摘要： 針對混合動(dòng)力汽車動(dòng)力電池低溫性能差、發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難的問題，提出了基于動(dòng)力電池和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻余熱耦合利用方法。利用發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱通過相變材料組成的中間換熱器加熱電池冷卻液，動(dòng)力電池冷卻液流入發(fā)動(dòng)機(jī)水套直接預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)。探討了電池和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液傳熱規(guī)律，構(gòu)建了余熱回收模型，搭建了基于廢熱循環(huán)利用的雙向預(yù)熱模型，利用ANSYS進(jìn)行了模擬仿真；設(shè)計(jì)了基于多級串聯(lián)換熱器的雙向預(yù)熱裝置，實(shí)現(xiàn)了余熱雙向自動(dòng)預(yù)熱功能。開展了混合動(dòng)力汽車的低溫預(yù)熱試驗(yàn)，結(jié)果表明：經(jīng)電池廢熱預(yù)熱后的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體溫度保持在40 ℃，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻余熱則可將電池內(nèi)部溫度保持在30 ℃，有效改善了其工作環(huán)境；同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)低溫起動(dòng)過程中，HC和CO排放量減少了40%以上，驗(yàn)證了所提方法的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞： 混合動(dòng)力汽車；發(fā)動(dòng)機(jī)；動(dòng)力電池；預(yù)熱；余熱利用

DOI： 10.3969/j.issn.1001 2222.2025.01.003

中圖分類號：U469.72" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B" 文章編號： 1001 2222（2025）01 0018 09

隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境污染的加劇，以電動(dòng)汽車為代表的新能源汽車因其節(jié)能減排的特征正在逐步取代傳統(tǒng)汽車^［1］。然而，電動(dòng)汽車面臨著一些挑戰(zhàn)，如續(xù)航里程有限、充電速度慢以及溫度對電池容量的影響^［2］。混合動(dòng)力車（hybrid electric vehicles，HEVs）集合了傳統(tǒng)汽車和電動(dòng)汽車兩者共同優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的同時(shí)，又能夠緩解里程焦慮^［3］?；旌蟿?dòng)力汽車有純電模式、發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)模式等5種工作模式^［4］。純電模式運(yùn)行時(shí)，當(dāng)混合動(dòng)力汽車剩余電量（state of charge，SOC）低于設(shè)定值，發(fā)動(dòng)機(jī)介入工作，系統(tǒng)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)^{［5 6］}。與熱機(jī)起動(dòng)相比，混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)冷機(jī)起動(dòng)燃燒不良、耗油增加、排放惡化^［7］。研究人員通常使用預(yù)熱方法提高發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)性能^［8］。電預(yù)熱塞預(yù)熱點(diǎn)火區(qū)域是內(nèi)燃機(jī)常用的一種預(yù)熱方法^［9］，該方法可以有效減少冷起動(dòng)過程中的排放^［10］。周磊等^［11］通過對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管進(jìn)行預(yù)熱，改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作條件，減少了排放和發(fā)動(dòng)機(jī)磨損。火焰加熱法也被應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱，該方法能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)性能并減少排放^［12］。T. H. HU等^［13］應(yīng)用正溫度系數(shù)熱敏電阻（positive temperature coefficient，PTC）加熱發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油，以此提高發(fā)動(dòng)機(jī)低溫性能。白書戰(zhàn)等^［14］通過燃油加熱器對發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液進(jìn)行預(yù)熱，從而減少冷起動(dòng)期間的燃油消耗和廢氣排放。此外，還有發(fā)動(dòng)機(jī)缸體預(yù)熱方法^［15］和燃油預(yù)熱方法^［16］被用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)性能和減少排放。但是，上述預(yù)熱方法消耗了大量能耗。研究表明，在溫度－40 ℃下，冷卻液預(yù)熱和進(jìn)氣預(yù)熱聯(lián)合應(yīng)用下，預(yù)熱能耗高達(dá)2 557 kJ^［17］。

