CN105150828B - 一种车辆冷却系统流量匹配和电子水泵参数的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆冷却系统流量匹配和电子水泵参数的确定方法，包括对系统流量L和电子水泵性能参数泵压P的确定，具体确定方式如下：(1)泵压P为并联冷却系统中散热器水阻P₀、系统管路总阻力Px及系统各发热元件并联支路中水阻最大值P_max之和；(2)以P_max为支路阻力平衡基准，得到所有发热元件支路在该阻力时对应的流量值，流量L即为所有发热元件在水阻为P_max时对应的流量值之和。本发明的确定方法根据并联冷却系统的特点，利用支路阻力平衡和系统总压力平衡原则，以并联系统各支路散热流量需求点对应阻力最大的发热元件的需求流量为参考流量，对L和P的最小性能需求进行计算，为汽车冷却系统在匹配电子水泵流量时提供指导。

Description

一种车辆冷却系统流量匹配和电子水泵参数的确定方法

技术领域

本发明涉及一种车辆冷却系统流量匹配和电子水泵参数的确定方法。

背景技术

目前电动汽车的发展越来越快，用于动力输出的电机及控制器等部件均需要冷却降温来保证其性能，现有的电动汽车通常采用水冷却系统进行散热冷却。因此，电动汽车冷却系统的冷却水路循环至关重要。而现在很多新能源汽车、房车等特种车辆常用于微型水泵作为水循环、冷却或车上供水系统，这种微型自吸水水泵成为汽车电子水泵。这种水泵可实现定量传输、定量控制，但功率一般不大，汽车冷却系统一般采用电子水泵作为循环水泵，这样就不需要另外再设置水泵驱动设备，并能够实现电控制。

现有的汽车冷却水路基本采用串联水路，如图1所示，冷却水路经由汽车上各个需要冷却的零部件包括再流入散热器，从而形成一个大循环水路，通过电子水泵增压使冷却液不断循环流动，以使驱动元件和驱动控制元件的温度保持在合理的温度范围内，以保证整车安全可靠运行。但是由于整个回路中需要冷却部件多，串联系统阻力为各元件单件阻力和，系统阻力较大，若想保证冷却水循环畅通且维持一定的流量，则需要功率大、流量高的电子水泵，目前国内外此种高性能水泵仍旧缺乏，且价格高昂，这就造成水泵性能和成本的浪费。

尤其是目前随着电动汽车上集成的功能日益增多，需要冷却的单元也日趋增多，特别是大型纯电动汽车，其存在多个电机(驱动元件)、控制器(驱动控制元件)，而且不同的部件对工作温度的要求不同，其对散热流量的需求也不一样，导致冷却系统的冷却水路复杂，水阻大而导致冷却水局部循环不畅或困难，冷却单元局部水温高的问题，同时电子水泵性能低，其也满足不了复杂的水路循环功能。这常常导致电动汽车上的需要冷却的部件因不能获得有效冷却，而不能正常工作，从而导致电动汽车发生故障。

中国专利授权公告号CN 203752889U公开了一种具有热管理功能的并联冷却系统，根据不同部件散热功率不同以及工作温度不同，将系统分成并联的冷却支路对不同部件进行冷却，一套系统可以满足不同部件的散热需求，降低了系统成本和设备重量。但是在目前的汽车冷却系统匹配设计中，设计人员大多只能根据汽车驱动系统热量平衡进行热量平衡的理论计算，对于冷却系统电子水泵流量匹配和流量分配并无可靠和统一的匹配设计方法，无法确定所需电子水泵的泵压及流量的性能参数以选择合适的水泵。

发明内容

本发明的目的是提供一种车辆冷却系统流量匹配和电子水泵参数的确定方法，为汽车冷却系统在匹配电子水泵流量时提供指导。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种车辆冷却系统流量匹配和电子水泵参数的确定方法，包括对电子水泵流量L和泵压P的确定，具体确定方式如下：

