混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)與動(dòng)力電池冷卻余熱雙向循環(huán)預(yù)熱

丁 鵬，鄒 曄，張美娟，蔣 豪，張鵬博

（無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院，無錫 214121，中國）

冬季高寒地區(qū)氣溫低，發(fā)動(dòng)機(jī)可燃混合氣霧化效果差，引起點(diǎn)火困難和燃燒遲緩，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降[1-3]，燃燒不充分，形成積碳，排放惡化，燃油消耗量增加[4-5]；低氣溫還影響發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油的工作品質(zhì)，導(dǎo)致潤滑油粘度增加，流動(dòng)性差，造成機(jī)械磨損加劇，減少發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命[6-8]。對(duì)混合動(dòng)力車動(dòng)力電池而言，低溫減少動(dòng)力電池的容量，降低動(dòng)力電池的充電和放電效率[9-10]，影響動(dòng)力電池的可靠性和使用壽命，甚至引安全事故[10-13]。

為了改善發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池的低溫運(yùn)行性能，學(xué)者們做了大量的研究，取得了豐碩的成果。CHENG Yong等開展了缸內(nèi)直噴汽油機(jī)冷起動(dòng)模擬試驗(yàn)，通過設(shè)置適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火時(shí)刻提高發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)能力[14]；HU Tiegang等研究了發(fā)動(dòng)機(jī)的在冷起動(dòng)和暖機(jī)過程中的燃燒和排放特性，提出了在發(fā)動(dòng)機(jī)添加甲醇以改善發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)性能的方法[15]；冀樹德等采用噴起動(dòng)液和曲軸箱空氣加熱的方法促進(jìn)了潤滑油的流動(dòng)性，減少發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦阻力，提高了機(jī)體溫度，促進(jìn)了發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)成功[16]；佘金平等采用高壓油泵后加熱流經(jīng)高壓管燃油的方法，改善了直噴發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)和排放性能[17]；王永川等研究了一種相變儲(chǔ)能裝置，將發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣余熱儲(chǔ)存在相變材料中，用于發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)前對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行預(yù)熱以改善冷啟動(dòng)性能[18]。

電池方面，在低溫環(huán)境下，混合動(dòng)力車動(dòng)力電池可用容量減少[19-20]。低溫還導(dǎo)致動(dòng)力電池功率特性下降，充放電效率變差[21]。針對(duì)動(dòng)力電池低溫性能差，使用受到限制的情況，學(xué)者們做了一定的研究。黃鈺期等采用流體動(dòng)力學(xué)仿真的方法計(jì)算分析了動(dòng)力電池分塊化加熱效果[22]；何錫添等采用電池變頻變幅交流低溫自加熱策略取得了良好的加熱效果[23]；熊瑞提出一種結(jié)合交流電內(nèi)部加熱和寬線金屬膜外部加熱的復(fù)合加熱方法，提升了動(dòng)力電池的加熱效果[24]。

本文提出利用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻余熱通過熱轉(zhuǎn)換裝置為電池內(nèi)部供熱，使動(dòng)力電池內(nèi)部溫度保持在一定的范圍，提高動(dòng)力電池低溫容量和安全性能，延長電池的使用壽命。同時(shí)動(dòng)力電池工作時(shí)（此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不工作），利用動(dòng)力電池的余熱通過熱轉(zhuǎn)換裝置為發(fā)動(dòng)機(jī)供熱，使發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池內(nèi)部始終保持一定的溫升范圍，提高發(fā)動(dòng)機(jī)低溫再次起動(dòng)的能力。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器余熱模型

發(fā)動(dòng)機(jī)通過散熱器為動(dòng)力電池預(yù)熱提供熱源，為了從理論上計(jì)算動(dòng)力電池得到的發(fā)動(dòng)機(jī)余熱量數(shù)值，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器散熱量進(jìn)行建模分析。

假設(shè)已知冷卻液類型，其動(dòng)力黏度與密度等物理參數(shù)確定，散熱器內(nèi)部冷卻液流速設(shè)定為

其中：qr為散熱器內(nèi)冷卻液體積流量，S為散熱器內(nèi)流道過流面積。

散熱器內(nèi)冷卻液質(zhì)量流量為

其中，ρr為冷卻液密度。

冷卻液在散熱器內(nèi)部流動(dòng)消耗為

其中：p1為散熱器進(jìn)液口壓力，p2為散熱器出液口壓力。

散熱器散熱量為

其中：cp為冷卻液的定壓比熱容，t1為散熱器進(jìn)液口溫度，t2為散熱器出液口溫度。

2 電池余熱模型

車用動(dòng)力電池冷卻方式目前有液冷模式、風(fēng)冷模式2種。與風(fēng)冷模式相比，液冷模式冷卻效率更高，電池液冷余熱可作為發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)預(yù)熱熱量來源。電池液冷系統(tǒng)模型有多種[25-26]，本文給出的物理模型如圖1所示。每組電池內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)熱墊，導(dǎo)熱墊能夠確保模組與液冷板底部接觸良好，及時(shí)將熱量帶出。

