CN104002661B - 一种插电式新能源客车电机混合冷却方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种插电式新能源客车电机混合冷却系统及冷却方法，所述系统包括：ECU、电机水冷装置和电机风冷装置；所述电机水冷装置和电机风冷装置分别均设有温度采集装置和温度控制装置，所述ECU与所述温度采集装置和温度控制装置连接；本发明插电式新能源客车电机混合冷却系统及方法基于插电式混合动力的纯电动行驶及混合动力行驶特点，根据工况模式及电机温度来控制水冷系统及风冷系统的工作状态，使驱动电机在任何工况下都工作在最佳温度状态，使用范围更加广泛，可大大提高整车可靠性，实现降耗减排的目标。
Description
技术领域
本发明涉及汽车制造技术领域，尤其涉及一种插电式新能源客车电机混合冷却系统及冷却方法，具体来说是用两套独立的散热系统混合工作来调节电机工作温度的系统及方法。
背景技术
近年来，世界石油市场价格波动剧烈，各国政府纷纷调整本国的能源策略，加之汽车尾气排放造成了城市空气的严重污染，随着经济的迅速发展，国家对能源节约和环境保护的重视日益提高，国内外正在兴起一场电动车的研究开发热潮。
插电式混合动力客车兼具混合动力客车和纯电动客车的特点，它与纯电动客车同样有着电机独立驱动的工作模式，完全可以满足客车低速大扭矩和高速行驶的要求。其能量来源不仅来自于外充电也可以来自于发电机组。插电式混合动力客车可以根据不同运营环境选择纯电动、插电式、混合动力等多种工作模式，达到明显的节能减排效果，是由混合动力客车向纯电动客车过渡的最佳产品。
2008年，科技部在“十一五”863计划中设立插电式混合动力客车研发课题，2011年，国家发改委设立插电式混合动力机电耦合驱动系统专项，支持插电式混合动力机电耦合系统研发与产业化工作。2010年起，国家有关部门将混合动力客车列为节能型客车，而将插电式混合动力客车和纯电动客车列为新能源客车，并且在十二五期间加大支持力度。但是目前插电式机电耦合系统纯电动行驶电机升温快、高温持续时间长问题仍然存在。完全适用于插电式混合动力客车夏季使用的电机冷却系统仍不完善，制约了插电式混合动力客车的产业化推广工作。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种插电式新能源客车电机混合冷却系统及冷却方法，它基于插电式混合动力的纯电动行驶及混合动力行驶特点，可以根据工况模式及电机温度来控制水冷系统及风冷系统的工作状态，使驱动电机在任何工况下都工作在最佳温度状态，使用范围更加广泛，可大大提高整车可靠性，实现降耗减排的目标。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种插电式新能源客车电机混合冷却系统，包括：ECU、电机水冷装置和电机风冷装置；所述电机水冷装置和电机风冷装置分别均设有温度采集装置和温度控制装置，所述ECU与所述温度采集装置和温度控制装置连接；
所述电机水冷装置包括依次连接的膨胀水箱、散热水箱、三通钢管、水泵、第一L型钢管、电机控制器、第二L型钢管、电机、第三L型钢管，其中，所述第三L型钢管的进水口与电机连接，所述第三L型钢管的出水口与所述散热水箱的回水口连接，所述膨胀水箱的透气口与大地连接，所述散热水箱的出水口与三通钢管连接，所述散热水箱的通气口与膨胀水箱连接；所述散热水箱上设有电子风扇；
所述电机风冷装置包括依次连接的空调、第一不锈钢管、空滤器、风机、第二不锈钢管、电机，所述空滤器和风机均安装在不锈钢箱体内，所述电机的出风口直接通向大气；
所述电机水冷装置的温度采集装置包括设置在散热水箱内部的进水温度传感器、设置在散热水箱内部的出水温度传感器、设置在电机外部的电机温度传感器和设置在电机控制器外部的电机控制器温度传感器。
所述电机风冷装置的温度采集装置包括设置在电机外部的电机温度传感器。
所述电机水冷装置的温度控制装置包括水泵继电器和电子风扇继电器，所述水泵继电器分别与水泵和ECU连接，所述电子风扇继电器分别与电子风扇和ECU连接。
