CN101837727A - 用于车辆的冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的冷却系统。具体地，提供了一种用于车辆的冷却系统，该车辆具有可操作以推进车辆的电力产生装置和动力装置。所述冷却系统包括相对于动力装置布置的主换热器。所述主换热器可操作以接收来自所述动力装置的冷却剂，降低所述冷却剂的温度，并使降温的冷却剂返回所述动力装置。所述冷却系统还包括相对于主换热器布置的辅助换热器，该辅助换热器可操作以接收来自主换热器的降温的冷却剂。辅助泵进一步降低所述冷却剂的温度，并将进一步降温的冷却剂供给电力产生装置。所述电力产生装置可用于混合动力车辆，其中电力产生装置是可操作以推进车辆的电动发电机。

Description

用于车辆的冷却系统
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的冷却系统以及控制这种冷却系统的方法。
背景技术
现代车辆采用了被配置成满足多种目的各种各样的电力产生装置。这种装置的一个例子是和动力装置(如内燃发动机)结合使用的电动发电机，其用来作为混合动力推进系统的一部分。这种装置的另一个例子是功率电子模块。
作为产生用于推进车辆的功率的副产品，所述动力装置产生热能。为确保所述动力装置的有效且可靠的性能，通常要通过冷却剂来去除这种热能。同样，作为发电的结果，上述电力装置也会产生热，类似地，这些热也必需被去除。
发明内容
综上所述，提供了一种用于车辆的冷却系统，其中该车辆具有可操作以推进车辆的电力产生装置和动力装置。所述冷却系统包括相对于动力装置布置的主换热器。主换热器可操作以接收来自动力装置的冷却剂，降低该冷却剂的温度，并使已降温的冷却剂返回动力装置。所述冷却系统还包括相对于主换热器布置的辅助换热器，其可操作以从主换热器接收已降温的冷却剂。辅助换热器布置成用于进一步降低所述冷却剂的温度，并且提供进一步降温的冷却剂来冷却电力产生装置。所述电力产生装置可以用于混合动力车辆，在这种车辆中，电力产生装置是可操作以推进车辆的电动发电机。
辅助换热器还布置成用于降低冷却剂的温度并向电力产生装置提供进一步降温了的冷却剂。所述冷却系统可以使降温的冷却剂以预定的流量返回到动力装置，并以低于预定流量的流量向电力产生装置提供进一步降温了的冷却剂。
所述冷却系统还可包括可操作以用于使降温的冷却剂返回动力装置的主泵。所述冷却系统还可另外包括由电子控制器控制的辅助泵，以便从辅助换热器向电力产生装置供应进一步降温了的冷却剂。可替代地，所述冷却系统可以包括构造成用于对进一步降温的冷却剂从辅助换热器向电力产生装置的流动进行控制的孔口。不论在哪一种情况下，进一步降温了的冷却剂流向电力产生装置的流量可以控制到大约每分钟0.5升到2升。
在一个替代性的实施例中，提供了一种对用于混合动力车辆的冷却系统进行控制的方法，所述混合动力车辆具有可操作用于推进车辆的动力装置和电动发电机。该方法包括通过相对于动力装置布置的主换热器从动力装置接收具有第一温度的冷却剂。该方法另外还包括通过主换热器降低冷却剂的温度，并使已降温的冷却剂的第一部分返回动力装置。该方法还包括将已降温的冷却剂的第二部分从主换热器输送到相对于电动发电机布置的辅助换热器。该方法另外还包括通过辅助换热器进一步降低冷却剂的第二部分的温度，并控制进一步降温的冷却剂的第二部分向电动发电机的输送。该方法还包括将冷却剂的第二部分从电动发电机输送到动力装置。
可以按预定的流量实现使降温的冷却剂到动力装置的返回，并且可以低于预定流量的流量实现将进一步降温的冷却剂提供给电动发电机。可以利用控制器来执行对进一步降温的冷却剂的流量的控制。
本发明还提供了以下方案：
方案1：一种用于车辆的冷却系统，所述车辆具有可操作以推进所述车辆的电力产生装置和动力装置，所述冷却系统包括：
相对于所述动力装置布置的主换热器，其可操作以接收来自所述动力装置的冷却剂，降低所述冷却剂的温度，并使所述降温的冷却剂返回所述动力装置；和
