CN102555776B - 一种电动汽车增程系统的冷却系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车增程系统的冷却系统及其控制方法，所述冷却系统，由三个回路构成，第一回路，用于冷却发动机，由发动机冷却水泵、散热器及溢流壶串接构成；第二回路，用于冷却发电机、驱动电机及变频器，由散热器、冷却水泵、溢流壶、驱动电机及控制器和发电机及控制器串接构成；第三回路，用于冷却动力电池系统，由散热器、第一阻断阀、第二阻断阀、动力电池系统及回流水泵构成，其中散热器、第二阻断阀、动力电池系统及回流水泵串接成回路，第一阻断阀并联在回流水泵两端；所述控制方法，充分利用散热器、冷却水泵及冷却风扇的冷却能力，对发动机整车系统进行冷却控制，能够提升增程系统的工作效率和能量转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及增程式电动汽车领域，具体涉及一种电动汽车增程系统的冷却系统及其控制方法。
背景技术
随着社会进步，人们环保意识增强，“低碳，环保，绿色”的出行方式逐渐引起高度关注。高效、环保、节能电动车的研究已经引起了世界各汽车厂商的高度关注。增程式电动车采用纯电力驱动，具有减少排放，降低能耗的优点。
传统的纯电动车由于动力电池能量密度的缺陷，续驶里程不足成为纯电动车市场推广的障碍。增程式电动车在传统电动车基础上增加了由发动机和发电机组成的增程单元，有效的弥补了传统电动车续驶里程不足的缺陷。增程式电动车是传统内燃机车、纯电动车结合的产物，除具有传统电动车的特点外，还具有以下的特点：
1.高燃油利用率，增程单元除短暂工作在怠速区内，大部分时间工作在经济区，提高了燃油利用率。
2.增加续驶里程，若动力电池电量偏低，驾驶请求较大时，增程单元自动启动，满足整车负载和驾驶请求的需求。
3.良好的人机交互，驾驶员可以强制请求增程单元启动，满足不同的驾驶需求。比如：可以在城市郊区强制启动增程单元为动力电池充电，为拥堵，吵杂城区的行驶提供足够的电能。
图1为电动车增程系统的结构示意图，增程系统1的发动机2及发电机3分别由相应的发动机控制器4及发电机控制器5控制；发动机控制器4和整车控制器12采用转速接口连接，发电机控制器5和整车控制器12采用扭矩接口连接；发电机3、驱动电机10及动力电池6共直流母线，DCDC8为低压电池组9充电满足低压负载需求；整车工作模式由整车控制器12控制驱动电机10完成，驱动电机10为整车唯一的驱动装置；电池管理单元7与整车控制器12连接，电池管理单元7用于控制动力电池6；电机控制器11与整车控制器12连接，用于控制起动电机10；当增程系统1被请求启动时，整车控制器12通过控制启动机13启动发动机2，完成对整车能量的补充。
当前的电动车增程系统的冷却系统不够全面，基本沿用传统汽车的冷却系统，冷却系统的利用程度不高，对增程系统的保护不够完善。而增程系统冷却循环系统的设计必须满足发电机组的散热需求，对于发电机而言，过高的温度导致发电效率的下降；对于发动机来说，过低的温度导致燃油消耗率过高；对于电池系统而言，温度过高过低都会致使电池效率低下。因而电动车增程系统的冷却系统合理性是提高增程系统效率的前提。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构合理、能够为增程系统提供保护，进而提高增程系统效率的电动汽车增程系统的冷却系统及其控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
所述的电动汽车增程系统的冷却系统，由三个回路构成，第一回路，用于冷却发动机，由发动机冷却水泵、散热器及溢流壶串接构成；第二回路，用于冷却发电机、驱动电机及变频器，由散热器、冷却水泵、溢流壶、驱动电机及控制器和发电机及控制器串接构成；第三回路，用于冷却动力电池系统，由散热器、第一阻断阀、第二阻断阀、动力电池系统及回流水泵构成，其中散热器、第二阻断阀、动力电池系统及回流水泵串接成回路，第一阻断阀并联在回流水泵两端。
