CN103826895B - 用于电气驱动式车辆的冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电气驱动式机动车辆的冷却系统（1），该冷却系统包括一个中央单元（3）和一个冷却回路（2），该冷却回路至少包括一个用于使冷却剂液体循环的泵（4，5）、一个电磁阀（7）以及一个散热器（10），所述回路（2）旨在对一个蓄电池充电器（6）和与一个电子控制器件（9）相连接的一个电动机（8）进行冷却。根据本发明的冷却系统的主要特征在于，该中央计算单元（3）被配置成用于管理每个泵（4，5）的激活，包括每个所述泵（4，5）的潜在故障。

Description

用于电气驱动式车辆的冷却系统

本发明涉及一种用于具有电气推进作用的机动车辆的冷却系统。这种车辆可以是具有电气推进作用的电动型、或具有涉及电动机和爆燃式发动机的混合推进作用的混合动力型。就冷却而言，具有电气推进作用的车辆与配备有爆燃式发动机的车辆之间的要求是不同的。对具有爆燃式发动机的车辆而言，该冷却系统常规地装备有一个附接至该发动机上的泵，从而使得能够使冷却剂循环穿过散热器、所述热力发动机和一个交换器以便加热乘客隔室。流速是与发动机速度直接相关的（当该发动机停止时为零）。在具有电气推进作用的车辆的情况下，不仅需要冷却该该牵引系的各个元件以使得所述车辆能够行驶，而且还需冷却该充电器，当该车辆停止时以便使得该蓄电池能够从家用电网被再充电。该电动机和充电器的不同冷却阶段是通过至少一个电动泵来实施的，从而使得冷却剂能够以一个给定的流速进行循环。

为了消除对于某些词的解释的歧义，着重强调的是，本说明中所使用的术语“策略”和“方法”是等效的。

用于具有电气推进作用的车辆的冷却系统必须不仅在该车辆的不同使用阶段（本质上包括行驶、停止、蓄电池的充电以及蓄电池的更换）是有效的、而且在该冷却回路的某些元件（例如，流体循环电动泵）的可能故障时也是有效的。实际上，特别担心的是该电动机和/或该充电器的不时的和持久的过热阶段，因为这可能对该车辆造成明显的损害并且使其无法使用。在根据本发明的冷却系统的背景下开发的冷却策略使得有可能通过考虑该冷却回路的某些元件、特别是电泵的大致有缺陷的操作状态，而确保在该车辆使用的全过程中有效冷却该电动机。

本发明的主题是一种用于配备有电气推进作用的机动车辆的冷却系统，该冷却系统包括一个中央处理单元和一个冷却回路，该冷却回路包括至少一个用于使冷却剂循环的泵、一个电磁阀以及一个散热器，所述回路旨在对一个蓄电池充电器和与一个电子控制器件相关联的一个电动机进行冷却。根据本发明的冷却系统的主要特征在于，该计算型中央处理单元被配置成通过对所述泵中的每一个泵的可能故障进行综合来管理对每个泵的激活。实际上，这些泵是该冷却系统的重要元件，因为它们控制着该冷却剂流速并且因此能够输送基本上快速的冷却，从而能够适应所遇到的不同情况，例如一个构件的意外过热。因此，重要的是在该车辆寿命中的任何点处都存在适当的冷却，而不论每个泵的操作状态如何，否则的话将存在该充电器或电动机不可接受的过热的风险。为了是有效的、完全的并且安全的，该冷却系统因此必须能够覆盖该车辆使用阶段中所有可能的情况，例如停止、行驶、蓄电池的更换或充电，并且必须能够缓解每个泵的任何潜在的故障。失效的泵包括该泵对控制命令作出反应但不产生所需设定点的情况、以及该泵对控制命令不再作出反应而完全不工作的情况。该电磁阀可以被激活以允许或防止冷却剂流入该充电器中、并且构成了该冷却系统中的一个必要元件，该必要元件使得有可能根据情况将这些有待实施不同的冷却策略加倍。该冷却剂可以例如由水组成。

优先地，该中央处理单元实施多种冷却控制方法以管理这些构件的高温、或实施该计算型中央处理单元的睡眠拒绝阶段。它覆盖了在车辆的不同使用阶段的过程中在冷却方面有待进行良好管理的重要的具体情况的一个非排他性的清单，用以避免使某些元件退化，例如该电动机或该充电器。