相对于所述主换热器布置的辅助换热器，其可操作以接收来自所述主换热器的降温的冷却剂，进一步降低所述冷却剂的温度，并提供所述进一步降温的冷却剂以冷却所述电力产生装置。
方案2：如方案1所述的冷却系统，其中，所述车辆是混合动力的，并且所述电力产生装置是可操作以推进所述车辆的电动发电机。
方案3：如方案1所述的冷却系统，其中，所述降温的冷却剂以预定的流量返回所述动力装置，并且所述进一步降温的冷却剂以低于所述预定流量的流量被提供给所述电力产生装置。
方案4：如方案3所述的冷却系统，其特征在于，进一步包括主泵，其中所述降温的冷却剂经由所述主泵返回所述动力装置。
方案5：如方案3所述的冷却系统，其中，所述进一步降温的冷却剂的流量被控制到大约每分钟0.5升至2升。
方案6：如方案1所述的冷却系统，其特征在于，进一步包括孔口，所述孔口与所述辅助换热器和所述电力产生装置这两者都流体连通，所述孔口构造成对所述进一步降温的冷却剂从所述辅助换热器到所述电动发电机的流动进行控制。
方案7：如方案1所述的冷却系统，其特征在于，进一步包括可操作以从所述辅助换热器向所述电力产生装置供给所述进一步降温的冷却剂的辅助泵。
方案8：如方案7所述的冷却系统，其特征在于，进一步包括与所述辅助泵电连通的控制器，所述控制器布置成控制所述辅助泵。
方案9：一种混合动力车辆，包括：
可操作以推进所述车辆并且在怠速时关停的动力装置；
相对于所述动力装置安装的电动发电机，其可操作以重新起动所述动力装置并使动力装置旋转升至操作速度；
相对于所述动力装置布置的主换热器，其可操作以接收来自所述动力装置的冷却剂，降低所述冷却剂的温度，并使降温的冷却剂返回所述动力装置；和
相对于所述电动发电机布置的辅助换热器，其可操作以接收来自所述主换热器的所述降温的冷却剂，进一步降低所述冷却剂的温度，并向所述电动发电机提供所述进一步降温的冷却剂。
方案10：如方案9所述的混合动力车辆，其中，所述降温的冷却剂以预定的流量返回所述动力装置，并且所述进一步降温的冷却剂以低于所述预定流量的流量被提供给所述电动发电机。
方案11：如方案10所述的混合动力车辆，其特征在于，进一步包括主泵，其中所述降温的冷却剂经由所述主泵返回所述动力装置。
方案12：如方案11所述的混合动力车辆，其中，所述进一步降温的冷却剂的流量被控制到大约每分钟0.5升至2升。
方案13：如方案10所述的冷却系统，其特征在于，进一步包括孔口，所述孔口与所述辅助换热器和所述电动发电机这两者都流体连通，所述孔口构造成对所述进一步降温的冷却剂从所述辅助换热器到所述电动发电机的流动进行控制。
方案14：如方案10所述的冷却系统，其特征在于，进一步包括可操作以从所述辅助换热器向所述电动发电机供给所述进一步降温的冷却剂的辅助泵。
方案15：如方案14所述的冷却系统，其特征在于，进一步包括与所述辅助泵电连通的控制器，所述控制器布置成控制所述辅助泵。
方案16：一种对用于混合动力车辆的冷却系统进行控制的方法，所述混合动力车辆具有可操作以推进所述车辆的动力装置和电动发电机，所述方法包括：
经由相对于所述动力装置布置的主换热器从所述动力装置接收第一温度的冷却剂；
经由所述主换热器降低所述冷却剂的温度；
使所述降温的冷却剂的第一部分返回所述动力装置；
将所述降温的冷却剂的第二部分输送至相对于所述电动发电机布置的辅助换热器；
经由所述辅助换热器进一步降低所述冷却剂的第二部分的温度；
控制所述进一步降温的冷却剂的第二部分向所述电动发电机的输送；和
从所述电动发电机向所述动力装置输送所述冷却剂的第二部分。
方案17：如方案16所述的方法，其中，使所述降温的冷却剂的第一部分返回到所述动力装置是以预定的流量实现的，并且以低于所述预定流量的流量来实现对所述进一步降温的冷却剂的第二部分向所述电动发电机的输送的控制。
方案18：如方案17所述的方法，其中，以大约每分钟0.5升到2升来实现对所述进一步降温的冷却剂的第二部分的输送的控制。