圖1 電池水冷模型及實(shí)物圖

鋰離子電池工作工程中產(chǎn)生熱量主要由歐姆熱、反應(yīng)熱、極化熱及副反應(yīng)熱4部分構(gòu)成。鋰電池發(fā)熱量計(jì)算方式有多種，本文使用經(jīng)典Bernardi公式[27]計(jì)算，其電池水冷余熱量為

其中：Ie為電池的放電電流，E0為電池的開路電壓；E為電池的端電壓；R1為電池內(nèi)阻；T為電池內(nèi)部溫度； 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)[28]。

電池組產(chǎn)生的熱量通過電池片與液流換熱器之間換熱，根據(jù)換熱器結(jié)構(gòu)，建立電池?zé)崃颗c液流換熱片之間的傳熱關(guān)系：

其中：pme電池冷卻液質(zhì)量流量，Tc電池內(nèi)部換熱片流道液流出口溫度，Tr電池內(nèi)部換熱片流道液流出口溫度，mb為電池整體質(zhì)量，T0電池包內(nèi)部初始溫度，Tp為電池組熱平衡之后達(dá)到的溫度，Cd為動(dòng)力電池的綜合熱容，q為電池生熱功率，k為電池內(nèi)部傳熱系數(shù)，A為電池內(nèi)部傳熱面積。

其中：Aib冷卻液側(cè)換熱面積，Db為液流通道壁厚，λb換熱片結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)，Dd電池的厚度，λd為電池導(dǎo)熱系數(shù)，hl冷卻液對(duì)流換熱系數(shù)，由Nusselt數(shù)和流道直徑?jīng)Q定[29]。

3 雙向換熱系統(tǒng)模型

發(fā)動(dòng)機(jī)與動(dòng)力電池雙向換熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

圖2 雙向換熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)混合動(dòng)力車工作在電驅(qū)動(dòng)行駛模式時(shí)，動(dòng)力電池對(duì)外放電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不工作。根據(jù)式（6）可知，電池內(nèi)部溫度逐漸上升，當(dāng)電池內(nèi)部溫度達(dá)到設(shè)定臨界點(diǎn)，需要對(duì)電池內(nèi)部進(jìn)行冷卻，冷卻液從動(dòng)力電池出水口M點(diǎn)經(jīng)三通閥分兩路流出，一路流至動(dòng)力電池的加散熱器，進(jìn)行冷卻；另一路經(jīng)電磁閥2，流至G點(diǎn)，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，加熱發(fā)動(dòng)機(jī)之后，由節(jié)溫器傳輸至F點(diǎn)，然后經(jīng)過電磁閥1回流至動(dòng)力電池，形成一個(gè)工作循環(huán)。有效冷卻了動(dòng)力電池，同時(shí)完成了發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的加熱，使發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部水溫保持在較高點(diǎn)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)再次起動(dòng)時(shí)具有良好的工作環(huán)境。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)內(nèi)部溫度較高，需要液冷。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液可用于給動(dòng)力電池加熱。發(fā)動(dòng)機(jī)溫度上升，開啟大循環(huán)，冷卻液從散熱器散熱，一部分熱量散發(fā)至空氣中，另一部分熱量經(jīng)過傳熱介質(zhì)傳導(dǎo)至動(dòng)力電池的熱換器，熱換器內(nèi)部的冷卻液接受加熱，在動(dòng)力電池循環(huán)泵的作用下流入動(dòng)力電池內(nèi)部，完成電池內(nèi)部的保溫。由于熱換器起到加熱作用又起到散熱功能，因此傳熱介質(zhì)選取相變材料（phase change material，PCM），實(shí)現(xiàn)吸熱冷卻和放熱加熱一體化，能夠達(dá)到自動(dòng)雙向熱控的目的，并且熱效率相對(duì)高，恒溫特性強(qiáng)。