所述第一回路、第二回路及第三回路共用一个散热器，在所述散热器后方设置冷却风扇。
所述散热器分为上下两层，上层散热器设置于第一回路及第三回路上，下层散热器设置于第二回路上。
所述的电动汽车增程系统的冷却系统的控制方法，按照以下方法进行控制；
(1)动力电池系统控制，将动力电池系统温度控制在设定的安全范围；
整车控制器控制启动机驱动发动机启动，第一阻断阀及第二阻断阀导通，形成第一回路及第三回路，利用发动机暖机的热量来对电池进行升温；
电池管理单元设定动力电池系统冷却液温度点Tprefect，在暖机过程中，如果冷却液温度达到Tprefect，关闭第一阻断阀及第二阻断阀，让动力电池在整车起步阶段工作于合适的温度范围；如在暖机过程中，冷却液温度没有达到Tprefect，导通第一阻断阀及第二阻断阀，利用发动机暖机的热量来对电池进行升温，直至动力电池系统冷却液温度点达到Tprefect；
电池管理单元设定动力电池报警工作温度Twarn，在暖机过程中，如电池温度达到了设定报警工作温度Twarn，整车控制器开启第一阻断阀及第二阻断阀，形成第三回路，对动力电池进行降温；整车控制器检测到整车系统停机指令后，关断第一阻断阀及第二阻断阀，同时开启回流水泵；
(2)发动机、发电机及驱动电机冷却系统控制，将发动机、发电机及驱动电机的温度控制在设定范围内；
发动机控制器设定发动机最高温度点Tmax，第一回路始终处于导通状态，当发动机温度超过Tmax时，整车控制器控制开启冷却风扇，当发动机温度未达到Tmax时，关闭冷却风扇；
在冷却风扇开启的同时，整车控制器控制第二回路冷却水泵开启，充分利用风扇的快速冷却效果对第二回路的发电机及驱动电机控制器进行冷却。
所述的电动汽车增程系统的冷却系统的控制方法，增设报警保护控制，具体控制方法为；
报警保护控制，用于在动力电池过压、过温，发动机、发电机、变频器过温时的报警保护；
电池过温、过压，发动机、发电机过温一级报警，电池管理单元设定电池温度、压力安全范围值，发电机控制器设定发电机温度安全范围值，发动机控制器设定发动机温度安全范围值；
当电池温度及压力、发电机温度及发动机温度超过设定的安全范围值时，电池管理单元、发电机控制器及发动机控制器开始报警，并将信息反馈给整车控制器；
整车控制器对报警信号进行采样计数，并判断是否有故障产生；如有故障产生，对报警信号进行加计数处理，如没有故障产生，对报警信号进行减计数处理；整车控制器同时控制开启第一阻断阀、第二阻断阀、冷却水泵，对电池进行冷却降温，对发电机、发动机进行冷却处理；整车控制器降低增程单元的请求功率，来解除一级报警；
整车控制器对在预定时间内的报警信号累积次数设定安全范围值，当整车控制器在预定时间内对报警信号进行的采样计数超过安全范围值，整车控制器认定为二级报警信号，整车控制器将增程单元的请求功率限制为零，来解除二级报警。
本发明的有益效果在于：所述电动汽车增程系统的冷却系统及其控制方法，冷却系统构成三个回路，首先，充分利用发动机运行产生的热能对动力电池系统进行升温，充分利用发动机暖机及运行过程中的热能提升动力电池系统的效率；其次，考虑发电机和发动机适宜工作的不同温度区间，充分利用散热器、冷却水泵及冷却风扇的冷却能力，对发动机整车系统进行冷却，提高整车对电池能量的利用效率，提升发电机组的发电效率，降低能耗，进而提升增程系统的工作效率和能量转换效率；再次，对增程系统可能出现的过温或过压故障采取报警保护控制，并对报警分类处理，进而对整个系统“分级分护”，提升增程系统抵御风险能力；最后，所述电动汽车增程系统的冷却系统，使得发动机、发电机工作在安全范围内，能够为增程系统提高有效的保护。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为现有技术及本发明中电动车增程系统的结构示意图；