低溫情況下，混合動(dòng)力汽車鋰電池性能顯著下降^［18］。對鋰電池進(jìn)行預(yù)熱是提高動(dòng)力電池低溫性能的常用手段^［19］。公開報(bào)道的鋰電池預(yù)熱方法一般涉及三類，分別是空氣預(yù)熱、液體預(yù)熱以及相變材料（phase change material，PCM）預(yù)熱^［20］。在電池包內(nèi)部布置電加熱管是比較常用的一個(gè)預(yù)熱方法^［21］。P. AHMAD等^［22］將電池浸入液體進(jìn)行加熱，并探討了液體溫度、速度及電池間距對預(yù)熱性能的影響。將鎳箔植入鋰電池電極之間，可以實(shí)現(xiàn)電池自動(dòng)加熱，能夠快速將電池溫度從－30 ℃提高到0 ℃^［23］。熱電元件（thermoelectric element，TEE）與相變材料PCM相結(jié)合的方法也被應(yīng)用于電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，起到了良好的預(yù)熱效果^［24］。J. B. ZHANG等^［25］提出了一種交流加熱方法，在15 min內(nèi)將電池溫度從－20 ℃提高到5 ℃。L. P. ZHU等^［26］注意到，當(dāng)加熱板放置在電池組下方時(shí)，熱量通過熱傳導(dǎo)間接傳遞到電池組。G. AYAT等^［27］為每個(gè)電池組設(shè)計(jì)并建模了15個(gè)帶有嵌入式流量管的底板。這些方法可以有效提高動(dòng)力電池的低溫性能，增強(qiáng)其充放電特性。上述方法雖然能在一定程度上提高電池內(nèi)部溫度，改善低溫性能，但也消耗了大量電能，縮短了續(xù)航里程^［28］。

本研究根據(jù)HEVs的工作模式和特性，開發(fā)一種雙向預(yù)熱循環(huán)系統(tǒng)。在電驅(qū)動(dòng)模式下，電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛，而發(fā)動(dòng)機(jī)保持不工作狀態(tài)。在此期間，動(dòng)力電池的內(nèi)部溫度升高，需要冷卻。由于發(fā)動(dòng)機(jī)處于非激活狀態(tài)，其內(nèi)部溫度較低，需要進(jìn)行加熱以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的重新起動(dòng)性能。本研究提出利用動(dòng)力電池冷卻液的余熱通過液體流道加熱發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部水套，確保發(fā)動(dòng)機(jī)重新起動(dòng)的最佳條件。這種方法有助于提高經(jīng)濟(jì)性和排放性能，同時(shí)增強(qiáng)動(dòng)力電池的冷卻性能。在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)為車輛提供動(dòng)力，而動(dòng)力電池保持非激活狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部溫度較高，而動(dòng)力電池的內(nèi)部溫度較低。利用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的余熱對動(dòng)力電池內(nèi)部進(jìn)行加熱，可以提高動(dòng)力電池低溫性能和充放電性能。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池的熱模型

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)熱模型

發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率通常在20%～45%之間，剩余熱量以各種形式浪費(fèi)，如輻射、點(diǎn)火損失、排氣損失和冷卻損失^［29］。圖1示出發(fā)動(dòng)機(jī)各部分能量損失的構(gòu)成^［30］。從圖1可知，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)帶走的熱量可以達(dá)到30%～40%，利用該部分浪費(fèi)的熱量可以在低溫條件下預(yù)熱動(dòng)力電池。計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)散熱量，以確定發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收數(shù)值。利用經(jīng)驗(yàn)公式對發(fā)動(dòng)機(jī)散熱量進(jìn)行計(jì)算：

Qw=AgeNehu3 600。（1）

式中：Qw為發(fā)動(dòng)機(jī)散熱量；A為散熱數(shù)值與燃料總熱能的比值；ge為發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率；Ne為輸出功率；hu為汽油低熱值。在利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱進(jìn)行預(yù)熱時(shí)，還需考慮發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率和余熱值的關(guān)系，如圖2所示。

發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器的余熱經(jīng)過中間換熱器傳遞為動(dòng)力電池預(yù)熱。優(yōu)化和分析散熱器結(jié)構(gòu)對提高預(yù)熱效率具有重要意義。圖3和圖4 分別示出發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器冷卻溫度云圖和散熱器出入口溫度變化情況。

圖4示出在－20 ℃時(shí)散熱器出入口溫度變化情況，相應(yīng)的熱量可以用式（2）來表達(dá)：

Qr=cpqm（t1－t2）。（2）

式中：cp為冷卻劑的比定壓熱容；t1為散熱器的入口溫度；qm為散熱器內(nèi)冷卻劑的質(zhì)量流量；t2為散熱器的出口溫度。

1.2 電池余熱模型

電池在工作過程中會(huì)產(chǎn)生熱量，必須及時(shí)散熱，以確保電池安全與性能。電池冷卻方式一般有三種：風(fēng)冷、液冷和直冷。液冷模式提高了動(dòng)力電池的冷卻效率，此外冷卻余熱可用于預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)。離子電池產(chǎn)生的熱量主要包括反應(yīng)熱、歐姆熱、極化熱和副反應(yīng)熱。電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量可用Bernardi公式表達(dá)，但是計(jì)算回收熱量時(shí)需要對公式進(jìn)行改動(dòng)^［31］：

