BRPI1014507B1 - dispositivo de resfriamento para um veículo automotivo de tipo elétrico - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO DE RESFRIAMENTO PARA UM VEÍCULO AUTOMOTIVO DE TIPO ELÉTRICO O dispositivo de resfriamento (1) para um veículo automotivo de tipo elétrico compreende um circuito de resfriamento capaz de resfriar um conjunto motor (5) incluindo um sistema acionador eletrônico (12) usando um liquido refrigerante circulado usando pelo menos uma bomba de taxa de fluxo variável (2,3), a taxa de fluxo de cada bomba (2,3) sendo controlada por um sistema de controle (9), o sistema de controle (9) está apto a servo-controlar a taxa de fluxo de cada bomba (2, 3) em um sistema de regulação de circuito fechado de acordo com uma temperatura do líquido refrigerante e a temperatura de valor-alvo especificado. De acordo com a invenção, o veículo elétrico inclui um conjunto carregador de bateria (4), e o circuito de resfriamento é capaz de resfriar o conjunto carregador (4) e o conjunto motor (5).

Description

O assunto da invenção é um dispositivo de resfriamento para um veículo automotivo de tipo elétrico, compreendendo um circuito de resfriamento capaz de resfriar um conjunto motor usando um líquido refrigerante circulado por pelo menos uma bomba de taxa de fluxo variável.

Em um motor de combustão interna, as combustões repetidas superaquecem as peças que estão em contato, tal como, por exemplo, os pistões, os cilindros, e as válvulas, e são transmitidas para todas as peças mecânicas do motor. É, portanto, necessário resfriar as mesmas, caso contrário há um risco de destruição. Para operação correta, motores de explosão deste modo necessitam um uma temperatura uniforme e apropriada.

No caso de um veículo com propulsão elétrica, é também necessário resfriar os vários elementos do sistema de acionamento.

É prática conhecida usar um sistema de resfriamento compreendendo uma ou mais bombas para circular um líquido refrigerante através do motor, e um radiador, que é um trocador de calor usado para resfriar o líquido. Nesse caso, a taxa de fluxo de líquido refrigerante é dependente da velocidade de motor, e é em particular zero quando o motor está parado.

Parece desejável ter um dispositivo de resfriamento que toma possível otimizar a operação das bombas, e em particular limitar seu desgaste e seu consumo de energia.

O dispositivo de acordo com a invenção toma possível alcançar esse objetivo.

O assunto da invenção é, assim, um dispositivo de resfriamento para um veículo automotivo de tipo elétrico, compreendendo um circuito de resfriamento capaz de resfriar um conjunto motor incluindo um sistema acionador eletrônico usando um líquido refrigerante circulado usando pelo menos uma bomba de taxa de fluxo variável, a taxa de fluxo de cada bomba sendo controlada por um sistema de controle, o sistema de controle estando apto a servo-controlar a taxa de fluxo de cada bomba em um sistema de regulação de circuito fechado de acordo com a temperatura do líquido refrigerante e uma temperatura de valor-alvo especificado.

No dispositivo de acordo com a invenção, o veículo elétrico inclui um conjunto carregador de bateria, e o circuito de resfriamento é capaz de resfriar o conjunto carregador e o conjunto motor.

Deste modo, o servo-controle da taxa de fluxo de cada bomba em modo de circuito fechado toma possível limitar seu desgaste e seu consumo de energia e assim fazê-lo indiferentemente da fase de uso (em movimento ou recarga) do veículo.

O dispositivo pode incluir uma primeira bomba capaz de seletivamente alimentar líquido refrigerante ao conjunto motor e uma segunda bomba capaz de seletivamente fornecer líquido refrigerante ao conjunto carregador.

Para esse fim, o dispositivo pode incluir uma primeira válvula capaz de prevenir um fluxo de líquido refrigerante no conjunto carregador e uma segunda válvula capaz de prevenir um fluxo de líquido refrigerante no conjunto motor.

O dispositivo também pode incluir uma restrição hidráulica para manter a taxa de fluxo mínima de líquido refrigerante no conjunto motor.