图2为本发明电动车增程系统的冷却系统的结构示意图；
图3为本发明电动车增程系统的工作时发动机及发电机温升状态示意图；
图4为本发明电动车增程系统的冷却系统的控制方法中报警保护控制中报警分类示意图；
图5为本发明电动车增程系统的冷却系统的控制方法中报警保护控制的流程图；
上述图中的标记均为：
1、增程系统，2、发动机，3、发电机，4、发动机控制器，5、发电机控制器，6、动力电池，7、电池管理单元，8、DCDC，9、低压小电池组，10、驱动电机，11、电机控制器，12、整车控制器，13、启动机，14、散热器，15、冷却风扇，16、冷却水泵，17、回流水泵，18、第一阻断阀，19、第二阻断阀，20、21、溢流壶。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明电动车增程系统的结构示意图。
如图2所示，所述电动汽车增程系统的冷却系统，由三个回路构成，第一回路，用于冷却发动机2，由发动机冷却水泵、散热器14及溢流壶20串接构成；第二回路，用于冷却发电机3、驱动电机10及变频器，由散热器14、冷却水泵16、溢流壶21、驱动电机10及控制器和发电机3及控制器串接构成；第三回路，用于动力电池系统冷却，由散热器14、第一阻断阀18、第二阻断阀19、动力电池系统及回流水泵17构成，其中散热器14、第二阻断阀19、动力电池系统及回流水泵17串接成回路，第一阻断阀18并联在回流水泵17两端。
所述电动汽车增程系统的冷却系统，形成三个回路，其中两个回路分别用于冷却发动机2，冷却发电机3、驱动电机10、变频器、inverter等相关零部件，另一回路充分利用发动机2运行产生的热能对动力电池系统进行升温，电池温度升高时进行冷却；即能充分利用散热器14的冷却能力，对整车系统进行冷却，同时通过电池升温提高整车对电池能量利用效率。
由于增程系统在工作过程中发动机2工作温度高于发电机3及驱动电机10等部件，依据热空气上升流动原理，为避免发动机2的冷却回路热空气对发电机3的冷却回路造成影响；所述散热器14分为上下两层，整体上三个回路共用一个散热器14，上层散热器设置于第一回路及第三回路上，下次散热器设置于第二回路上；为缩小布置空间，散热器14后方设置一个冷却风扇15；进一步的，上层散热器构成的用于冷却发动机2的第一回路设于下层散热器构成的用于冷却发电机3、驱动电机10及变频器的第二回路的上方。
所述电动汽车增程系统的冷却系统的控制方法，按照以下方法进行控制：
(1)动力电池系统控制，将动力电池系统温度控制在设定的安全范围；
外界环境温度较低时，发动机需要进行暖机操作来提高燃油消耗及降低排放，整车控制器控制启动机驱动发动机启动，第一阻断阀及第二阻断阀导通，形成第一回路及第三回路，由于电池理想的工作温度区间较窄，一般为20～40℃，利用发动机暖机的热量来对电池进行升温，提高动力电池的效率；
电池管理单元设定动力电池系统冷却液温度点Tprefect，在暖机过程中，如果冷却液温度达到Tprefect，关闭第一阻断阀及第二阻断阀，利用冷却液比热容较大的特点，可以较长时间保持适宜温度，让动力电池在整车起步阶段工作于合适的温度范围，提高效率；反之，如果在暖机过程中，冷却液温度没有达到Tprefect，导通第一阻断阀及第二阻断阀，继续利用发动机暖机的热量来对电池进行升温，直至动力电池系统冷却液温度点达到Tprefect；
在暖机过程中，电池管理单元设定动力电池报警工作温度Twarn，随着整车持续运行，动力电池本身充放电会提升自身温度，如果温度达到了设定报警工作温度Twarn，开启第一阻断阀及第二阻断阀，形成第三回路，对动力电池进行降温，使其工作于安全温度范围；整车控制器检测到整车系统停机指令后，关断第一阻断阀及第二阻断阀，同时开启回流水泵，将动力电池系统段的冷却液抽出，防止外界环境过低冷却液停留在电池系统管道内结冰，对下一次整车系统的驱动造成不良影响；