(1)泵压P的确定：并联冷却系统中泵压P为散热器水阻P₀、系统管路总阻力Px及系统各发热元件并联支路中水阻最大值P_max之和，其中P_max为各发热元件支路中阻力最大支路在需求流量时的阻力值；

(2)流量L的确定：以P_max为支路阻力平衡基准，得到所有发热元件支路在该阻力时对应的流量值，流量L即为所有发热元件在水阻为P_max时对应的流量值之和。

泵压P的计算公式为：P＝P_max+P₀+P_x。

所述设定安全流量为对应需求散热流量乘以第一安全系数的值。

所述第一安全系数为1.1～1.3。

通过各发热元件的阻力曲线由其水阻值得到对应的流量值。

本发明车辆冷却系统流量匹配和电子水泵参数的确定方法根据并联冷却系统的特点，利用支路阻力平衡和系统总压力平衡原则，以散热流量需求最大的发热元件的需求流量为参考流量，对电子水泵的流量和泵压参数的最小性能需求进行计算，为汽车冷却系统在匹配电子水泵流量时提供指导。

附图说明

图1为现有汽车冷却系统结构示意图；

图2为本发明冷却系统结构示意图；

图3为系统发热元件及水泵阻力曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

如图2所示为本发明冷却系统结构示意图，由图可知，该冷却系统采用并联结构，包括电子水泵、多个并联支路、副水箱和散热器，每个并联支路上均连接有对应需冷却部件(发热元件)，其中散热器水阻为P₀，系统管路总阻力为Px，P₁、P₂…P_n为系统各发热元件水阻，该冷却系统的总流量为L，系统总压力为P。

在并联冷却系统中，在水路流量达到稳定时，系统会形成并联支路阻力平衡和系统总压力平衡两个平衡状态，匹配电子水泵，也即匹配系统两个平衡状态下的支路流量和系统总流量。

支路阻力平衡：即在系统流量稳定时，所有并联支路阻力达到平衡状态，即此时有：P₁＝P₂＝…＝P_n，而根据并联支路流量特性，此时所有支路流量并不相同。

系统总压力平衡：即在系统总流量稳定时，系统水泵提供的水压要和系统总阻力达成平衡状态，即系统总压力与水泵出口压力(泵压)相同。

电子水泵所需的流量L和泵压P的具体确定方式如下：

(1)泵压P的确定：并联冷却系统中泵压P为散热器水阻P₀、系统管路总阻力Px及系统各发热元件并联支路中水阻最大值P_max之和，其中P_max为各发热元件支路中阻力最大支路在需求流量时的阻力值，这里的水阻即为水压，其计算公式如下：

P＝P_max+P₀+P_x；

本实施例中设定安全流量为对应需求散热流量乘以第一安全系数的值，一般安全系数S1可取1.1～1.3。

(2)流量L的确定：以系统各发热元件中水阻最大值P_max为基准，得到所有发热元件对应的流量值，则流量L为所有发热元件在水阻为P_max时对应的流量值之和。

本实施例是通过各发热元件的阻力曲线由其水阻值得到对应的流量值。

另外，在计算出水泵的流量和泵压参数后进行水泵选型时，由于理论计算会存在一定偏差及水泵在长时工作后的性能下降，在选水泵时往往需要取一定得安全余量，即在计算出的最小性能参数基础上乘以第二安全系数S2，其取值范围为1.3～1.5。

下面以某款客车电驱动冷却系统中两个并联支路为例进行说明，两个并联支路分别连接有某一驱动元件及其对应的驱动控制元件，假设在流量60L/Min以下时，散热器阻力P₀≈5KPa，系统管路总阻力P_x基本恒定，取P_x≈5KPa；该驱动元件散热流量需求为L₁’＝20L/Min，驱动控制元件散热流量需求为L₂’＝18L/Min，驱动元件和驱动控制元件阻力曲线如图3所示，该图中A为驱动元件阻力曲线，B为驱动控制元件阻力曲线，C为所选电子水泵性能曲线，根据并联系统的两个平衡原则，需根据驱动系统散热流量需求进行流量匹配，具体过程如下：