O sistema de regulação de circuito fechado pode incluir um corretor de tipo proporcional-integral.

O corretor pode incluir um bloco de saturação capaz de limitar a correção entre um valor mínimo e um valor máximo.

A temperatura de valor-alvo especificado pode ser pré- determinada de acordo com uma temperatura no exterior do veículo e a velocidade do veículo.

Outros aspectos e vantagens da presente invenção serão mais claramente evidentes a partir na leitura da descrição seguinte, dada como um exemplo ilustrativo e não limitante, e com referência aos desenhos anexos, nos quais: - figura 1 ilustra, em forma de diagrama de bloco, um dispositivo de resfriamento de acordo com a invenção, integrado em um veículo elétrico, - figura 2 ilustra, em forma de diagrama de bloco, uma estratégia de controle para o dispositivo, e - figura 3 é uma vista detalhada de um bloco da figura 2.

O dispositivo de resfriamento 1, como ilustrado em figura 1, compreende uma primeira bomba elétrica 2, uma segunda bomba elétrica 3, um carregador de bateria 4, um conjunto motor 5, um radiador 6, bem como uma primeira válvula solenoide 7 e uma segunda válvula solenoide 8. A primeira bomba elétrica 2, a segunda bomba elétrica 3, a primeira válvula solenoide 7 e a segunda válvula solenoide 8 são ligadas a um dispositivo de controle 9.

A primeira bomba elétrica 2 é destinada a ser usada quando o veículo está funcionando, considerando que a segunda bomba elétrica 3 é destinada a ser usada quando recarregando a bateria. A taxa de fluxo da primeira bomba 2 e a taxa de fluxo da segunda bomba 3 podem ser fixadas usando um sinal de controle.

O carregador 4 é usado, quando o veículo está parado, para recarregar a bateria elétrica de tração, não representada, do sistema de alimentação elétrica doméstico.

A primeira válvula solenoide 7 é usada para curto-circuitar a segunda bomba 3 e o carregador 4, quando o veículo está funcionando, enquanto que a segunda válvula solenoide 8 é usada para curto-circuitar o conjunto motor 5 quando recarregando a bateria, quando é estimado que o resfriamento do conjunto motor 5 não é necessário. A segunda válvula solenoide 8 pode ser ligada a uma restrição hidráulica 10 que é usada para produzir uma perda de carga e assim reter uma taxa de fluxo de líquido refrigerante no conjunto motor 5, mesmo quando a segunda válvula solenoide 8 está em modo de passagem.

O conjunto motor 5 compreende um motor 11 e um sistema acionador eletrônico 12 destinado, em particular, a converter a voltagem CC da bateria em voltagem CA.

O radiador 6 é usado para resfriar o líquido refrigerante, de um modo similar ao dispositivo de resfriamento de um motor de combustão interna. Ele é equipado com um ventilador elétrico, não representado.

O conjunto motor 5 precisa ser resfriada quando o veículo está funcionando, como faz o carregador 4 quando o veículo está parado. A estratégia de resfriamento é administrada pelo dispositivo de controle 9. O dispositivo de controle 9 é um computador que é ligado com sensores do circuito de resfriamento, em particular sensores de temperatura de líquido refrigerante. O computador 9 aciona as bombas 2,3, as válvulas solenoides 7, 8, e o ventilador elétrico fixado do radiador 6. O computador 9 é também vantajosamente ligado a outros computadores do veículo, através de uma rede tipo barramento CAN (Controller Area Network} por exemplo, a fim de obter outras medições necessárias para estratégia de resfriamento.

A estratégia de controle do circuito de resfriamento pode ser implementada na forma de dois módulos A, B, como ilustrado em figura 2. O módulo A refere-se à regulação da temperatura do líquido refrigerante, considerando que o módulo B refere-se à escolha de bomba elétrica 2, 3.

O módulo A é responsável pela geração de um controle de taxa de fluxo de líquido refrigerante de acordo com o estado do veículo (em funcionamento ou recarga da bateria quando parado). As entradas do módulo A são: - a temperatura T do líquido refrigerante: esta pode ser obtida usando um ou mais sensores de temperatura, - a temperatura Text no exterior do veículo, e - a velocidade V do veículo.