发动机、发电机及驱动电机冷却系统控制，将发动机、发电机及驱动电机的温度控制在设定范围内；
发动机控制器设定发动机最高温度点Tmax，第一回路始终处于导通状态，当发动机温度超过Tmax时，开启冷却风扇，当发动机温度不超过Tmax时，关闭冷却风扇；
在冷却风扇开启的同时，整车控制器控制第二回路冷却水泵开启，充分利用风扇的快速冷却效果对第二回路的发电机及驱动电机控制器进行冷却；
由于发电机及驱动电机的工作温度范围比发动机的工作温度范围低，且适宜的温度范围比发动机的窄，此时为了充分利用冷却风扇带来的快速冷却效果，不管第二回路中发电机、驱动电机等部件是否达到了开启冷却水泵的条件，第二回路上的冷却水泵无条件开启，充分利用冷却风扇快速冷却的效果直到发动机达到合适工作温度，关闭冷却风扇；发动机及发电机系统温度变化示意图如图3所示，图3中：Teng_up，表示冷却风扇启动的发动机温度上限；Teng_down，表示冷却风扇关闭的发动机温度下限；Tgen_up，表示冷却风扇关闭时，冷却水泵开启时发动机温度上限；Tgen_down，表示冷却风扇关闭时，冷却水泵关闭时发动机温度上限；F_ON，表示冷却风扇开启；F_Off，表示冷却风扇关闭；P16_ON，表示冷却水泵16开启；P16_Off，表示冷却水泵16关闭。
为进一步提高对所述电动汽车增程系统的保护，所述的电动汽车增程系统的冷却系统的控制方法，增设报警保护控制，其具体控制方法为：
报警保护控制，用于在动力电池过压、过温，发电机、变频器过温时的报警保护；
随着整车系统长时间运行，电动汽车增程系统可能会出现动力电池过压、过温，发电机、变频器过温等现象；针对这些现象，通过报警保护控制，来为增程系统提供保护；根据现象的不同，报警分为一级报警(即一般报警)和二级报警(即严重报警)，具体报警分级情况如图4所示；对于图4中增程系统报警出现时，整车控制器及时采取得当措施，开启冷却泵，冷却系统等，可以对报警解除，为增程系统提供保护；当冷却系统全负荷运行时，仍然不能对报警解除时，可以降低增程单元的请求功率，来解除报警；如果报警仍然存在，可以认为是严重报警，此时应该停止增程单元工作，保证增程系统的安全。对于降低增程系统请求功率来解除警报的措施，整车控制器12通过对电池管理单元7，发电机控制器5及发动机控制器4反馈的报警信号进行采样，计数；通过计数值的大小来表征报警信号的恶劣程度从而采取对应的降功率措施。具体实施方法参见图5。
电池过温、过压，发动机、发电机过温一级报警，电池管理单元设定电池温度、压力安全范围值，发电机控制器设定发电机温度安全范围值，发动机控制器设定发动机温度安全范围值；
当电池温度及压力、发电机温度及发动机温度超过安全范围值时，电池管理单元、发电机控制器及发动机控制器开始报警，并将信息反馈给整车控制器；整车控制器对报警信号进行采样计数，并判断是否有故障产生；如有故障产生，对报警信号进行加计数处理，如没有故障产生，对报警信号进行减计数处理；整车控制器同时控制开启第一阻断阀、第二阻断阀、冷却水泵，对电池进行冷却降温、降压处理，对发电机、发动机进行冷却处理；整车控制器降低增程单元的请求功率，来解除一级报警；
整车控制器对在预定时间内的报警信号累积次数设定安全范围值，当整车控制器在预定时间内对报警信号进行的采样计数超过安全范围值，整车控制器认定为二级报警信号(即严重报警信号)，整车控制器将增程单元的请求功率限制为零，来解除二级报警。
通过报警保护控制，可保证动力电池、发电机及发动机工作在安全范围内，一方面有利于提高增程系统的效率，另一方面有利于提供动力电池、发电机及发动机的使用寿命。
所述电动汽车增程系统的冷却系统及其控制方法，考虑动力电池系统适宜的工作温度范围，充分利用发动机暖机的温度来提升动力电池效率；同时根据发动机、发电机及动力电池的不同工作特点，采用分级分护的方式，充分利用冷却风扇效能，对发电机组进行充分冷却，提高发电效率，降低能耗；本发明充分利用增程系统，进而最大程度发挥其发电机、发动机及动力电池的功能。