Qe=Ieμ［（E0－E）+TdE0dT］=μIe2R+μIeTdE0dT。（3）

式中：Ie為放電電流；E0為開路電壓；E為端電壓；R為電池內(nèi)阻；T為電池內(nèi)部溫度；μ為傳熱系數(shù)；dE0/dT為電池的溫度影響系數(shù)；IeT（dE0/dT）可以理解為電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)所引起可逆熵變產(chǎn)生的熱量，此熱量可以忽略不計(jì)^［32］。圖5和圖6分別示出動(dòng)力電池溫度云圖和特定條件下的溫升曲線。

電池組產(chǎn)生的熱量在導(dǎo)熱板和液體流之間交換，在電池和熱交換板之間建立熱傳遞關(guān)系：

Qh=wcp（Tc－Tr）。（4）

式中：Qh為電池冷卻液帶走的熱量；w為冷卻液的質(zhì)量流速；cp為冷卻液的比定壓熱容；Tc為電池內(nèi)部換熱器通道的出口溫度；Tr為電池的內(nèi)部換熱器通道的入口溫度。

2 預(yù)熱裝置設(shè)計(jì)及仿真

2.1 雙向預(yù)熱裝置的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)了基于PCM相變材料的多級串聯(lián)加熱裝置（見圖7），由發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器、PCM相變材料換熱器和動(dòng)力電池散熱器組成。HEVs使用電能由電機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，電池內(nèi)部溫度升到臨界值，開始散熱。冷卻液一部分通過三通電磁閥進(jìn)入電池散熱器散熱，另一部分經(jīng)過三通電磁閥，流至第二電磁閥和第三三通閥進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，對發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部進(jìn)行預(yù)熱，然后經(jīng)電子三通節(jié)溫器流至第二個(gè)三通電磁閥，經(jīng)第一電磁閥流回動(dòng)力電池內(nèi)部，形成一個(gè)工作循環(huán)。

HEVs在內(nèi)燃機(jī)工作模式下行駛時(shí)，電池與電機(jī)不工作，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部溫度升高，需要冷卻。冷卻液從發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部流出，經(jīng)電子節(jié)溫器流至發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器，然后經(jīng)四通電磁閥流回發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器溫度升高，經(jīng)過中央換熱器內(nèi)部的相變材料加熱動(dòng)力電池散熱器內(nèi)部冷卻液，被加熱后的電池散熱器轉(zhuǎn)換成加熱器熱源，冷卻液經(jīng)第一循環(huán)泵流至電池內(nèi)部，加熱電池后，經(jīng)三通電磁閥回到電池散熱器內(nèi)部，完成電池預(yù)熱。

2.2 仿真分析

發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱動(dòng)力電池仿真：在仿真過程中，冷卻液選用體積比為50%的乙二醇混合液，密度為1 024 kg/m3，初始溫度為－20 ℃。在穩(wěn)態(tài)計(jì)算模式下，假設(shè)冷卻液在發(fā)動(dòng)機(jī)水套中的流動(dòng)是湍流且存在熱交換，同時(shí)流體是不可壓縮的。發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定工況（6 000 r/min）下的水泵流量為2 kg/s，湍動(dòng)能為0.02 m2/s2，湍動(dòng)能尺度為1 mm。

每塊冷卻液板初始入口質(zhì)量流速設(shè)置為5 g/s。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行710 s后開始對動(dòng)力電池的液體冷卻管路加熱。電池散熱器由發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器加熱，將動(dòng)力電池的冷卻管路轉(zhuǎn)換為加熱管路，加熱溫度云圖如圖8所示。1 140 s后，供暖管道的平均溫度達(dá)到55 ℃。

動(dòng)力電池預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)仿真：初始環(huán)境溫度為－20 ℃，設(shè)置放電電流為60 A，冷卻液進(jìn)口為質(zhì)量流量進(jìn)口，每塊液冷板內(nèi)冷卻液初始進(jìn)口質(zhì)量流量為 5 g/s，出口為壓力出口。加熱過程如圖9所示，在第1 500 s時(shí)，缸套溫度達(dá)到40 ℃。理論仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性。

3 試驗(yàn)與討論

3.1 動(dòng)力電池余熱預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)

