一种混合动力热管理系统及其控制方法和控制系统与流程

本发明涉及混合动力飞行器推进，尤其涉及一种混合动力热管理系统及其控制方法和控制系统。

背景技术：

1、混合动力系统在运行中会不可避免的产生热量，即使电机效率达到96％以上，对于1mw级的推进系统单个电机仍有40kw的热量产生，尤其在起飞和初始爬升阶段，系统的产热达到峰值，但外界空气温度高，可用的热沉较少，给散热设计带来巨大的挑战。其次，随着混合动力散热需求的增加，热管理系统重量和功耗也在增加，最终影响混合动力平台的性能，因此仅靠增加系统体积和重量的方式来解决散热问题是不可取的，需要提出新的方案在引入较低代价的基础上解决散热难的问题。

2、现阶段，当利用换热器将电子系统的热量交换到冷却介质水中，不仅需要一套冷却液补给系统，增加了成本与工作时间。当利用冷却回路对系统各部件进行冷却，并通过风冷换热器将热量散至空气中，会因为设置了风冷换热器导致系统重量大幅增加，提高了散热成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种混合动力热管理系统及其控制方法和控制系统，能够以较低的成本对混合动力系统进行散热。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种混合动力热管理系统，包括：

3、空气-吸热介质换热器、蒸发器、可控阀门、水蒸汽排放装置、第一储液罐以及混合动力热量收集装置；

4、所述混合动力热量收集装置的吸热介质出口通过所述可控阀门分别与所述空气-吸热介质换热器的吸热侧入口和所述蒸发器的吸热侧入口连接，所述空气-吸热介质换热器的放热侧与空气冷却流路连通，所述第一储液罐与所述蒸发器的放热侧入口连接，所述蒸发器的放热侧出口与水蒸汽排放装置连接，所述空气-吸热介质换热器的吸热侧出口以及蒸发器的吸热侧出口均与所述混合动力热量收集装置的吸热介质入口连接；

5、当所述混合动力热管理系统处于液冷模式时，所述可控阀门导通所述混合动力热量收集装置的吸热介质出口与所述蒸发器的吸热侧入口的通路，所述可控阀门还关断所述混合动力热量收集装置的吸热介质出口与所述空气-吸热介质换热器的吸热侧入口之间的通路；

6、当所述混合动力热管理系统处于空冷模式时，所述可控阀门导通所述混合动力热量收集装置的吸热介质出口与所述空气-吸热介质换热器的吸热侧入口之间的通路，所述可控阀门还关断所述混合动力热量收集装置的吸热介质出口与所述蒸发器的吸热侧入口的通路。

7、与现有技术相比，本发明提供的混合动力热管理系统包括空气-吸热介质换热器、蒸发器、空气冷却流路、可控阀门、水蒸汽排放装置、第一储液罐以及混合动力热量收集装置。其中，混合动力热量收集装置的吸热介质出口通过可控阀门分别与空气-吸热介质换热器的吸热侧入口和蒸发器的吸热侧入口连接，空气-吸热介质换热器的放热侧与空气冷却流路连通，第一储液罐与蒸发器的放热侧入口连接，蒸发器的放热侧出口与水蒸汽排放装置连接，空气-吸热介质换热器的吸热侧出口以及蒸发器的吸热侧出口均与混合动力热量收集装置的吸热介质入口连接。

8、当混合动力热管理系统处于空冷模式时，可控阀门导通混合动力热量收集装置的吸热介质出口与空气-吸热介质换热器的吸热侧入口之间的通路，使得吸热介质从混合动力热量收集装置的吸热介质出口流出后，能够在空气-吸热介质换热器中利用空气热沉进行热交换，从而能够利用高空足够的空气热沉达到了对混合动力系统散热的目的，降低了散热成本和散热时间。在热交换结束后，冷却后的吸热介质又沿着空气-吸热介质换热器的吸热侧出口重新通入混合动力热量收集装置的吸热介质入口，以再次在混合动力热量收集装置中吸收热量。

9、为了保证空冷模式的冷却效果，降低吸热介质流入其他通路的几率，可控阀门还关断混合动力热量收集装置的吸热介质出口与蒸发器的吸热侧入口的通路。

10、此外，当混合动力热管理系统处于液冷模式时，可控阀门导通混合动力热量收集装置的吸热介质出口与蒸发器的吸热侧入口的通路。在此液冷模式中，水从第一储液罐出口流出后，利用节流阀门降低了水压，降低了水的沸点，以实现对吸热介质的冷却。水在蒸发器中蒸发为水蒸汽，由于水的相变潜热较大，能够大量吸收吸热介质携带的热量，以较少的耗水量实现对吸热介质的冷却。随后，水蒸汽沿着蒸发器的水蒸汽出口排出至水蒸汽排放装置，从而能够以较小重量和功率代价制造足够的热沉，适用于飞行器在起飞、爬升阶段大功率散热。

11、为了保证液冷模式的冷却效果，降低吸热介质流入其他通路的几率，可控阀门还关断混合动力热量收集装置的吸热介质出口与空气-吸热介质换热器的吸热侧入口之间的通路。

12、在此基础上，本发明无需配套设置冷却液补给系统，只需利用高空足够的空气热沉以及水蒸汽较大的潜热，并结合开式逆朗肯循环，就能够以较低的成本对混合动力系统进行散热。

