CN102102577A - 一种应用于电动汽车的发动机水温控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种应用于电动汽车的发动机水温控制系统。提供一种用于发动机冷却的水箱风扇散热系统，由水箱风扇电机控制器、水箱风扇电动机、散热风扇、水箱组成。采用无霍尔技术，根据发动机冷却液温度，控制散热风扇的转速，调节发动机冷却液温度。水箱风扇电机控制器从车辆电子控制单元获得发动机冷却液温度、发动机转速数据，水箱风扇电机控制器根据获得数据信息，通过一定控制方法将发动机冷却液温度控制转换为水箱风扇电动机转速控制。

Description

一种应用于电动汽车的发动机水温控制系统

技术领域

本发明属于电动汽车领域，特别涉及汽车发动机散热风扇的自动化控制。

背景技术

随着国家大力推行节能减排政策，具有低能耗、高环保特点的新能源汽车已成为汽车行业的一个重要发展方向，目前传统公交车的发动机水冷控制是由发动机通过机械结构带动水箱风扇电动机，电动机的扇叶对水箱实施散热，从而实现对发动机工作温度的控制。

在传统公交车中，当发动机转动时水箱风扇电动机根据一定传动比随发动机一起转动，如发动机的循环冷却液温低，此时无需对循环冷却液进行降温，水箱风扇电动机如果随发动机一起转动，这必定会造成燃油的浪费并且发动机内燃油使用性能变差。其次目前传统公交车上应用的水箱风扇电动机大多为有霍尔无刷直流永磁电动机，在电机加工工艺上对霍尔安装有严格要求，并且霍尔器件也存在易损坏的现象，一旦霍尔器件损坏，电动机就不能工作，这些因素必定会使生产成本、维护成本增加，可靠性降低。

发明内容

鉴于上述，本发明的主要目的是提供一种用于发动机冷却的水箱风扇散热系统，所述系统由水箱风扇电机控制器、水箱风扇电动机、散热风扇、水箱组成。采用无霍尔技术，根据发动机冷却液温度，控制散热风扇的转速，调节发动机冷却液温度。

本发明的技术方案为水箱风扇电机控制器通过通讯协议从车辆电子控制单元（Electronic Control Unit, ECU）获得发动机冷却液温度、发动机转速数据，水箱风扇电机控制器根据获得数据信息，通过一定控制方法将发动机冷却液温度控制转换为水箱风扇电动机转速控制。

本发明中，首先水箱风扇电机控制器1从ECU获得发动机转速数据，当发动机的转速高于水箱风扇电机控制器1设定的转速阈值时，水箱风扇电动机2就会启动，并以设定低速运行；低于转速阈值时，水箱风扇电动机2就会停止。

然后水箱风扇电机控制器1从ECU再获取当前发动机的冷却液温度，如果当前发动机冷却液温度低于水箱风扇电机控制器1设定温度阈值，水箱风扇电动机2会以设定低转速运行，目的是减少车本身总的油耗；若当前发动机冷却液温度高于水箱风扇电机控制器1设定的温度阈值，水箱风扇电机控制器1会根据发动机冷却液温度、当前水箱风扇电动机2的供电电压，实时调节水箱风扇电动机2的转速，达到对发动机工作温度的合理控制。

此外，该系统为闭环控制系统，具有效率高、节能的特点。

水箱风扇电机控制器主要由以下几部分构成：电源系统、反电势信号采集及处理电路、功率驱动电路、电流处理电路、微控制单元、通讯电路。

本发明有益效果是根据水箱冷却液温度变化，自动控制水箱风扇的转速，保证发动机工作在最佳温度状态下，有效地节省燃料，减少排放污染。采用无霍尔控制技术，达到免维护的目的，减少故障率，提高系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

其中1为水箱风扇电机控制器、2为水箱风扇电动机、3为散热风扇、4为水箱。

图2为闭环控制方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

控制系统由水箱风扇电机控制器1、水箱风扇电动机2、散热风扇3、水箱4组成。水箱风扇电机控制器1的作用是控制汽车发动机的工作温度在某一范围内。

本发明中，首先水箱风扇电机控制器1从ECU获得发动机转速数据，当发动机的转速高于水箱风扇电机控制器1设定的转速阈值时，水箱风扇电动机2就会启动，并以设定低速运行；低于转速阈值时，水箱风扇电动机2就会停止。

然后水箱风扇电机控制器1从ECU获取当前发动机的冷却液温度，如果当前发动机冷却液温度低于水箱风扇电机控制器1设定温度阈值，水箱风扇电动机2会以设定低转速运行，目的是减少车本身总的油耗；若当前发动机冷却液温度高于水箱风扇电机控制器1设定的温度阈值，水箱风扇电机控制器1会根据发动机冷却液温度、当前水箱风扇电动机2的供电电压，实时调节水箱风扇电动机2的转速，达到对发动机工作温度的合理控制。