方案19：如方案18所述的方法，其中，通过控制器实现对所述进一步降温的冷却剂的流量的控制。
结合附图，由下面对实现本发明的最佳模式的详细描述，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将是显而易见的。
附图说明
图1是车辆冷却系统的第一实施例的示意性图示；
图2是车辆冷却系统的第二实施例的示意性图示；
图3示出了被图1和图2中所示的冷却系统所冷却的电动发电机的操作温度与冷却剂流量的关系曲线图；
图4以流程图的形式示意性示出了根据对图1中所示冷却系统进行控制所用的实施例的方法。
具体实施方式
根据优选实施例的冷却系统包括在车辆中使用并且能被导热流体(即，冷却剂)冷却的电力产生装置，该导热流体还被用于冷却动力装置，如内燃(IC)发动机或燃料电池。所预期的冷却剂通常是合适的有机化学品(最常用的是乙二醇、二甘醇或丙二醇)的水溶液。被流体冷却的电力产生装置可能是功率电子模块，或者是用作混合动力推进系统的一部分以驱动这种车辆的电动发电机，如本领域技术人员所理解的那样。
为了努力提高车辆的燃料效率并减少车辆的废气排放，已经开发了混合动力推进系统。通常，在动力装置就要空转或怠速停止时关掉车辆的动力装置，和在车辆减速期间提早使燃料关断，都能够实现改善的车辆燃料经济性。通常，这种混合动力推进系统除了动力装置外还利用电动发电机来驱动车辆。
在一些混合动力推进系统中，如上所述的动力装置是主要的车辆动力源。在这些系统中，电动发电机通常用作带式交流电机起动器(BAS)。所述BAS一般用于产生为车辆附件所用的电能，并产生用来快速重新起动动力装置和使动力装置快速转至操作速度的电能。在其他类型的混合动力推进系统中，电动发电机用来帮助动力装置提供动力(即，驱动车辆)，并在某些情况下，甚至作为单一的车辆动力源操作。
现在参看附图，图中相同的元件用始终采用相同的附图标记来表示。图1所示为混合动力车辆的冷却系统10。所述冷却系统10包括动力装置12和可操作地连接于动力装置的电动发电机14。动力装置12可以是内燃(IC)发动机，如火花点火式发动机或压燃式发动机，或燃料电池。虽然在冷却系统10内描述的是电动发电机，但同样也可以类似地设想为组合的交流电机起动器、功率电子模块、或用于发电并且具有冷却剂循环用构造的任意其它电子装置。
所述动力装置12可以用于推进车辆，而电动发电机14(在这种情况下是电动发电机)可以用来提供动力装置12从关停模式(即，停止或怠速停止操作)的快速重新起动。所述电动发电机14也可以在动力装置12关停时用来产生功率，以便推进混合动力车辆。如本领域技术人员所理解的那样，可以有许多方式来将动力装置12和电动发电机14互连在一起，以便提供这些功能。
作为产生功率以推进混合动力车辆的副产品，动力装置12产生热能。这些热能经连续循环通过冷却系统10的多个管道的冷却剂(即，循环冷却流体(未示出))去除。冷却剂离开动力装置12，并通过管道16被输送到主换热器18。换热器18被设想为水对空气式散热器，其构造成用于确保冷却剂能够足够降温，从而保证动力装置12的有效性能。当冷却剂的温度在换热器18内被降低后，冷却剂通过管道20离开换热器。
管道20分成两个支管：支管22和支管30，其中支管22构造成用于将降温的冷却剂输送到恒温器24，恒温器24构造成控制冷却剂的流量。恒温器24从管道44接收从车辆供暖与通风系统(未示出)返回的冷却剂的一部分。由管道22输送的降温的冷却剂经过恒温器24，通过管道26进入主流体泵28。降温的冷却剂由此返回动力装置12，从而完成冷却剂的循环。管道16、20、22和26中的冷却剂的基准容积和压力由主流体泵28提供，而恒温器24则将冷却剂流限制到预定流量，以便循环通过动力装置12。