有利的是，该冷却回路包括在行驶模式中使用的一个第一泵、以及在蓄电池再充电模式中使用的一个第二泵，所述这些泵各自的流速能够通过由该中央处理单元输送的一个特定控制信号进行设定。与仅有一个泵的构型相比，将至少两个泵引入该冷却回路中通过将泵之间的可能的使用组合进行加倍而提高了根据本发明的冷却系统的多功能性。这使得这些冷却系统更完全并且因此更有效。的确，可以将多个泵添加至该冷却回路中以便进一步提高该冷却系统的有效性，但是接着必须考虑由此产生的体积以及所产生的成本开销。两个泵能够获得足够的冷却系统有效性、以及减小的体积以及降低的成本。另外，在这两个泵之一出现缺陷或故障的情况下，两个泵的存在提高了补偿可能性。

优先地，用于该第一和第二泵的该特定控制信号是脉冲宽度调制（PWM）型信号。

有利的是，由该计算型中央处理单元实施的这些冷却控制方法是由一个第一计算模块和一个第二计算模块来开发的，该第一计算模块负责用于与该车辆的使用阶段无关地产生一个冷却剂流速命令，该第二计算模块通过考虑所述车辆的使用阶段来对每个泵的故障模式进行综合。如果该冷却回路包括仅一个泵并且该泵是有缺陷的，则该计算型中央处理单元将开发一个冷却策略，该冷却策略通过考虑其降低的能力而优化地使用这个无效的泵。优化使用意味着以较低的效率来使用，但没有进一步损坏该有缺陷的泵的风险。如果该回路包括至少两个泵，则这些冷却控制策略将允许通过引入例如用于每个泵的加权系数、考虑其相应的故障状态而使用两个泵。

优先地，这两个模块的输入参数是用于冷却该电动机的冷却剂的温度、用于冷却该充电器的冷却剂的温度、该充电器的内部温度、电动机的内部温度、所述电动机的电子控制器件的内部温度、一个指示该车辆的状态的信号、每个泵的故障综合信号、以及反映对该计算机进入睡眠中的拒绝或接受的一个信号，对于每个泵，该输出参数是一个冷却设定点，该冷却设定点被表示为由此可以产生的最大流速的一个百分比。

有利的是，该冷却系统包括至少一个调节器。

根据本发明的冷却系统的一个第一优选实施例，该冷却系统对于每个泵包括一个调节器。

根据本发明的冷却系统的一个第二优选实施例，该冷却系统包括若干个泵以及被提供用于所有这些泵的一个单一调节器。

有利的是，该冷却系统对于该车辆的每个使用阶段包括一个调节器。

优选地，该第二模块被设计成用于处理每个泵的三种可能构型，这些构型是正常操作、退化模式操作以及不操作。以此方式，该冷却系统不仅能够在该车辆的不同使用阶段过程中在该冷却回路的所有元件的正常操作中监测并且控制这些冷却操作，而且还结合若干个安全水平，从而使得有可能考虑每个泵的部分或全部故障。术语故障是广义的并且覆盖了每个泵出现局部退化但仍对控制命令作出反应而不产生所需要的设定点的这两种构型、以及每个泵不再对控制命令作出反应的情况。通过考虑每个泵的故障状态，由该计算型中央处理单元产生的这些冷却策略使该充电器或该电动机的意外过热的风险最小化、甚至将其消除并且因此保证所述车辆的寿命延长。

有利的是，用作这些模块的输入数据的这些不同温度是借助于多个传感器来测量的。这些传感器被放置在多个策略点处从而有可能在任何情况下都确保可靠的温度读数。举例而言，可以使用一个单一传感器来测量用来冷却发动机缸体和充电器的冷却温度。尽管这是一个更经济的构型，但是测量值具有较不准确的风险。

根据本发明的冷却系统提供了以下优点：被配置成用于不仅在该车辆的不同使用阶段的过程中、在该冷却回路的所有元件的正常操作过程中、而且也在退化的操作中或在每个泵完全故障的情况下确保对该蓄电池充电器和该电动机的有效且可靠的冷却。实际上，它们所综合的这些冷却策略被设计成用于管理这种可能对所涉及的车辆造成极大损害的危急情况。