所述电机风冷装置的温度控制装置包括风机继电器，所述风机继电器分别与风机和ECU连接。
所述ECU与所述温度采集装置通过CAN总线连接。
所述水泵继电器与水泵之间设有水泵保险。
所述电子风扇继电器与电子风扇之间设有电子风扇保险。
所述风机继电器与风机之间设有风机保险。
一种插电式新能源客车电机混合冷却方法，包括如下步骤：
步骤(1)：电机风冷装置和电机水冷装置的电机温度传感器、电机控制器温度传感器、散热水箱进水温度传感器和散热水箱出水温度传感器将各自采集到的温度上传给ECU，ECU经过分析处理后分别控制水泵、风机和电子风扇的工作与否；从而实现对插电式新能源客车电机温度的冷却；
ECU先判断电机是否工作；如果是就进入步骤(2)；如果否就进入步骤(3)；
步骤(2)：判断电机温度Tmotor是否大于T1或者电机控制器温度TEM是否大于T2，如果是就进入步骤(4)；
步骤(3)：判断电机温度Tmotor是否大于T或者电机控制器温度TEM是否大于T1，如果是就进入步骤(13)；
步骤(4)：判断水泵是否工作，如果是就进入步骤(5)；如果否就进入步骤(6)；
步骤(5)：判断电机温度Tmotor是否小于T3或电机控制器温度TEM是否小于T5；如果是就停止水泵的工作；
步骤(6)：判断散热水箱进水温度是否大于T2或散热水箱出水温度是否大于T10；如果是就进入步骤(8)；如果否就进入步骤(7)；
步骤(7)：判断散热水箱进水温度是否小于T10或散热水箱出水温度是否小于T12；如果是风扇就停止工作；
步骤(8)：判断风扇是否低速运转，如果是就进入步骤(9)；如果否就进入步骤(15)；
步骤(9)：判断散热水箱进水温度是否大于T11或散热水箱出水温度是否大于T；如果是就进入步骤(10)；
步骤(10)：判断风扇是否高速运转，如果是就进入步骤(11)；如果否就进入步骤(15)；
步骤(11)：判断电机温度Tmotor是否大于T6，如果是风机就开始工作，并进入步骤(12)；
步骤(12)：判断电机温度Tmotor是否小于T7，如果是风机就停止工作；
步骤(13)：判断水泵是否工作，如果是就进入步骤(14)；
步骤(14)：判断电机温度Tmotor是否小于T4或者电机控制器温度TEM是否小于T3，如果是水泵就停止工作；
步骤(15)：判断散热水箱进水温度如果大于T2且小于T11；或散热水箱出水温度如果大于T10且小于T；则风扇转速线性增长。
本发明的有益效果：
1、大大提高了插电式混合动力系统的运营可靠性，可保障电机及其控制器在最佳温度情况下工作，减少电机的退磁，消除高温故障报警，降低保养费用，提高运营收入。
2、增加的电机风冷系统相比于提高电机磁钢等级、牺牲部分控制策略，具有结构简单、成本低、方便维护等特点且可优化整车控制策略，提高节油率，降低排放。
3、不仅适用于插电式混合动力电机散热冷却，同样也适用于纯电动客车、无轨电车的电机散热冷却。
4、本发明结合十一五863计划——插电式混合动力客车整车开发课题的实施，开发了一种新型的插电式混合动力客车电机双冷却系统，通过采集电机、电机控制器、散热器进出水等温度信号来智能控制水冷与风冷系统的工作状态，实现控制水泵启停、电子风扇无级调速、风冷风机启停及无级调速等功能，从而达到降低整车能耗及提高电机系统可靠性的目标。
5、本系统的开发将有力促进插电式混合动力客车技术发展，逐步实现批量生产和市场推广；同时可向传统汽车技术扩散，取消传统机械式皮带传动散热系统，带动我国汽车产业快速发展。
附图说明
图1是本发明的拓扑结构图；
图2是图1的电机水冷装置；
图3是图1的电机风冷装置；
图4是图1的电气控制装置；
图5为本发明的方法流程图。