為了考察PCM的傳熱特性，探討熱換器內(nèi)部的各點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)分布狀態(tài)，需要對(duì)熱換器傳熱進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。假設(shè)熱量在熱換器內(nèi)部均勻傳播，且對(duì)空氣散熱忽略不計(jì)。對(duì)PCM進(jìn)行微觀化，設(shè)熱交換器由多個(gè)均勻圓柱體組成，圓柱橫截面積很小，且為常數(shù)B。PCM的密度為ρ，定壓比熱容為cp，熱傳導(dǎo)系數(shù)為K，設(shè)y軸與圓柱體重合，則如圖3所示。

圖3 熱換器微觀模型

以u(píng)(y,t)表示y點(diǎn)時(shí)刻溫度，相變材料（PCM）的熱傳導(dǎo)方程為

其中：a為材料的熱擴(kuò)散系數(shù)，f(y,t)為發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器傳遞的熱源?，F(xiàn)將溫度u(x,t) 在 (x0,t0)點(diǎn)沿y向前后h展開為Taylor級(jí)數(shù)，有：

由式(9)和(10)，可得

將溫度u(x,t) 在(x0,t0)點(diǎn)沿t向前τ展開為Taylor級(jí)數(shù)，有

由式（14）可知圓柱體任意位置各個(gè)時(shí)刻的溫度可由之前一個(gè)時(shí)刻3個(gè)相鄰位置點(diǎn)的溫度獲得。利用迭代法，即可計(jì)算熱換器各點(diǎn)的溫度分布狀況，亦可求出傳熱量[30]。根據(jù)上述理論模型分析，以預(yù)熱裝置整體長寬厚信息分別為40、20、15 cm為例，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液流經(jīng)散熱器、傳熱介質(zhì)以及電池加熱器過程的溫度分布規(guī)律，散熱器入口溫度為90 ℃，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液流率為80 L/min的情況下，仿真換熱系統(tǒng)各部分溫度分布，如圖4所示。

圖4 熱換器溫度分布規(guī)律

由如圖4可知：靠近發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器入口處溫度最高，達(dá)到89 ℃，靠近出口處的溫度相對(duì)較低。隨著熱換器的散熱及其距離的延伸，熱換器內(nèi)部溫度逐漸降低，在靠近動(dòng)力電池加器入口溫度降至28 ℃，滿足動(dòng)力電池加熱的條件，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

4 控制模式

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器散熱量及傳熱規(guī)律的分布，結(jié)合動(dòng)力電池放熱特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于基本邏輯門控制策略的發(fā)動(dòng)機(jī)和電池余熱雙向預(yù)熱方法。在考慮并聯(lián)式混合動(dòng)力車工作方式的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了面向發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池的雙向預(yù)熱控制模式。

當(dāng)混合動(dòng)力車工作在發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式時(shí)，此時(shí)動(dòng)力電池不工作，系統(tǒng)根據(jù)電池包內(nèi)部溫度決定是否為其預(yù)熱，此時(shí)控制模式可用式（14）表示：

gbcs為電池預(yù)熱的控制模式，其值為0表示電池不預(yù)熱，f(upm)為電池預(yù)熱函數(shù)，ET為電子節(jié)溫器的狀態(tài)，ET = 0表示電子節(jié)溫器不打開，ET = 1表示節(jié)溫器打開。式（14）說明當(dāng)電池包內(nèi)部溫度大于20 ℃時(shí)，電池內(nèi)部無需加熱。當(dāng)電池包內(nèi)部溫度小于20 ℃時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)溫器不打開，則電池仍不預(yù)熱；節(jié)溫器打開時(shí)，開啟發(fā)動(dòng)機(jī)余熱預(yù)熱電池模式。

當(dāng)動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)汽車行駛時(shí)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，此時(shí)使用電池余熱為發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體預(yù)熱，以便再次啟動(dòng)時(shí)，有較好的工作條件，此時(shí)的控制模式可用式（15）表示：

gewh為發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱控制模式，其值為0時(shí)，表示不預(yù)熱。θe為發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部溫度。當(dāng)電池包內(nèi)部溫度小于35 ℃，此時(shí)電池不對(duì)外放熱，發(fā)動(dòng)機(jī)不預(yù)熱； 當(dāng)電池內(nèi)部溫度大于35 ℃，且發(fā)動(dòng)機(jī)溫度大于75 ℃時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)無需預(yù)熱，電池包通過熱換器冷卻，但不對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱;當(dāng)電池內(nèi)部溫度大于35 ℃，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度大于75 ℃時(shí)，且發(fā)動(dòng)機(jī)溫度大于電池內(nèi)部溫度時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)仍不預(yù)熱，電池包通過熱換器冷卻，不對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱; 只有當(dāng)電池內(nèi)部溫度大于35 ℃，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度大于75 ℃時(shí)，且發(fā)動(dòng)機(jī)溫度小于電池內(nèi)部溫度時(shí)，此時(shí)電池包通過發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體散熱，且為發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱。