将在下文通过参照图1至3给出对根据本发明的冷却系统的一个优选实施例的详细说明。

-图1是根据本发明的冷却系统的简化视图，

-图2是一个流程图，示出了示意性地代表了用于产生流速命令的这个策略的输入模块和输出模块，该流速命令被容纳在根据本发明的冷却系统的计算型中央处理单元中，

-图3是细述图2的输出模块的一个流程图。

参照图1，根据本发明的冷却系统1包括一个冷却回路2以及一个计算型中央处理单元3，该中央处理单元容纳了用于产生该冷却剂流速命令的策略。该冷却回路2包括：在行驶模式中使用的一个第一电动泵4并且其流速可以通过使用脉冲宽度调制（PWM）型控制信号来设定；在蓄电池再充电模式中使用的一个第二电动泵5并且其流速也可以通过使用PWM型控制信号来设定；一个充电器6，该充电器能够在该车辆停止时从家用电网对该蓄电池进行再充电；一个电磁阀7，该电磁阀在该车辆处于行驶阶段时用于使该充电器6短路；一个电动机8及其控制电子器件9，二者在该行驶阶段中均必须被冷却；以及散热器10，该散热器能够以与存在于热力发动机中的方式相似的方式来冷却该冷却剂。该冷却回路2装配有多个传感器，这些传感器值得注意地能够用于测量不同的温度，所述测量值11供应给该计算型中央处理单元3以产生该适当的冷却剂流速控制策略12。

参照图2，用于产生冷却剂流速命令的该策略是由两个计算模块13、14来开发的，其中一个模块13负责用于与该车辆的使用阶段无关地产生一个有效的冷却剂流速命令，而该车辆可以例如处于行驶中或对蓄电池充电的过程中，另一个模块14能够通过综合一个泵或多个泵4、5的故障模式来选定适当的泵。策略的输入如下：

15-‘Temp_Water_peb_mes_K’：这是用于冷却电动机8及其控制电子器件9的冷却剂的温度。

16-‘Temp_Water_bcb_Ihm_mes’：这是用于冷却充电器6的冷却剂的温度。这两个温度可以由一个单一传感器来测量（在此情况下，存在一个单一温度测量值，该单一温度测量值将被复制以控制每个泵的流速），该传感器代表了一种经济的解决方案、但是与在冷却剂的两个不同点处测量这些温度的情况下相比有一点不够准确和优化。

17-‘Temp_AmbBcb_Ihm_mes’：这是充电器6的内部温度。

18-‘Temp_Machine_em_Ihm_mes’：这是电动机8的内部温度。

19-‘Temp_Amb_peb_Ihm_mes’：这是电动机8的控制电子器件9的内部温度。

20-‘Cooling_Mode’：这是来自车辆的中央计算机的信号，该信号指示了车辆的使用阶段（行驶、充电、停车、对蓄电池充电）。

21-每个泵4、5的故障综合信号。这个信号可以包含功能诊断、来自泵4、5的电子器件的反馈、或甚至对于控制电线的电气诊断，其状态是：泵4、5正常运行、泵处于退化模式、泵故障。

22-表示对于使计算机3进入睡眠的拒绝或接受的一个信号。

该策略的输出如下：

23-‘PWM_DrivingMode_wep_req’：这是针对在行驶模式中使用的泵4的流速命令；它是在0与100之间的一个信号，表示该泵能够产生的最大流速的一个百分比。

24-‘PWM_ChargeMode_wep_req：这是针对在车辆蓄电池再充电模式中使用的泵5的流速命令；它是在0与100之间的一个信号，表示该泵能够产生的最大流速的一个百分比。

第一模块13的输出是针对在行驶模式中使用的第一泵4的一个冷却设定点、以及针对在再充电模式中使用的泵5的一个冷却设定点。这些设定点是通过使用至少一个调节器计算出的，该调节器可以是一个比例积分调节器或比例积分微分调节器，其功能是按照这些测量温度与这些参考温度之间的差来调节流速命令。

由于本发明的目的是保护这些构件以免不充分冷却、并且通过根据是否存在故障、或根据故障模式的性质而永久使用正确的泵4、5来优化对泵4、5的使用，因此对所述泵4、5的状态进行综合的该第二模块14使得有可能实施如在图3中代表的以下四个相继的操作：

a)Nominal_WEP_Use：在这个方框中，取决于模式（充电、行驶）以及睡眠状态（在行驶或充电结束之后计算机3是否将进入睡眠），根据以下逻辑来分配这些设定点：

·如果处于充电模式中，则第一模块13的输出PWM_WEP_Bcb_CoolingNeed26被分配给在再充电模式中使用的第二泵5。在行驶模式中使用的第一泵4接收该停止请求来代替PWM_WEP_Peb_CoolingNeed25作为设定点

·如果处于行驶模式中，则第一模块13的输出PWM_WEP_Peb_CoolingNeed25被分配给在行驶模式中使用的第一泵4。在再充电模式中使用的第二泵5接收该停止请求来代替PWM_WEP_Bcb_CoolingNeed26作为设定点