其中，1、ECU，2、电机水冷装置，3、电机风冷装置，4、膨胀水箱，5、大地，6、散热水箱，7、三通钢管，8、水泵，9、第一L型钢管，10、电机控制器，11、第二L型钢管，12、电机，13、第三L型钢管，14、空调，15、第一不锈钢管，16、空滤器，17、风机，18、第二不锈钢管，19、大气，20、电机温度传感器，21、电机控制器温度传感器，22、散热水箱进水温度传感器，23、散热水箱出水温度传感器，24、水泵继电器，25、电子风扇继电器，26、风机继电器，27、电子风扇。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种插电式新能源客车电机混合冷却系统，包括：ECU1、电机水冷装置2和电机风冷装置3；所述电机水冷装置2和电机风冷装置3分别均设有温度采集装置和温度控制装置，所述ECU1与所述温度采集装置和温度控制装置连接；
如图2所示，所述电机水冷装置2包括依次连接的膨胀水箱4、散热水箱6、三通钢管7、水泵8、第一L型钢管9、电机控制器10、第二L型钢管11、电机12、第三L型钢管13，其中，所述第三L型钢管13的进水口与电机12连接，所述第三L型钢管13的出水口与所述散热水箱6的回水口连接，所述膨胀水箱4的透气口与大地5连接，所述散热水箱6的出水口与三通钢管7连接，所述散热水箱6的通气口与膨胀水箱4连接；所述散热水箱6上设有电子风扇27；
如图3所示，所述电机风冷装置3包括依次连接的空调14、第一不锈钢管15、空滤器16、风机17、第二不锈钢管18、电机12，所述空滤器16和风机17均安装在不锈钢箱体内，所述电机12的出风口直接通向大气19；
如图4所示，
所述电机水冷装置2的温度采集装置包括设置在散热水箱6内部的进水温度传感器、设置在散热水箱6内部的出水温度传感器、设置在电机12外部的电机温度传感器20和设置在电机控制器10外部的电机控制器温度传感器21。
所述电机风冷装置3的温度采集装置包括设置在电机外部的电机温度传感器20。
所述电机水冷装置2的温度控制装置包括水泵继电器24和电子风扇继电器25，所述水泵继电器24分别与水泵8和ECU1连接，所述电子风扇继电器25分别与电子风扇和ECU1连接。
所述电机风冷装置3的温度控制装置包括风机继电器26，所述风机继电器26分别与风机17和ECU1连接。
结合附图5与实例对本发明电机混合冷却方法作进一步说明。
一种插电式新能源客车电机混合冷却方法，包括如下步骤：
步骤(1)：电机风冷装置3和电机水冷装置2的电机温度传感器20、电机控制器温度传感器21、散热水箱进水温度传感器22和散热水箱出水温度传感器23将各自采集到的温度上传给ECU1，ECU1经过分析处理后分别控制水泵8、风机17和电子风扇的工作与否；从而实现对插电式新能源客车电机温度的冷却；
ECU1先判断电机是否工作；如果是就进入步骤(2)；如果否就进入步骤(3)；
步骤(2)：判断电机温度Tmotor是否大于T1或者电机控制器10的温度TEM是否大于T2，如果是就进入步骤(4)；
步骤(3)：判断电机温度Tmotor是否大于T或者电机控制器10的温度TEM是否大于T1，如果是就进入步骤(13)；
步骤(4)：判断水泵8是否工作，如果是就进入步骤(5)；如果否就进入步骤(6)；
步骤(5)：判断电机温度Tmotor是否小于T3或电机控制器10的温度TEM是否小于T5；如果是就停止水泵8的工作；
步骤(6)：判断散热水箱进水温度是否大于T2或散热水箱出水温度是否大于T10；如果是就进入步骤(8)；如果否就进入步骤(7)；
步骤(7)：判断散热水箱进水温度是否小于T10或散热水箱出水温度是否小于T12；如果是风扇就停止工作；
步骤(8)：判断风扇是否低速运转，如果是就进入步骤(9)；如果否就进入步骤(15)；
步骤(9)：判断散热水箱进水温度是否大于T11或散热水箱出水温度是否大于T；如果是就进入步骤(10)；
步骤(10)：判断风扇是否高速运转，如果是就进入步骤(11)；如果否就进入步骤(15)；
步骤(11)：判断电机温度Tmotor是否大于T6，如果是风机17就开始工作，并进入步骤(12)；
步骤(12)：判断电机温度Tmotor是否小于T7，如果是风机17就停止工作；
步骤(13)：判断水泵8是否工作，如果是就进入步骤(14)；