上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种电动汽车增程系统的冷却系统的控制方法，所述电动汽车增程系统的冷却系统，由三个回路构成，第一回路，用于冷却发动机，由发动机冷却水泵、散热器及溢流壶串接构成；第二回路，用于冷却发电机、驱动电机及变频器，由散热器、冷却水泵、溢流壶、驱动电机及控制器和发电机及控制器串接构成；第三回路，利用发动机运行产生的热能对动力电池系统进行升温，电池温度升高时进行冷却，由散热器、第一阻断阀、第二阻断阀、动力电池系统及回流水泵构成，其中散热器、第二阻断阀、动力电池系统及回流水泵串接成回路，第一阻断阀并联在回流水泵两端；所述第一回路、第二回路及第三回路共用一个散热器，在所述散热器后方设置冷却风扇；所述散热器分为上下两层，上层散热器设置于第一回路及第三回路上，下层散热器设置于第二回路上；其特征在于：按照以下方法进行控制；
(1)动力电池系统控制，将动力电池系统温度控制在设定的安全范围；
外界环境温度较低时，整车控制器控制启动机驱动发动机启动，第一阻断阀及第二阻断阀导通，形成第一回路及第三回路，利用发动机暖机的热量来对电池进行升温；
电池管理单元设定动力电池系统冷却液温度点Tprefect，在暖机过程中，如果冷却液温度达到Tprefect，关闭第一阻断阀及第二阻断阀，利用冷却液比热容较大的特点，可以较长时间保持适宜温度，让动力电池在整车起步阶段工作于合适的温度范围；如在暖机过程中，冷却液温度没有达到Tprefect，导通第一阻断阀及第二阻断阀，继续利用发动机暖机的热量来对电池进行升温，直至动力电池系统冷却液温度点达到Tprefect；
在暖机过程中，电池管理单元设定动力电池报警工作温度Twarn，随着整车持续运行，动力电池本身充放电会提升自身温度；如电池温度达到了设定报警工作温度Twarn，整车控制器开启第一阻断阀及第二阻断阀，形成第三回路，对动力电池进行降温；整车控制器检测到整车系统停机指令后，关断第一阻断阀及第二阻断阀，同时开启回流水泵；
(2)发动机、发电机及驱动电机冷却系统控制，将发动机、发电机及驱动电机的温度控制在设定范围内；
发动机控制器设定发动机最高温度点Tmax，第一回路始终处于导通状态，当发动机温度超过Tmax时，整车控制器控制开启冷却风扇，当发动机温度未达到Tmax时，关闭冷却风扇；
在冷却风扇开启的同时，整车控制器控制第二回路冷却水泵开启，充分利用风扇的快速冷却效果对第二回路的发电机及驱动电机控制器进行冷却。
2.按照权利要求1所述的电动汽车增程系统的冷却系统的控制方法，其特征在于：增设报警保护控制，具体控制方法为；
报警保护控制，用于在动力电池过压、过温，发电机、变频器过温时的报警保护；
电池过温、过压，发动机、发电机过温一级报警，电池管理单元设定电池温度、压力安全范围值，发电机控制器设定发电机温度安全范围值，发动机控制器设定发动机温度安全范围值；
当电池温度及压力、发电机温度及发动机温度超过安全范围值时，电池管理单元、发电机控制器及发动机控制器开始报警，并将信息反馈给整车控制器；
整车控制器对报警信号进行采样计数，并判断是否有故障产生；如有故障产生，对报警信号进行加计数处理，如没有故障产生，对报警信号进行减计数处理；整车控制器同时控制开启第一阻断阀、第二阻断阀、冷却水泵，对电池进行冷却降温、降压处理，对发电机、发动机进行冷却处理；整车控制器降低增程单元的请求功率，来解除一级报警；
整车控制器对在预定时间内的报警信号累积次数设定安全范围值，当整车控制器在预定时间内对报警信号进行的采样计数超过安全范围值，整车控制器认定为二级报警信号，整车控制器将增程单元的请求功率限制为零，来解除二级报警。
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