较小但内部可装热介质容量较大，整体具有较好的吸热热容，并且在实际应用时可根据实施情况串并联多个集热器217，以实现集热部件最大化热能转化。
66.图6是根据本实用新型一个实施例的用于新能源汽车10的热能利用系统中太阳能集热模块210的外形图。太阳能集热模块210可设计为低曲率半球面，该结构可以有效吸光面积大，热效率高，可充分均匀吸收来自各角度照射太阳光。
67.集热器217的受光面设置遮光装置211，在不需要热能转换时，减小受光量。遮光装置211可以为遮光罩，可伸展地布置在受光面上，通过受控地调整覆盖面积来改变受光面的受光量。遮光装置211可以通过机械装置驱动，受控地进行伸展，例如可以采用卷帘式、折叠式的结构。
68.另一种遮光装置211可以采用调光膜，贴附于受光面上，通过受控地调整透明度来改变受光面的受光量。现有技术中的调光膜，利用液晶的光学特征，通过电场可以调整内部液晶分子的分布状态。在断电时，调光玻璃呈透光而不透明的磨砂玻璃状；在通电后，内部液晶分子在电场作用下整齐排列，光线可以自由穿透，调光玻璃变透明。现有的调光膜一般使用于室内装修，实现隐私隔断、投影屏幕等功能。本实施例中创造性地应用于太阳能转换调节方案中，在不需要太阳能集热模块210工作时，可通过开关控制调光膜来阻断太阳光照射太阳能集热器吸收阳光，停止集热。
69.可替代地，调光膜也可以与集热器217的外层玻璃结合为一体，成型为智能调光玻璃。进一步地，遮光装置211可以配置太阳能电池，使用太阳能转换的电力作为调光膜的电源，进一步节省新能源汽车10的用电能耗。
70.本实施例的用于新能源汽车10的热能利用系统中太阳能集热模块210还可以使用太阳能真空管的集热器217。太阳能真空管内外层之间为真空。在内玻璃管的表面采用真空沉积、溅射技术、电化学处理等工艺涂有光谱选择性吸收涂层，用来吸收太阳辐射能。集热器217可以同时使用多根太阳能真空管进行太阳能转换，太阳能真空管的数量可以根据设计要求进行配置。
71.太阳能集热模块210可拆卸地安装于新能源汽车10的车身上。并且在寒冷季节，太阳能集热模块210被安装，以对动力电池进行保温。太阳能集热模块 210在炎热季节被拆下，热能利用系统的热能储存模块220以及介质管路230 用于进行散热。
72.图7是根据本实用新型一个实施例的用于新能源汽车10的热能利用系统中热能储存模块220的外形图。热能储存模块220可以包括：内胆223、保温层 222、以及外壳221。
73.内胆223内部形成介质容纳腔224，并且内胆223为双层真空结构，并且双层真空结构的真空夹层壁上涂有热反射涂层，以减少热量损失。保温层222 包裹在内胆223外侧。外壳221设置于保温层222的外侧。内胆223材质优选耐高温玻璃材质，包含但不局限于硼硅高
温玻璃、石英高温玻璃、钠钙高温玻璃、微晶高温玻璃等。外壳221可以为金属、聚四氟乙烯、工程塑料等材质。外壳221与内胆223间填充有聚氨酯等保温材料制成的保温层222。内部可为液体热介质(包括但不限于防冻液、导热油)或固体相变热储能材料(通过系统管路中热介质进行热交换)。
74.在一些可选实施例中，热能储存模块220可以进一步包括电加热组件225。电加热组件225用于与新能源汽车10的动力电源系统相连接，并配置成动力电源系统的充电电能或者行驶过程中动能回收的电能对内胆223内的热介质进行加热，也就是说电加热组件225可以利用向。在长时间无光照等条件下，太阳能集热模块210无法正常工作供热的情况下，热能储存模块220内的电加热组件225可在动力电池111充电时利用充电设施在充电时提供的额外电能进行加热储能。例如在动力电池充电完成后，进一步向电加热组件225对热介质进行加热。此外还可以利用车辆行驶过程中动能回收产生的电能通过电加热组件 225进行热能储存。
75.电加热组件225以及太阳能集热模块210可以使热介质保持在一个相对较高温度，在动力电池111需要加热保温时，通过介质管路230将热介质传送至汽车的热循环系统120。从而实现电池111的加热保温功能，保障电池111的放电性能，提高电池111活性保证电量和续航里程。
76.本实施例的热能利用系统可以接入动力电池内设置的液冷系统，避免了使用动力电池自身电能进行加热或者散热。对于动力电池没有设置液冷系统的车型也可以为动力电池增加安装外置的液冷系统。
77.图8是根据本实用新型一个实施例的用于新能源汽车10的热能利用系统中控制原理示意图。介质管路230中设置有：循环泵232、阀门组件231。用于新能源汽车的热能利用系统还可以具有控制模块240。循环泵232用于泵送热介质，提供热介质的循环动力。阀门组件231用于切换热介质的通断及流向。