步骤(14)：判断电机温度Tmotor是否小于T4或者电机控制器10的温度TEM是否小于T3，如果是水泵8就停止工作；
步骤(15)：判断散热水箱进水温度如果大于T2且小于T11；或散热水箱出水温度如果大于T10且小于T；则风扇转速线性增长。
具体连接方式：
电机水冷装置2：膨胀水箱4通过三元乙丙胶管分别与散热水箱的通气口及出水口处三通钢管7注水口连接，膨胀水箱4的透气口通过三元乙丙胶管垂直导向地面，散热水箱出水口通过成型硅橡胶管与三通钢管7连接，三通钢管7通过成型硅橡胶管与水泵8进水口连接，水泵8出水口通过成型硅橡胶管与不锈钢管连接，不锈钢管通过成型硅橡胶管与电机控制器进水口连接，电机控制器出水口通过成型硅橡胶管与不锈钢管连接，不锈钢管通过三元乙丙长胶管与不锈钢管连接，不锈钢管通过成型硅橡胶管与电机进水口连接，电机出水口通过成型硅橡胶管与不锈钢管连接，不锈钢管通过三元乙丙长胶管与不锈钢管连接，不锈钢管通过成型硅橡胶管与散热水箱回水口连接；
电机风冷装置3：空调风通过硅橡胶管与不锈钢管连接，不锈钢管通过硅橡胶管与空滤器16进风口连接，空滤器16出风口通过硅橡胶管与风机进风口连接，风机出风口通过硅橡胶管与不锈钢管连接，不锈钢管通过硅橡胶管与电机进风口连接，电机出风口直接导向大气。
温度采集及控制机构：ECU1通过CAN总线读取散热水箱、电机控制器、电机温度信息，ECU1通过继电器、保险控制水泵8、风机17的启停，通过继电器、保险控制散热水箱电子风扇的启停及转速大小。
具体工作方式：
一种插电式新能源客车电机混合冷却系统，包括温度采集及控制机构ECU1，水冷系统的散热水箱、电子风扇、水泵、水温传感器，风冷系统的空滤器、风机等。ECU1通过继电器和电子风扇、水泵、风机连接，ECU1通过CAN总线和测温系统连接，通过采集电机及其控制器温度信号控制水泵及风机的启停，通过采集散热水箱进出水温度控制电子风扇的转速。
一种插电式新能源客车电机混合冷却方法，保障电机在最佳温度范围内工作，只有在最佳温度工作，电机才会减少退磁，电机控制器功率器件才会正常工作。在纯电动工况电机以峰值功率持续行驶及加速、减速频繁时，电机温升较快，最高可达Tmax以上。电机混合冷却系统ECU1可通过采集电机、电机控制器、冷却液温度信号，实时控制继电器，由继电器输出控制电子风扇的高低速运转、控制水泵、风机的启停。其特点在于可控制风扇转速、水泵软启动，增加风机冷却系统的高温辅助冷却功能，从而使电机峰值温度保持在Tmax以下，冷却液温度保持在T以下；确保电机及其控制器工作状态达到最佳功效比，提高混合动力系统的可靠性，系统设备适用于DC12V---DC42V车辆。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种插电式新能源客车电机混合冷却方法，其特征是，
所述方法所应用的系统包括：ECU、电机水冷装置和电机风冷装置；所述电机水冷装置和电机风冷装置分别均设有温度采集装置和温度控制装置，所述ECU与所述温度采集装置和温度控制装置连接；
所述电机水冷装置包括依次连接的膨胀水箱、散热水箱、三通钢管、水泵、第一L型钢管、电机控制器、第二L型钢管、电机、第三L型钢管，其中，所述第三L型钢管的进水口与电机连接，所述第三L型钢管的出水口与所述散热水箱的回水口连接，所述膨胀水箱的透气口与大地连接，所述散热水箱的出水口与三通钢管连接，所述散热水箱的通气口与膨胀水箱连接；所述散热水箱上设有电子风扇；
所述电机风冷装置包括依次连接的空调、第一不锈钢管、空滤器、风机、第二不锈钢管、电机，所述空滤器和风机均安装在不锈钢箱体内，所述电机的出风口直接通向大气；
所述方法包括如下步骤：
步骤(1)：电机风冷装置和电机水冷装置的电机温度传感器、电机控制器温度传感器、散热水箱进水温度传感器和散热水箱出水温度传感器将各自采集到的温度上传给ECU，ECU经过分析处理后分别控制水泵、风机和电子风扇的工作与否；从而实现对插电式新能源客车电机温度的冷却；
ECU先判断电机是否工作；如果是就进入步骤(2)；如果否就进入步骤(3)；