·如果既不处于充电模式也不处于行驶模式中并且在例如高温情况下拒绝使计算机3进入睡眠中，则通过使用最后模式的设定点来继续冷却（例如，如果当时是行驶模式并且之后的步骤既不是充电也不是行驶也不是蓄电池更换，并且拒绝使计算机3进入睡眠中，那么通过对于在行驶模式中使用的第一泵4使用行驶设定点PWM_WEP_Peb_CoolingNeed25来继续冷却）。

根据另一个实施例，可以决定独立于之前的状况而一直使用同一个泵，并且利用来自该调节器的一个设定点或这一个固定的设定点。

b）Failure_WEP_Use：在这个方框中，输入是由第一个方框产生的两个流速（被命名为PWM_ChargeMode_wep_raw27和PWM_DrivingMode_wep_raw28）、用于泵4、5的诊断信号21、以及该车辆的使用模式（充电、行驶）。

在这些诊断信号中，将对以下情况进行区分：

>泵4、5处于正常运行模式。

>泵4、5以退化模式运行，这种模式指定了一个泵4、5，该泵没有产生所希望的设定点并且因此是不可控的、但是是有作用的。在这种模式中，泵4、5以全速运行、或以制造商所提供的一个固定的速度运行。

>泵4、5由于故障而停止（泵故障）。

这个方框的输出是PWM_ChargeMode_wep_cons_129和PWM_DrivingMode_wep_cons_130并且如下进行计算：

·情况1：如果处于充电模式中并且在充电模式中使用的第二泵5已经发生故障，

PWM_ChargeMode_wep_cons_1=Stopped.

PWM_DrivingMode_wep_cons_1=PWM_ChargeMode_wep_raw.

·情况2：如果处于充电模式中并且在充电模式中使用的第二泵5处于退化模式中，

PWM_ChargeMode_wep_cons_1=PWM_ChargeMode_wep_raw.

PWM_DrivingMode_wep_cons_1=Stopped.

情况3：如果处于充电模式中并且在行驶模式中使用的第一泵4处于退化模式中，

PWM_ChargeMode_wep_cons_1=Stopped.

PWM_DrivingMode_wep_cons_1=PWM_ChargeMode_wep_raw.

情况4：如果处于行驶式中并且在行驶模式中使用的第一泵4已经发生故障，

PWM_ChargeMode_wep_cons_1=PWM_DrivingMode_wep_raw.

PWM_DrivingMode_wep_cons_1=Stopped.

·情况5：如果处于行驶模式中并且在行驶模式中使用的第一泵4处于退化模式中，

PWM_ChargeMode_wep_cons_1=Stopped.

PWM_DrivingMode_wep_cons_1=PWM_DrivingMode_wep_raw.

·情况6：如果处于行驶模式中并且在充电模式中使用的第二泵5处于退化模式中，

PWM_ChargeMode_wep_cons_1=PWM_DrivingMode_wep_raw.

PWM_DrivingMode_wep_cons_1=Stopped.

简言之，如果一个泵4、5发生故障，则另一个泵4、5被使用，并且如果一个泵4、5处于退化模式中，则该泵被使用。在所有情况下，在这个方框的输出端处总是有一个泵4、5在运行。

c)High_Temp_WEP_Use：在这个方框中，这些输入是PWM_ChargeMode_wep_cons_129和PWM_DrivingMode_wep_cons_130（前一个方框的输出）、有待冷却的这些构件（电动机8、控制电子器件9、以及充电器6）的温度、用于泵4、5的诊断信号21、以及该车辆的使用模式（充电、行驶）。

这个方框的输出是PWM_ChargeMode_wep_cons_231和PWM_DrivingMode_wep_cons_232并且如下进行计算：

·如果处于充电模式中并且该充电器6到达了被估计为关键的一个确定的温度阈值并且该第二泵5没有故障，则最初应用以下各项：

PWM_ChargeMode_wep_cons_2=Max setpoint.

PWM_DrivingMode_wep_cons_2=PWM_DrivingMode_wep_cons_1.

并且如果，在某段之间之后，该充电器6的温度没有下降至低于该第一阈值的第二阈值之下并且该第一泵4没有故障，则该方框的输出将是：

PWM_ChargeMode_wep_cons_2=Max setpoint.

PWM_DrivingMode_wep_cons_2=Max setpoint.