管道30在换热器18后将降温的冷却剂中的一些加以转移，并将这部分冷却剂输送至辅助换热器32，以便进一步降温。辅助换热器32构造成以在每分钟0.5升-2升的范围内的相对低的流量来处理冷却剂，从而提供更多的时间来进一步降低冷却剂的温度。环境温度为30℃时，辅助换热器32的操作目标是使冷却剂的排出温度在40℃-60℃的范围内。辅助换热器32操作温度的精确目标将根据从主换热器18进来的冷却剂的温度和辅助换热器32的排热能力来确定。当冷却剂的温度在辅助换热器32内被进一步降低之后，冷却剂被排放至管道34。
管道34将进一步降温的冷却剂输送至辅流体泵36。所述流体泵36对进一步降温的冷却剂加压，并将该冷却剂输送至电动发电机14，以便在功率生成期间去除由该电动发电机产生的热能。所述流体泵36由控制器37控制，以便将冷却剂的流量控制在上述的每分钟0.5升-2升。在去除电动发电机14的热能之后，冷却剂通过管道40离开电动发电机，并被输送至管道22，在那里与被主换热器18输送至恒温器24的降温的冷却剂重新汇合。经过恒温器24后，该流体被送至管道26，然后通过泵28返回动力装置12。
图2示出了一个替代性的混合动力车辆冷却系统10A，其中所有相同的元件都用如图1出现的相同附图标记进行表示。所述冷却系统10A从动力装置12到辅助换热器32的构造都一样。被进一步降温的冷却剂从辅助换热器32排放到管道34，管道34将冷却剂输送至孔口42。孔口42构造成用于将流向电动发电机14的进一步降温的冷却剂的流量限制到电动发电机冷却剂流所需的每分钟0.5升-2升。
作为孔口42限制冷却剂流的结果，冷却剂在辅助换热器32内保留更长的时间，从而使冷却剂的温度有更大的下降。进一步降温的冷却剂通过管道38输送给电动发电机14。在去除电动发电机14的热能之后，冷却剂经管道40A离开电动发电机，并被输送至恒温器24上游的管道44(见图2)。孔口45在管道22中恰好定位在恒温器24的上游，并构造成建立所需的冷却剂压降以在冷却系统10A中产生冷却剂流。可选的是，孔口45可以并入恒温器24的物理结构中以实现相同的结果。在冷却剂通过恒温器24之后，其被送入管道26，并经泵28返回动力装置12。
图3所示为实验确定的电动发电机14的操作温度与冷却剂流量的关系曲线图。虽然未示出，但在特征上，电动发电机14遵从电动机的典型构造。同样地，电动发电机通常采用具有线绕组的钢质定子，其中定子的外部被压在铝质壳体内，该壳体包括冷却套。通常在电动发电机操作期间，在线绕组中产生热。但过量的热会使电动发电机无法操作。因此，通常希望在电动发电机操作期间去除过量的热。
可以通过向周围空气散热的方式或通过经传导到特意引导并循环的冷却剂来强制冷却，从而去除电动发电机的过量的热。在电动发电机14的情况下，热量从绕组传导至钢质定子。从定子，热被传导至铝质壳体，并且从那里被通过专用冷却通路(未示出)循环的冷却剂带离，该专用冷却通路与图1所示的通道38和40流体连通，或与图2的通道38和40A流体连通。为感测定子的实际温度，电动发电机14还可以结合有与线绕组接触的热传感器(未示出)。
如图3所示，在冷却剂的流量从每分钟0.25升增加到每分钟10升时，由趋势线46标示的绕组温度和冷却剂温度之间的温度差仅从52℃降到了47℃。因此，定子温度下降的量值对于冷却剂流量相对不敏感。当冷却剂流量从每分钟0.25升增加到每分钟10升时，由趋势线48标示的与壳体接触的钢质定子的外部温度和冷却剂温度之间的温度差仅从14℃降到了9℃。因此，钢质定子外部的温度下降的量值对冷却剂流量也类似地不敏感。这样，可以利用在每分钟0.5升-2升的范围内的相对低的流量在辅助换热器32内产生较大的温度下降，以便为电动发电机14提供有效的冷却。
图4描述了一种用于控制分别在如图1和图2中所示的冷却系统10或10A的方法50。该方法50参照图1和图2以及上面对冷却系统10的描述加以说明。所述方法开始于块52，随后行进到块54。在块54内从动力装置12接收升温了的冷却剂。然后该方法行进到块56。在块56内冷却剂被主换热器18降温。然后在块58内该方法使降温的冷却剂的第一部分返回动力装置12，并在块60中将降温的冷却剂的第二部分送至辅助换热器。