As entradas do módulo B são: - o controle de taxa de fluxo Dcom do módulo A, e - o estado E do veículo: esse é um sinal originando-se do computador central do carro que tem o valor 1 se o veículo está em modo de recarga de batería e tem o valor 0 se o veículo está em modo de rodagem.

As saídas do módulo B são: - o controle de taxa de fluxo Dcomi para a primeira bomba, usado em modo de rodagem. Esse é um sinal entre 0 e 100 e expressando a porcentagem da taxa de fluxo máxima que pode ser produzida pela bomba, e - o controle de taxa de fluxo Dcom2 da segunda bomba, usado em modo de recarga. Esse é um sinal entre 0 e 100 e expressando a porcentagem da taxa de fluxo máxima que pode ser produzida pela bomba.

Para colocar isto simplesmente, uma escolha pode ser feita para usar apenas a segunda bomba se o sinal de estado de veículo tem o valor 1 e usar apenas a primeira bomba se o sinal de estado de veículo tem o valor 0.

Uma forma de realização do controle de taxa de fluxo é ilustrada em detalhes em figura 3. O objetivo é variar automaticamente o controle de taxa de fluxo entre um valor de taxa de fluxo mínima Dmin e um valor de taxa de fluxo máximo Dmax, de acordo com uma temperatura do líquido refrigerante. Desde que a temperatura do líquido refrigerante esteja abaixo de uma temperatura de valor-alvo especificado, o controle de taxa de fluxo permanece no valor mínimo Dmin. Logo que a temperatura do líquido refrigerante excede a temperatura de valor-alvo especificado, o controle de taxa de fluxo é obtido por regulação de circuito fechado, o valor-alvo especificado de interesse sendo a temperatura de valor-alvo especificado, e o circuito de realimentação de interesse sendo a temperatura medida do líquido refrigerante.

Esse objetivo é conseguido devido aos blocos Al a A6 do módulo A.

O bloco Al gera o valor do ponto alvo especificado de temperatura Tcons para o líquido refrigerante de acordo com uma temperatura Text no exterior do veículo e a velocidade V do veículo. De fato, quanto maior a velocidade V do veículo, maior a capacidade do radiador para resfriar, e portanto, com maior possibilidade irá aumentar o valor do ponto alvo especificado de temperatura Tcons. Similarmente, quanto mais fria a temperatura exterior Text, mais efetivo se toma o radiador e, portanto uma maior possibilidade de aumentar o valor do ponto alvo especificado de temperatura Tcons. O bloco Al deste modo produz o valor do ponto alvo especificado de temperatura Tcons por interpolação linear com base em mapas.

O bloco A2 então gera um sinal de erro AT que é a diferença entre a temperatura de valor-alvo especificado Tcons e a temperatura medida T. O sinal ΔT é enviado ao bloco A3 que é um bloco corretor PI (proporcional- integral), bem conhecido do versado na técnica. Também, entretanto, seria possível usar um corretor de tipo proporcional ou um corretor de tipo integral.

As entradas do bloco A3 são: - o sinal de erro ΔT do bloco A2, - o controle de taxa de fluxo Dcom enviado no instante de amostragem precedente; se o controle é saturado no valor Dmin ou no valor Dmax, o corretor é informado do mesmo e a ação integral é por sua vez também saturada, - o ganho proporcional G do corretor PI, por exemplo 1%, - o constante de tempo integral Ct do corretor PI, por exemplo 500s.

A saída do bloco A3 corresponde para o ΔD de aumento desejado em taxa de fluxo relativa para a taxa de fluxo mínima Dmin. Esse controle deve ser saturado.

O bloco A4 produz essa saturação, entre 0 (sem aumento de taxa de fluxo desejada) e Dmax - Dmjn. Esse controle saturado é então armazenado pelo bloco de retardo A5 que é usado no instante de amostragem seguinte, para informar ao corretor PI de qualquer saturação.

Finalmente, o bloco A6 produz o controle de taxa de fluxo final Dcomf- O controle final Dcomf é computado adicionando o valor Dmin à variação ΔD requerida pelo corretor PI.