5 低溫試驗(yàn)

為了驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)與電池余熱雙向預(yù)熱裝置的預(yù)熱效果，開展了發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池的低溫對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)分為二階段進(jìn)行，第1階段為電池動(dòng)力余熱為發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱。試驗(yàn)條件為將試驗(yàn)車輛及設(shè)備置于-20℃冷庫中，放置2 h，確保車輛各部分溫度處于（-20±2）℃，風(fēng)機(jī)模擬車速為20 m/s，環(huán)境濕度為55%，發(fā)動(dòng)機(jī)及動(dòng)力電池的相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力電池試驗(yàn)參數(shù)表

為了更加直觀地展示電池余熱為發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱效果，設(shè)置了2組試驗(yàn)，即動(dòng)力電池余熱預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)和外加電源加熱預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)。外加電源預(yù)熱裝置為一個(gè)10 kW的管道容積式PTC加熱器，用于加熱發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)冷卻液。測(cè)試設(shè)備使用FCM-05型發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)油耗測(cè)試儀，其精度為1%。ACCG-13型底盤測(cè)功機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液流量使用U2000型超聲波測(cè)試儀檢測(cè)。使用負(fù)溫度系數(shù)熱探針式敏電阻測(cè)量溫度，型號(hào)為GA100K6MCD1。實(shí)驗(yàn)過程：點(diǎn)火冷起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，利用底盤測(cè)功機(jī)給汽車加載負(fù)荷，使用超聲波檢測(cè)儀測(cè)試從電池冷卻流至發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)內(nèi)部液流流量, 測(cè)得80 L/min。發(fā)動(dòng)機(jī)分別在外接10 kW管道容積式PTC預(yù)熱下起動(dòng)和電池余熱預(yù)熱條件下起動(dòng)。每隔60 s分別采集發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部水溫（θ），并記錄繪制發(fā)動(dòng)機(jī)溫升圖，如圖5所示。

由圖5可知，發(fā)動(dòng)機(jī)在外接電源加熱器的預(yù)熱下，溫度上升比較快，并在11 min達(dá)到峰值，此后一直保持在較高溫度，發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱效果良好。電池冷卻余熱加熱效果相對(duì)較差，前10 min，電池余熱對(duì)外不輸出余熱，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)加熱，溫度一直保持在-20 ℃左右。從第11 min開始，電池對(duì)外放熱并加熱發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液。發(fā)動(dòng)機(jī)水溫上升非常緩慢，在29 min時(shí)，按到峰值51 ℃，此后一直在峰值波動(dòng)。對(duì)比兩者的加熱曲線圖，可知發(fā)動(dòng)機(jī)外接電源加熱效果好，發(fā)動(dòng)機(jī)溫升速度快，而電池余熱加熱過程溫升緩慢，且峰值溫度較低，加熱效果相對(duì)較差。

為了驗(yàn)證與對(duì)比電池余熱為發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱效果，還進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)節(jié)油試驗(yàn)。將試驗(yàn)車輛置放于-10 ℃冷庫中4 h，確保全車溫度均等。分別對(duì)比冷起動(dòng)條件下發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率、外接電源加熱條件下發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)燃油消耗率以及動(dòng)力電池余熱加熱條件下發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的燃油消耗率。為了真實(shí)的模擬汽車行駛工況，設(shè)定動(dòng)力電池放電至60%產(chǎn)生的熱量預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)分別在3種條件下起動(dòng)，即：沒有任何預(yù)熱條件下起動(dòng)、外接10 kW管道容積式PTC預(yù)熱、電池余熱預(yù)熱條件。使用油耗測(cè)試儀分別記錄3種起動(dòng)條件下發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)油耗，計(jì)算5 ～ 30 s內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)平均油耗，并繪制發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)的燃油消耗率(Q)對(duì)比圖，如圖6所示。