按照所述方法，在块60后，在块62内降温的冷却剂的第二部分随后被辅助换热器18进一步降温。然后，所述方法行进到块64，在那里将进一步降温的冷却剂的第二部分传送到电动发电机14是受控的。在块64后，冷却剂的第二部分从电动发电机14被输送至动力装置12。在这一点处，所述方法50返回块52并重新开始。当车辆处于操作中时，所述方法按照前面的描述连续操作。
虽然所述方法是参照用于混合动力车辆推进系统的电动发电机14说明的，但该方法也可以用于冷却具有冷却剂循环构造的任何电力产生装置。
尽管详细说明了实现本发明的最佳模式，但熟悉本发明所涉及领域的人员会认识到在所附权利要求范围内，存在各种各样的用于实现本发明的替代性设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用于车辆的冷却系统，所述车辆具有可操作以推进所述车辆的电力产生装置和动力装置，所述冷却系统包括：
相对于所述动力装置布置的主换热器，其可操作以接收来自所述动力装置的冷却剂，降低所述冷却剂的温度，并使所述降温的冷却剂返回所述动力装置；和
相对于所述主换热器布置的辅助换热器，其可操作以接收来自所述主换热器的降温的冷却剂，进一步降低所述冷却剂的温度，并提供所述进一步降温的冷却剂以冷却所述电力产生装置。
2.如权利要求1所述的冷却系统，其中，所述车辆是混合动力的，并且所述电力产生装置是可操作以推进所述车辆的电动发电机。
3.如权利要求1所述的冷却系统，其中，所述降温的冷却剂以预定的流量返回所述动力装置，并且所述进一步降温的冷却剂以低于所述预定流量的流量被提供给所述电力产生装置。
4.如权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，进一步包括主泵，其中所述降温的冷却剂经由所述主泵返回所述动力装置。
5.如权利要求3所述的冷却系统，其中，所述进一步降温的冷却剂的流量被控制到大约每分钟0.5升至2升。
6.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，进一步包括孔口，所述孔口与所述辅助换热器和所述电力产生装置这两者都流体连通，所述孔口构造成对所述进一步降温的冷却剂从所述辅助换热器到所述电动发电机的流动进行控制。
7.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，进一步包括可操作以从所述辅助换热器向所述电力产生装置供给所述进一步降温的冷却剂的辅助泵。
8.如权利要求7所述的冷却系统，其特征在于，进一步包括与所述辅助泵电连通的控制器，所述控制器布置成控制所述辅助泵。
9.一种混合动力车辆，包括：
可操作以推进所述车辆并且在怠速时关停的动力装置；
相对于所述动力装置安装的电动发电机，其可操作以重新起动所述动力装置并使动力装置旋转升至操作速度；
相对于所述动力装置布置的主换热器，其可操作以接收来自所述动力装置的冷却剂，降低所述冷却剂的温度，并使降温的冷却剂返回所述动力装置；和
相对于所述电动发电机布置的辅助换热器，其可操作以接收来自所述主换热器的所述降温的冷却剂，进一步降低所述冷却剂的温度，并向所述电动发电机提供所述进一步降温的冷却剂。
10.一种对用于混合动力车辆的冷却系统进行控制的方法，所述混合动力车辆具有可操作以推进所述车辆的动力装置和电动发电机，所述方法包括：
经由相对于所述动力装置布置的主换热器从所述动力装置接收第一温度的冷却剂；
经由所述主换热器降低所述冷却剂的温度；
使所述降温的冷却剂的第一部分返回所述动力装置；
将所述降温的冷却剂的第二部分输送至相对于所述电动发电机布置的辅助换热器；
经由所述辅助换热器进一步降低所述冷却剂的第二部分的温度；
控制所述进一步降温的冷却剂的第二部分向所述电动发电机的输送；和
从所述电动发电机向所述动力装置输送所述冷却剂的第二部分。
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