13、本发明还提供一种混合动力热管理系统的控制方法，应用上述的混合动力热管理系统，该方法包括：基于混合动力系统的热管理参考信息确定所述混合动力热管理系统的冷却模式；

14、若所述混合动力热管理系统的冷却模式为液冷模式时，控制所述可控阀门导通所述混合动力热量收集装置的吸热介质出口与所述蒸发器的吸热侧入口的通路，所述可控阀门还关断所述混合动力热量收集装置的吸热介质出口与所述空气-吸热介质换热器的吸热侧入口之间的通路；

15、若所述混合动力热管理系统的冷却模式为空冷模式时，控制所述可控阀门导通所述混合动力热量收集装置的吸热介质出口与所述空气-吸热介质换热器的吸热侧入口之间的通路，所述可控阀门还关断所述混合动力热量收集装置的吸热介质出口与所述蒸发器的吸热侧入口的通路。

16、本发明还提供一种混合动力热管理系统的控制系统，包括：

17、上述的混合动力热管理系统；

18、感应组件，用于获取混合动力系统的热管理参考信息；

19、与所述感应组件和所述混合动力热管理系统通信连接的控制器，用于执行权利要求上述的混合动力系统的热管理参考信息。

20、与现有技术相比，本发明提供的一种混合动力热管理系统的控制方法和混合动力热管理系统的控制系统的有益效果与上述的混合动力热管理系统的有益效果相同，此处不做赘述。

技术特征：

1.一种混合动力热管理系统，其特征在于，包括：空气-吸热介质换热器、蒸发器、可控阀门、节流阀门、水蒸汽排放装置、第一储液罐以及混合动力热量收集装置；

2.根据权利要求1所述的混合动力热管理系统，其特征在于，所述混合动力热管理系统还包括第二储液罐、第一加压泵和第一电机，所述第一加压泵与所述第一电机通信连接，所述第二储液罐的出口通过所述第一加压泵与所述混合动力热量收集装置的吸热介质入口连接，所述空气-吸热介质换热器的吸热侧出口与所述第二储液罐的入口连接。

3.根据权利要求2所述的混合动力热管理系统，其特征在于，所述混合动力热量收集装置包括分流阀门组件和多个换热器；所述混合动力热量收集装置还包括并联的多个动力设备；

4.根据权利要求1所述的混合动力热管理系统，其特征在于，所述水蒸汽排放装置包括第二加压泵和蒸汽喷管，所述蒸发器的放热侧出口通过所述第二加压泵与所述蒸汽喷管连接；所述混合动力热管理系统还包括第二电机，所述第二加压泵与所述第二电机通信连接。

5.根据权利要求1所述的混合动力热管理系统，其特征在于，所述混合动力热管理系统还包括风扇、第三电机和空气喷管，所述风扇与所述第三电机通信连接，所述空气冷却流路包括进气管路、空气喷管，所述进气管路与所述空气-吸热介质换热器的放热侧入口连通，所述空气-吸热介质换热器的放热侧出口通过风扇与所述空气喷管连通。

6.一种混合动力热管理系统的控制方法，其特征在于，应用权利要求1～5任一项所述的混合动力热管理系统，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的混合动力热管理系统的控制方法，其特征在于，所述混合动力系统的热管理参考信息包括混合动力系统的动力输出指标和所述空气冷却流路的来流空气温度，所述基于混合动力系统的热管理参考信息确定所述混合动力热管理系统的冷却模式，包括：

8.根据权利要求7所述的混合动力热管理系统的控制方法，其特征在于，所述混合动力系统包括发动机和电池模组；所述混合动力系统的动力输出指标包括发动机的油门开度、电芯放电电流大小、电压大小，所述基于混合动力系统的热管理参考信息确定所述混合动力热管理系统的冷却模式，包括：

9.根据权利要求7所述的混合动力热管理系统的控制方法，其特征在于，混合动力系统的动力输出指标包括滑油回油温度、电芯最高温度、电机绕组温度以及电机控制器芯片温度；所述基于混合动力系统的热管理参考信息确定所述混合动力热管理系统的冷却模式，包括：

10.一种混合动力热管理系统的控制系统，其特征在于，包括：

11.根据权利要求10所述的混合动力热管理系统的控制系统，其特征在于，所述感应组件包括第一感应组件，用于检测所述混合动力系统的动力输出指标；

技术总结
本发明公开一种混合动力热管理系统及其控制方法和控制系统，涉及混合动力飞行器推进技术领域，以解决散热成本高的问题。该系统包括空气‑吸热介质换热器、蒸发器、可控阀门、节流阀门、水蒸汽排放装置、第一储液罐以及混合动力热量收集装置；混合动力热量收集装置的吸热介质出口通过可控阀门分别与空气‑吸热介质换热器吸热侧入口和蒸发器吸热侧入口连接，该换热器放热侧与空气冷却流路连通，第一储液罐通过节流阀门与蒸发器的放热侧入口连接，该换热器吸热侧出口及蒸发器的吸热侧出口均与混合动力热量收集装置吸热介质入口连接。本发明公开的混合动力热管理系统及其控制方法和控制系统用于对混合动力系统进行散热。

技术研发人员：魏宽,李亚忠,姚轩宇,苗辉
受保护的技术使用者：中国航空发动机研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10