·如果处于行驶模式中并且该电动机8或控制电子器件9到达了被估计为关键的一个确定的温度阈值并且该第一泵4没有发生故障，则最初应用以下各项：

PWM_ChargeMode_wep_cons_2=PWM_ChargeMode_wep_cons_1.

PWM_DrivingMode_wep_cons_2=Max setpoint.

并且如果，在一段时间之后，该电动机8或控制电子器件9的温度没有下降至低于该第一阈值的第二阈值之下并且该第二泵5没有故障，则该方框的输出将是：

PWM_ChargeMode_wep_cons_2=Max setpoint.

PWM_DrivingMode_wep_cons_2=Max setpoint.

应注意的是，在此涵盖了泵4、5之一处于退化模式的情况，因为这个方框的目的是提高该回路2中的流速以便通过同时激活泵4、5来改善热交换。根据这个逻辑，即使一个泵4、5处于退化模式中（已经被激活），这两个泵4、5都将被激活。

在这两种情况下，如果泵4、5之一发生故障，则它维持在前一个方框中计算出的相同设定点。

d)Request_WEP_Calculation:

这个方框构成了对这些泵4、5命令的最终裁定。

情况A-如果处于行驶或充电模式中，则使用在之前这些方框中计算出的设定点。

情况B-如果请求停止冷却并且温度允许（无高温）的话，则这些设定点被改变成停止设定点。

情况C-最后一种情况是蓄电池更换的情况。鉴于在这个模式中丢失了一定数量的测量值，特别是构件6、8、9的温度值，因此取消了所有的计算步骤并且这些命令是利用在这个模式出现之前用所使用的最后值来进行设定的。

Claims (9)

1.一种用于配备有电气推进作用的机动车辆的冷却系统(1)，该冷却系统包括一个计算型中央处理单元(3)和一个冷却回路(2)，该冷却回路包括用于使冷却剂循环的至少一个泵(4，5)、一个电磁阀(7)以及一个散热器(10)，所述冷却回路(2)旨在对一个蓄电池充电器(6)和与一个电子控制器件(9)相关联的一个电动机(8)进行冷却，其特征在于，该计算型中央处理单元(3)被配置成接收针对所述至少一个泵的诊断信息，并且基于所接收的诊断信息来管理对每个泵(4，5)的激活，所述诊断信息包括降低的能力，管理对每个泵(4，5)的激活包括优化每一个所述泵的所述降低的能力的使用。

2.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，该计算型中央处理单元实施多种冷却控制方法以管理所述蓄电池充电器(6)、所述电动机(8)和所述电子控制器件(9)的高温、或实施该计算型中央处理单元(3)的睡眠拒绝阶段。

3.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，该冷却回路(2)包括在行驶模式中使用的一个第一泵(4)以及在蓄电池再充电模式中使用的一个第二泵(5)，所述这些泵(4，5)各自的流速能够通过由该计算型中央处理单元(3)输送的一个特定控制信号进行设定。

4.如权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，用于该第一和第二泵的该特定控制信号是脉冲宽度调制型信号。

5.如权利要求2至4中任一项所述的冷却系统，其特征在于，由该计算型中央处理单元(3)实施的这些冷却控制方法是由一个第一计算模块(13)和一个第二计算模块(14)来开发的，该第一计算模块负责用于与该机动车辆的使用阶段无关地产生一个冷却剂流速命令，该第二计算模块通过考虑所述机动车辆的使用阶段来对每个泵(4，5)的故障模式进行综合。

6.如权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，这两个计算模块(13，14)的输入参数是：用于冷却该电动机(8)的冷却剂的温度、用于冷却该充电器(6)的冷却剂的温度、该充电器(6)的内部温度、该电动机(8)的内部温度、所述电动机(8)的电子控制器件(9)的内部温度、一个指示该机动车辆的状态的信号、每个泵(4，5)的故障综合信号、以及反映对于使该计算型中央处理单元(3)进入睡眠中的拒绝或接受的一个信号，并且对于每个泵(4，5)，这两个计算模块(13，14)的输出参数是冷却设定点，该冷却设定点被表示为由此可以产生的最大流速的一个百分比。

7.如权利要求1至4中任一项所述的冷却系统，其特征在于，该冷却系统包括至少一个调节器。

8.如权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，该第二计算模块(14)被设计成用于处理每个泵(4，5)的三种可能构型，这些构型是正常操作、退化模式操作以及不操作。

9.如权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，用作这些计算模块(13，14)的输入数据的这些不同温度是借助于多个传感器来测量的。