O controle de taxa de fluxo é deste modo levado a mudar, com sucesso, automaticamente entre dois valores Dmin e Dmax. O valor Dmin pode, por exemplo, ser fixado a 30% da taxa de fluxo máxima que pode ser produzida pela bomba. E de fato prática inteligente reter uma taxa de fluxo mínima Dmin não zero mesmo se a temperatura for baixa, de modo a obter uma temperatura uniforme durante todo o circuito do líquido refrigerante e assim evitar a formação de pontos quentes. O valor Dmax pode ser fixado a 80% da taxa de fluxo máxima, por exemplo, se não há um desejo para sobre-estressar a bomba.

A estratégia de controle da taxa de fluxo de líquido refrigerante é deste modo particularmente simples de implementar em um computador. Ela demanda pequeno tempo de computação e toma possível reduzir o consumo elétrico.

Embora o dispositivo descrito acima tenha duas bombas, a invenção pode também prover um dispositivo tendo uma ou mais do que duas bombas. Ele pode também ser aplicado a um motor a gasolina equipado com bombas elétricas de água.

Claims (9)

1. Dispositivo de resfriamento (1) para um veículo automotivo de tipo elétrico compreendendo: um circuito de resfriamento capaz de resfriar um conjunto motor (5) e um conjunto carregador de bateria (4) do veículo usando um líquido refrigerante circulado usando uma primeira bomba configurada para fornecer seletivamente líquido refrigerante ao conjunto motor e uma segunda bomba configurada para fornecer seletivamente líquido refrigerante ao conjunto carregador; uma primeira válvula disposta em paralelo com a segunda bomba e o conjunto carregador de bateria (4), de modo que, quando a primeira válvula é fechada, o líquido refrigerante é fornecido à segunda bomba e ao conjunto carregador de bateria (4) e, quando a primeira válvula está aberta, o líquido refrigerante não é fornecido à segunda bomba e ao conjunto carregador de bateria (4); uma segunda válvula disposta em paralelo com o conjunto motor (5), de modo que, quando a segunda válvula é fechada, o líquido refrigerante é fornecido à primeira bomba e ao conjunto motor (5); e um sistema de controle (9) apto a controlar uma taxa de fluxo da primeira bomba e apto a controlar uma taxa de fluxo da segunda bomba, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle (9) é configurado para servo-controlar a taxa de fluxo de cada bomba (2, 3) em um sistema de regulação de circuito fechado comparando uma temperatura do líquido refrigerante e uma temperatura de valor-alvo especificado, em que, quando a temperatura do líquido refrigerante está abaixo da temperatura do valor-alvo especificado, o sistema de controle (9) define a taxa de fluxo da primeira bomba ou a taxa de fluxo da segunda bomba para uma taxa de fluxo mínima, e em que, quando a temperatura do líquido refrigerante está acima da temperatura do valor-alvo especificado, o sistema de controle (9) aumenta a taxa de fluxo da primeira bomba ou a taxa de fluxo da segunda bomba para diminuir a temperatura do líquido refrigerante até que a temperatura do líquido refrigerante seja igual à temperatura nominal.

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a temperatura do valor-alvo especificado é variável e é pré- determinada de acordo com uma temperatura exterior do veículo e a velocidade do veículo.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o veículo automotivo é um veículo elétrico e o conjunto motor inclui um sistema acionador eletrônico.

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma restrição hidráulica para manter uma vazão mínima de líquido refrigerante no conjunto motor quando a segunda válvula está aberta.

5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de regulação de circuito fechado inclui um corretor do tipo proporcional-integral.

6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o corretor inclui um bloco de saturação capaz de limitar a correção entre um valor mínimo e um valor máximo.

7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a taxa de fluxo mínima é uma taxa de fluxo diferente de zero.

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, quando o veículo está no modo de operação, apenas a primeira bomba é usada e, quando o veículo está no modo de recarga da bateria, apenas a segunda bomba é usada.

9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda bomba é posicionada imediatamente a montante do conjunto carregador no circuito de resfriamento.

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