為了驗(yàn)證該雙向預(yù)熱系統(tǒng)低溫預(yù)熱效果，開展了發(fā)動(dòng)機(jī)和電池低溫條件下的預(yù)熱對比試驗(yàn)。首先是在純電驅(qū)動(dòng)工況下利用電池冷卻余熱直接加熱發(fā)動(dòng)機(jī)水套和缸體。將車輛置放于－20 ℃的冷庫中2 h，確保車內(nèi)及發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)平均溫度達(dá)到（－20±2） ℃，環(huán)境濕度設(shè)置為55%。試驗(yàn)車輛及設(shè)備見表1。

設(shè)置了3組對比試驗(yàn)：1）混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)；2）采用傳統(tǒng)正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）預(yù)熱器；3）采用雙向預(yù)熱裝置（此時(shí)為電池余熱為發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱）。PTC的功率為10 kW，用于加熱汽油機(jī)小循環(huán)缸內(nèi)冷卻液。發(fā)動(dòng)機(jī)油耗測試儀為FCM 05，冷卻液流量測試儀為U2000超聲波測試儀，發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放測試儀器為MQW 511。表2列出排放測試儀的關(guān)鍵參數(shù)。為了簡化試驗(yàn)，采用DC 4020恒溫水箱替代動(dòng)力電池冷卻液的余熱熱源。表3列出DC 4020裝置的基本參數(shù)。試驗(yàn)臺架布置如圖10所示。

用恒溫水箱模擬動(dòng)力電池冷卻液，并加熱發(fā)動(dòng)機(jī)水套，每60 s記錄一次發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部水溫。此外，需測量發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱期間的燃料消耗量、HC和CO排放量。試驗(yàn)開始后，動(dòng)力電池內(nèi)部溫度逐漸升高，達(dá)到設(shè)定值后，動(dòng)力電池余熱為發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱。此時(shí)記錄發(fā)動(dòng)機(jī)在不同起動(dòng)條件下冷卻液溫升情況，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)累計(jì)油耗、排放情況以及起動(dòng)過程中的耗能的測試結(jié)果，如圖11至圖16所示。

圖11示出發(fā)動(dòng)機(jī)低溫起動(dòng)過程中冷卻液溫升規(guī)律。當(dāng)電池的冷卻廢熱用于預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，設(shè)電池原始加熱溫度為40 ℃（實(shí)際溫度隨著SOC變化實(shí)時(shí)改變），發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度在3.5 min內(nèi)達(dá)到85 ℃。相反，當(dāng)使用電預(yù)熱時(shí)，需要7 min才能達(dá)到85 ℃，而在沒有任何預(yù)熱的情況下，需要10 min才能達(dá)到相同的溫度。因此，利用動(dòng)力電池的余熱預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)可顯著縮短發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)時(shí)間。

圖12示出試驗(yàn)過程中發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)累計(jì)油耗。發(fā)動(dòng)機(jī)在冷起動(dòng)（無預(yù)熱）過程中消耗291 g燃料，采用PTC加熱方法預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)，則能有效減少冷起動(dòng)油耗至252 g，而采用余熱預(yù)熱的方法僅消耗燃油194 g。

圖13示出試驗(yàn)過程中發(fā)動(dòng)機(jī)的HC排放量，圖14示出CO排放量。對比發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)到暖機(jī)結(jié)束這段時(shí)間內(nèi)排放可知：冷起動(dòng)（無預(yù)熱）過程中HC和CO的排放量高達(dá)40.5 g和15.7 g，PTC預(yù)熱后發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間HC和CO的排放量分別為34.4 g和11.6 g，而余熱預(yù)熱的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)排放量僅為20.2 g和8.6 g。

圖15示出動(dòng)力電池為發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱期間電池內(nèi)部溫度變化情況。從圖中可以看出，雙向預(yù)熱的方法與傳統(tǒng)液冷相比能夠更加有效地降低電池內(nèi)部溫度，起到了良好的散熱效果。

圖16示出不同試驗(yàn)方法的預(yù)熱能耗對比情況。從圖16可知：PTC預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的能耗達(dá)到了980 kJ；利用電池余熱為發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱的方法在試驗(yàn)過程中僅耗能29 kJ，主要用于電池和發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)泵運(yùn)轉(zhuǎn)；冷起動(dòng)情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱能耗則為0 kJ。

3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)余熱預(yù)熱動(dòng)力電池試驗(yàn)

試驗(yàn)溫度、濕度條件同上，試驗(yàn)過程中利用恒溫水箱模擬發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器熱源，通過PCM為電池散熱器加熱，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器作為熱源為動(dòng)力電池預(yù)熱。同樣設(shè)置3組對比試驗(yàn)：采用5 kW PTC傳統(tǒng)電池預(yù)熱、采用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱預(yù)熱和不預(yù)熱。記錄動(dòng)力電池在預(yù)熱過程中預(yù)熱耗能量、電池溫升、電池內(nèi)阻以及電池溫度一致性。試驗(yàn)臺架如圖17所示，結(jié)果如圖18至圖21所示。