78.控制模块240分别与太阳能集热模块210、热能储存模块220、以及介质管路230分别连接，并用于调整热介质的流向、以及太阳能集热模块210和热能储存模块220的运行状态。控制模块240还可以包括：车辆检测接口243、光照传感器241、plc控制器242。
79.车辆检测接口243用于检测新能源汽车10的车辆状态，例如车辆10的环境温度、行驶状态、动力电池111的温度、空调系统113的运行状态、热泵系统112的运行状态等等。
80.光照传感器241用于检测太阳能集热模块210的阳光照射状态，在一些实施例中光照传感器241的检测结果可用进一步用于预测未来一段时间内的阳光照射状态，例如结合时间、天气等因素进行预测，提前进行相应调整。
81.plc控制器242与车辆检测接口243以及光照传感器241分别连接，用于对太阳能集热模块210、热能储存模块220、以及介质管路230进行控制。plc (programmable logic controller，可编程逻辑控制器)的i/o口丰富，工作可靠，可以可靠地实现与汽车的数据交互以及对太阳能集热模块210、热能储存模块220、介质管路230的调整。
82.控制模块240的控制过程可以为：根据车辆状态以及阳光照射状态确定热能利用模式，并按照热能利用模式对应的控制方案调整热介质的流向、以及太阳能集热模块210和热能储存模块220的运行状态。
83.热能利用模式可以包括太阳能加热模式(对应于光照条件充足的情况)、储热利用
模式(对应于光照条件不足的情况)、电加热模式(对应于无光照或者长时间无光照的情况)、散热模式(对应于动力电池温度较高的情况)。
84.在太阳能加热模式下，太阳能集热模块210对热介质进行加热，介质管路 230将太阳能集热模块加热后的热介质供向热能储存模块220以及热循环系统 120，直至热能储存模块220的热介质达到设定最高温度且实现热循环系统120 的供热需求。设定最高温度可根据需要设置，一般为系统设计的最高(安全) 温度，在该最高温度下，热能储存模块220可以保证热介质稳定的储存。
85.一种具体的工作流程可以为：太阳能集热模块210将热介质加热，达到预设温度时，通过控制模块240控制循环泵232以及阀门组件231，将加热后的热介质循环至热循环系统120(电池液冷系统及整车循环系统等)进行热交换，实现对动力电池111的加热、保温，并作为车辆空调系统113、热泵系统112 的热源。
86.当动力电池111温度达到所需要的温度时，控制模块240控制循环泵232 以及阀门组件231，将经太阳能集热模块210加热的热介质供向热能储存模块 220进行热能储存。
87.在储热利用模式下，太阳能集热模块210停止太阳能转换，介质管路230 将热能储存模块220内的热介质供向热循环系统120，直至实现热循环系统120 的供热需求。也即控制模块240在确定太阳能集热模块210的加热能力不满足集热要求时，利用热能储存模块220内储存的热介质，实现对动力电池111的加热、保温，并作为车辆空调系统113、热泵系统112的热源。太阳能集热模块210停止太阳能转换后可根据情况在热能储存模块220完成储热后，将多余热量循环至太阳能集热模块210，增加二次热能储备。
88.在电加热模式下，太阳能集热模块210停止太阳能转换，利用对动力电池充电的电能或者新能源汽车在行驶过程中动能回收的电能对内胆223内的热介质进行加热。也即在无光照时或长时间无光照的情况下，控制模块240控制电加热组件225利用新能源汽车进行充电时的电能或汽车行驶中动能回收产生的电能，来对热介质进行加热，对热量进行储存。同时控制模块240根据充电时动力电池111的温度控制介质管路230将热介质循环至电池液冷系统。辅助电池111尽快达到理想充放电温度，提高充放电性能、缩短充电时间。
89.在散热模式下，太阳能集热模块210停止太阳能转换，介质管路230使得热介质在热循环系统120中循环，吸收热循环系统120中的热量。当动力电池 111及整车液冷系统温度较高时，控制模块240通过介质管路230将热介质循环至太阳能集热模块210以及热能储存模块220(此时遮光装置开启，停止进行太阳能转换)。对动力电池111及整车液冷系统进行辅助散热，减缓温度升高趋势，提高原车散热效率。太阳能集热模块210停止太阳能转换后仍然可以配合热循环系统120进行热循环散热。
90.上述控制过程，根据车辆状态以及阳光照射状态确定热能利用模式，并按照热能利用模式对应的控制方案调整热介质的流向、以及太阳能集热模块210 和热能储存模块220的运行状态，满足光照条件充足、光照条件稍差、无光照、以及新能源汽车需要散热等不同使用条件的热量需求，大大提高了热能利用系统的使用灵活性。
91.至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。