圖5 2種預(yù)熱情況下發(fā)動(dòng)機(jī)溫升情況

圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)燃油消耗率

從圖6可知發(fā)動(dòng)機(jī)在沒有任何加熱條件下燃油消耗率最高。在起動(dòng)后10 s內(nèi)，使用動(dòng)力電池余熱加熱的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率比外接電源加熱預(yù)熱的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率要小，但10 s之后，外接電源預(yù)熱溫度逐漸上升，對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率逐漸降低。通過分析，可知?jiǎng)恿﹄姵赜酂釣榘l(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱的方法，能夠在一定程度上降低發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)的燃油消耗率，達(dá)到了預(yù)期目的。

根據(jù)已經(jīng)建立的雙向預(yù)熱控制模型，設(shè)計(jì)了不同加熱條件下動(dòng)力電池的溫升試驗(yàn)。將動(dòng)力電池置于-20 ℃的環(huán)境下靜置4 h后，確保電池內(nèi)部溫度均等。分別記錄5 kW外接電加器、發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱裝置和無預(yù)熱時(shí)的電池自放電溫度上升情況，為了更加真實(shí)地模擬汽車行駛工況，設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)工作30 min，節(jié)溫器打開之后由發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱電池包。電池溫度(θb)上升曲線如圖7表示。

圖7 電池溫度上升曲線

由圖7可知：電池?zé)o預(yù)熱情況下自放電溫升速率非常慢，1 200 s的時(shí)間上升了6.9 ℃，電池包溫度容量低。電池包在外接5 kW電源加熱條件下，溫度上升速率呈現(xiàn)先低后高的特點(diǎn)，并在第1 200 s時(shí)到達(dá)到電池正常工作所需溫度。發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱電池溫度上升速率非常大，在第300 s即可達(dá)到電池正常工作所需最低溫度，在第540 s達(dá)到電池內(nèi)部保溫最高點(diǎn)29 ℃，加熱效果非常優(yōu)異。

為了驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型和仿真結(jié)果的可靠性，還對(duì)熱換器的進(jìn)水口、出水口溫度進(jìn)行了測(cè)量，記錄結(jié)果為進(jìn)水口溫度為32.9 ℃，出水口溫度為31 ℃。圖4的仿真結(jié)果顯示進(jìn)水口溫度為32.1 ℃，出水口溫度為30.3 ℃。對(duì)比仿真與試驗(yàn)結(jié)果可知進(jìn)水口與出水口的誤差分別為2.4%和2.2%，說明數(shù)學(xué)模型和仿真仿真方法的可行性較高。

圖8為電池預(yù)熱過程中的耗能（Eb）情況，以此來對(duì)比發(fā)動(dòng)機(jī)余熱預(yù)熱電池過程的節(jié)能效果。

從圖8可知：外接電源加熱耗能大于發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱耗能，并且隨著時(shí)間的推進(jìn)，兩者之間的差距越來越大。在450 s時(shí)，電加熱耗能是發(fā)動(dòng)機(jī)余熱耗能的20倍，說明發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱電池能夠明顯降低耗能，節(jié)約能量。

圖8 電池加熱耗能對(duì)比圖

6 結(jié) 論

探索了發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池冷卻余熱利用的新途徑，在建立發(fā)動(dòng)機(jī)與動(dòng)力電池余熱模型的基礎(chǔ)上，提出了一種發(fā)動(dòng)機(jī)與電池冷卻余熱再利用的雙向循環(huán)預(yù)熱方法，通過溫升和節(jié)能試驗(yàn)，溫升對(duì)比曲線圖，得出了以下結(jié)論：

1） 在發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)，動(dòng)力電池余熱能為發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱，但與常規(guī)電加熱相比，效果不佳，該系統(tǒng)能夠在一定程度上提升發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體內(nèi)水溫溫度，使發(fā)動(dòng)機(jī)水溫保持在51℃，節(jié)約了發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)的能量消耗率，提高了燃油效率。

2） 在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱為動(dòng)力電池預(yù)熱，使動(dòng)力電池溫度保持在29 ℃。與常規(guī)電加熱相比，該系統(tǒng)預(yù)熱溫升快，能量消耗低，有效解決了并聯(lián)式混合動(dòng)力車動(dòng)力電池低溫預(yù)熱的問題。

3） 對(duì)比試驗(yàn)與仿真結(jié)果顯示，誤差率在可接受范圍，從而證實(shí)了數(shù)學(xué)模型的正確性，該模型為分析混合動(dòng)力車發(fā)動(dòng)機(jī)與動(dòng)力電池冷卻余熱再利用提供了理論基礎(chǔ)，對(duì)混合動(dòng)力車預(yù)熱產(chǎn)品的研制和設(shè)計(jì)具有一定的工程價(jià)值。