動(dòng)力電池內(nèi)部溫升試驗(yàn)結(jié)果如圖18所示。從圖中可知，PTC預(yù)熱的動(dòng)力電池需要17.5 min達(dá)到30 ℃，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻余熱為電池預(yù)熱溫度上升最快，第9 min達(dá)到30 ℃。沒有任何預(yù)熱措施的電池內(nèi)部溫度上升最慢。圖19示出試驗(yàn)過程中電池內(nèi)阻的變化曲線。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻余熱預(yù)熱試驗(yàn)中電池內(nèi)阻下降最快，PTC預(yù)熱次之，無預(yù)熱的電池內(nèi)阻下降則較慢。

圖20示出試驗(yàn)過程中能耗對比。PTC預(yù)熱過程中在第10 min能耗達(dá)到580 kJ；發(fā)動(dòng)機(jī)余熱為電池預(yù)熱10 min僅耗能30 kJ，主要用于循環(huán)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)；沒有預(yù)熱措施的電池能耗為0 kJ。

圖21示出不同預(yù)熱試驗(yàn)中電池一致性對比結(jié)果，采用電池內(nèi)部最高溫度與最低溫度的差異來表征。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻余熱為電池預(yù)熱時(shí)的溫差較大，達(dá)到了9.2 ℃，溫差隨試驗(yàn)時(shí)間增長而減?。籔TC預(yù)熱過程中的溫差最大為7.9 ℃；沒有預(yù)熱措施的電池一致性最好。雙向預(yù)熱系統(tǒng)雖然能夠減少電池預(yù)熱能耗，但是對電池一致性影響較大，進(jìn)一步影響了電池的安全性、能量密度及壽命。

4 結(jié)論

a） 基于廢熱循環(huán)利用的預(yù)熱方法能夠有效解決混合動(dòng)汽車在特定工況下低溫預(yù)熱問題，在－20 ℃時(shí)，能夠以微弱能耗將動(dòng)力電池預(yù)熱至30 ℃，將發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱到40 ℃，有效改善了發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池的低溫運(yùn)行條件；

b） 與現(xiàn)有的混合動(dòng)力汽車相比，雙向預(yù)熱方法在縮短發(fā)動(dòng)機(jī)和電池50%以上預(yù)熱時(shí)間的基礎(chǔ)上，將預(yù)熱能耗降低了90%以上，減少了冷起動(dòng)期間40%以上的污染物排放量；

c） 基于廢熱利用的雙向預(yù)熱方法在預(yù)熱過程中造成了電池內(nèi)部溫度不一致，降低了其壽命和安全性，未來將重點(diǎn)研究在預(yù)熱過程中的控制策略，以解決預(yù)熱過程中由于溫差較大造成的不一致性。

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Preheating of Engine Power Battery for Hybrid Electric Vehicle Based on Waste Heat Recycling Utilization

DING Peng^1，2，ZHANG Meijuan^1，2，GU Xiaoyong^1，2，ZHANG Pengbo^1，3，GAO Liang1

（1.Wuxi Institute of Technology，Wuxi 214121，China;2.Jiangsu Engineering Research Center of New Energy Vehicle Energy Saving and Battery Safety，Wuxi 214121，China;3.Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China）

Abstract： For the issues of poor low temperature performance of hybrid vehicle power battery and difficulty in engine starting， a method for coupled utilization of waste heat from the power battery and engine cooling system was proposed. The waste heat from the engine was utilized to heat the battery cooling liquid through an intermediate heat exchanger composed of phase change materials， and the heated battery cooling liquid flowed into the engine water jacket to directly preheat the engine. The heat transfer law of battery and engine cooling liquid was discussed， a waste heat recovery model was constructed， a bidirectional preheating model based on waste heat recovery was established， and the simulation was conducted by using ANSYS software. A bidirectional preheating device based on multi stage series heat exchanger was designed to achieve automatic bidirectional preheating functionality using waste heat. Low temperature preheating experiments for hybrid vehicles were finally carried out. The results show that the engine block temperature remains at 40 ℃ after preheating by the battery waste heat， and the engine cooling waste heat maintains the internal battery temperature at 30 ℃， which effectively improves the working environment. Meanwhile， during the engine low temperature starting process， HC and CO emissions reduce by over 40%， verifying the superiority of the proposed method.

Key words： hybrid vehicle;engine;power battery;preheating;waste heat recycling

［編輯： 袁曉燕］