由冷却液温度 à 水箱风扇电动机转速 à 冷却液温度构成闭环控制，见图2。T：当前温度数值，S：转速信号，U：电压信号。控制环根据温度信号T和转速信号S计算电压信号U，执行机构将电压信号转变为水箱风扇电动机2的转速信号，控制系统对转速信号进行负反馈。

发明中，水箱风扇电机控制器1有水箱风扇电动机欠压、过压、过流、自身过温保护以及故障自诊断报警，当故障发生时水箱风扇电机控制器1会上报车辆控制系统并且自身会采取相应保护措施，以使自身具有高的可靠性。

水箱风扇电机控制器1采用无刷无霍尔技术，主要由以下几部分构成：电源系统11、反电势信号采集及处理电路12、功率驱动电路13、电流处理电路14、微控制单元(Micro Control Unit, MCU) 15、通讯电路16。

电源系统11由控制电源和动力电源两部分组成，控制电源由车载辅助电池提供，动力电源由车载动力电源（超级电容模块或动力电池组）提供。控制电源为MCU及信号处理电路提供电源，而动力电源直接用来驱动电机，使系统的工作电压范围变宽，适合于多种车型。反电势信号采集及处理电路12主要是当电机转动起来后，采集电机的反电势信号，经过处理电路获得反电势过零点，并将该过零点信号送给MCU，MCU在收到过零信号以后，加以处理来控制电机换相。

功率驱动电路13由智能功率模块(Smart Power Module, SPM)构成，相比于传统分离式电路，该电路的故障率会大大降低。

电流处理电路14主要是监视及限制系统的工作电流，保护控制器不至于过流或电流异常烧毁。

MCU 15是系统的核心，负责处理控制各部分。

通讯电路16可以实现与其他控制器之间通讯，或构成控制器局域网。

在本发明的水箱风扇电动机控制方法中，采用无霍尔控制技术，即无刷直流永磁电动机运行时，永磁转子磁极在定子每相电枢绕组内感生呈梯形波的反电动势；驱动电压是准矩形波，电枢电流是梯形波，在360°电角度范围内电枢绕组换相6次，每个导通状态持续60°电角度，从而在360°电角度的气隙范围内形成六步跳跃式旋转磁场；对于星型连接的三项电枢绕组而言，在运行过程中的任何时刻，只有两相通电，一相不通电；每相的反电动势与相电流同相。在每一个状态内，一相电枢绕组被接至正电源电压，另一相电枢绕组被接至负电源电压，第三相电枢绕组是不通电的悬空相，悬空相内的反电动势将出现一个过零点，过零点出现在相邻两次换相的中间，当转速恒定时，或在转速缓慢变化的情况下，从某一个换相点到过零点所经过的时间等于从改过零点到下一个换相点所经过的时间，即在过零点的前后30°电角度处电枢绕组将前后分别进行两次换相。过零点的检测是无霍尔无刷直流永磁电动机实现换相驱动的基础。当检测出悬空相内反电动势的过零点，然后往后再经过30°电角度位移量所对应的时间发出一个信号，并以此信号去实现电动机的驱动。

Claims (5)

1.一种发动机水温控制系统，用于对电动汽车的水箱风扇进行控制，所述控制系统包括：水箱风扇电机控制器1、水箱风扇电动机2、散热风扇3、水箱4。

2.根据权利要求书1所述的发动机水温控制系统，其特征在于：水箱风扇电机控制器从车辆电子控制单元（Electronic Control Unit, ECU）获得发动机冷却液温度、发动机转速数据，水箱风扇电机控制器根据获得数据信息，通过一定控制方法将发动机冷却液温度控制转换为水箱风扇电动机转速控制。

3.根据权利要求书2所述的发动机水温控制器，其特征在于：水箱风扇电机控制器从ECU获得发动机转速数据，当发动机的转速高于水箱风扇电机控制器设定的转速阈值时，水箱风扇电动机就会启动，并以设定低速运行；低于转速阈值时，水箱风扇电动机就会停止。

4.根据权利要求书2所述的发动机水温控制器，其特征在于：水箱风扇电机控制器获取当前发动机的冷却液温度，当前发动机冷却液温度低于水箱风扇电机控制器设定温度阈值，水箱风扇电动机会以设定低转速运行；若当前发动机冷却液温度高于水箱风扇电机控制器设定的温度阈值，水箱风扇电机控制器会根据发动机冷却液温度、当前水箱风扇电动机的供电电压，实时调节水箱风扇电动机的转速，达到对发动机工作温度的合理控制。

5.根据权利要求书2所述的发动机水温控制器，其特征在于：主要由以下几部分构成：电源系统、反电势信号采集及处理电路、功率驱动电路、电流处理电路、微控制单元、通讯电路。

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