此时，选取水阻较大的驱动元件支路的需求散热流量为参考流量，并乘以第一安全系数S1，S1的取值范围为；按照并联水路系统特性和关键部件阻力曲线分析，选取S1＝1.25，则此时驱动支路设定安全流量(即理论流量需求)为：

L₁＝L₁’*S＝20*1.25＝25L/Min

此时根据阻力曲线A有：

P_max＝38KPa

则泵压P为：

P＝P_max+P₀+P_x＝38KPa+5KPa+5KPa＝48KPa；

根据并联支路阻力平衡原则，此时驱动控制元件支路阻力:

P₂＝P_max＝38KPa；

则根据阻力曲线B可知，此时驱动控制元件支路流量:

L₂＝31L/Min

此时系统总流量：

L＝L₁+L₂＝25L/Min+31L/Min＝56L/Min＝3360L/h

根据系统阻力平衡原则，则此时水泵在额定情况下性能应满足：

L–P≥3360L/h–48KPa

此时，根据以上水泵参数的最小性能需求，即可完成水泵选型。根据水泵匹配特点，匹配额定6000L/h-20KPa水泵，由水泵性能曲线C分析，在水泵提供3500L/h的流量时，水泵出水泵压在50KPa左右。由实际测试，此时驱动元件支路流量为27L/Min，驱动控制元件支路流量则可达到33L/Min，完全满足各发热元件的冷却需求。

而对于串联冷却系统来说，系统总流量即为散热流量需求最大的发热元件对应的需求流量，即:

L＝L₁＝25L/Min

当取驱动支路设定安全流量L₁＝25L/Min，其对应的水阻P_max＝38KPa，而驱动控制元件支路对应的水阻P2＝26KPa，其系统总压力需要满足：P＝P₁+P₂+…+P_n+P₀+P_x，即：

P＝38KPa+26KPa+5KPa+5KPa＝74KPa；

若匹配串联系统则需要水泵性能至少为：

L-P＝1500L/h-74KPa

若选用额定6000L/h-20KPa水泵，则不满足水路流量需求，需要匹配更大型号水泵才能满足系统散热流量需求。

由串、并联水路对比可知，并联系统时系统总阻力减小，可以选用性能较低的水泵产品，降低整车冷却系统成本。

以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种车辆冷却系统流量匹配和电子水泵参数的确定方法，其特征在于，包括对系统流量L和电子水泵性能参数泵压P的确定，具体确定方式如下：

(1)泵压P的确定：并联冷却系统中，泵压P为散热器水阻P₀、系统管路总阻力Px及系统各发热元件并联支路中水阻最大值P_max之和，其中P_max为各发热元件支路中阻力最大支路在需求流量时的阻力值；

(2)流量L的确定：以P_max为支路阻力平衡基准，得到所有发热元件支路在阻力为P_max时对应的流量值，流量L即为所有发热元件在水阻为P_max时对应的流量值之和。

2.根据权利要求1所述的车辆冷却系统流量匹配和电子水泵参数的确定方法，其特征在于，泵压P的计算公式为：P＝P_max+P₀+P_x。

3.根据权利要求2所述的车辆冷却系统流量匹配和电子水泵参数的确定方法，其特征在于：所述阻力P_max的取值还为阻力最大支路在设定安全流量时的阻力值，所述设定安全流量为各发热元件支路中阻力最大支路对应需求散热流量乘以第一安全系数的值。

4.根据权利要求3所述的车辆冷却系统流量匹配和电子水泵参数的确定方法，其特征在于：所述第一安全系数为1.1～1.3。

5.根据权利要求1所述的车辆冷却系统流量匹配和电子水泵参数的确定方法，其特征在于：通过各发热元件的阻力曲线由其水阻值得到对应的流量值。