步骤(2)：判断电机温度Tmotor是否大于T1或者电机控制器温度TEM是否大于T2，如果是就进入步骤(4)；
步骤(3)：判断电机温度Tmotor是否大于T或者电机控制器温度TEM是否大于T1，如果是就进入步骤(13)；
步骤(4)：判断水泵是否工作，如果是就进入步骤(5)；如果否就进入步骤(6)；
步骤(5)：判断电机温度Tmotor是否小于T3或电机控制器温度TEM是否小于T5；如果是就停止水泵的工作；
步骤(6)：判断散热水箱进水温度是否大于T2或散热水箱出水温度是否大于T10；如果是就进入步骤(8)；如果否就进入步骤(7)；
步骤(7)：判断散热水箱进水温度是否小于T10或散热水箱出水温度是否小于T12；如果是风扇就停止工作；
步骤(8)：判断风扇是否低速运转，如果是就进入步骤(9)；如果否就进入步骤(15)；
步骤(9)：判断散热水箱进水温度是否大于T11或散热水箱出水温度是否大于T；如果是就进入步骤(10)；
步骤(10)：判断风扇是否高速运转，如果是就进入步骤(11)；如果否就进入步骤(15)；
步骤(11)：判断电机温度Tmotor是否大于T6，如果是风机就开始工作，并进入步骤(12)；
步骤(12)：判断电机温度Tmotor是否小于T7，如果是风机就停止工作；
步骤(13)：判断水泵是否工作，如果是就进入步骤(14)；
步骤(14)：判断电机温度Tmotor是否小于T4或者电机控制器温度TEM是否小于T3，如果是水泵就停止工作；
步骤(15)：判断散热水箱进水温度如果大于T2且小于T11；或散热水箱出水温度如果大于T10且小于T；则风扇转速线性增长。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述电机水冷装置的温度采集装置包括设置在散热水箱内部的进水温度传感器、设置在散热水箱内部的出水温度传感器、设置在电机外部的电机温度传感器和设置在电机控制器外部的电机控制器温度传感器。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述电机风冷装置的温度采集装置包括设置在电机外部的电机温度传感器。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述电机水冷装置的温度控制装置包括水泵继电器和电子风扇继电器，所述水泵继电器分别与水泵和ECU连接，所述电子风扇继电器分别与电子风扇和ECU连接。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述电机风冷装置的温度控制装置包括风机继电器，所述风机继电器分别与风机和ECU连接。
6.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述ECU与所述温度采集装置通过CAN总线连接。
7.如权利要求4所述的方法，其特征是，所述水泵继电器与水泵之间设有水泵保险。
8.如权利要求4所述的方法，其特征是，所述电子风扇继电器与电子风扇之间设有电子风扇保险。
9.如权利要求5所述的方法，其特征是，所述风机继电器与风机之间设有风机保险。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 252000 No.261 Huanghe Road, economic development zone, Liaocheng City, Shandong Province Patentee after: Zhongtong bus Limited by Share Ltd. Address before: 252000 No. 10, Dongchangfu, Liaocheng District, Shandong, Jianshe Road Patentee before: ZHONGTONG BUS HOLDING Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address |