CN105291764A - 一种混合动力车辆及其独立水暖系统及相关的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合动力车辆及其独立水暖系统及相关的控制方法，水暖系统的泵、阀与供暖管路连接并被构造为，能够将经过液体加热器加热过的热流体单独输送给车内换热器或者输送给发动机冷却水系统和车内换热器；所述阀具有将发动机冷却水系统及车内换热器均与液体加热器相连的工作状态一和将车内换热器与液体加热器相连而将发动机冷却水系统与液体加热器断开的工作状态二；所述控制器被构造为，发动机冷却水温度低于设定的下限值时，控制所述阀处于工作状态一；发动机冷却水温度高于设定的上限值时，控制所述阀处于工作状态二。本发明的独立水暖系统可以有选择给发动机供暖，提高整车供暖的效率。

Description

一种混合动力车辆及其独立水暖系统及相关的控制方法

技术领域

本发明涉及具有怠速停机功能的混合动力车辆及其水暖系统，以及怠速停机及水暖系统的控制方法。

背景技术

出于节约能源的目的，混合动力车辆采用具备智能起/停功能的怠速停机管理系统，能够在满足一定条件的情况下，比如停车怠速、纯电动行驶时将发动机停机，并能够在满足一定条件的情况下，比如在使用电机起动车辆并在一定速度下行驶时再启动发动机。同时与传统车辆一样，混合动力车辆也需要在气温较低时向车内供暖，而且为了利用发动机运行时的余热，现有技术中的混合动力车辆也参考传统车辆将发动机冷却水系统与车内换热器连接起来构成水暖系统，但是由于混合动力车辆具有能够怠速停机的功能，因此在发动机停机时将无法给水暖系统的循环水提供热量，持续取暖效果较差，为了解决该问题，现有技术中有采用在水暖系统中加设液体加热器的，其一般是将加热器与发动机冷却水系统串联在一起实现对循环水的加热，另外也有如中国专利公开号101386255A公开的一种混合动力车暖风加热装置，其设置有与发动机冷却水系统并联的电加热器构成并联热源，通过控制器和阀门选择在发动机工作时由发动机冷却水向换热器提供热量，反之在发动机关闭时由加热器向换热器提供热量。

上述现有技术中的混合动力车辆的与停机怠速策略相关的供暖方案，均优先考虑发动机的余热利用。但是在冬天，尤其气温低于零下时，为了保证发动机部件的可靠性，发动机需通过增加怠速时间和减少停机时间来维持发动机冷却水系统的温度，而此时再将发动机的余热提供给换热器后，由于热量流失很快，将使发动机在停机很短时候后就需要起动来维持发动机冷却水系统的温度，如此发动机将会频繁起、停不但不能节能而且会导致发动机部件的快速老化和损坏。

另外，对于加热器、换热器、发动机冷却水系统串联在一起的水暖系统，在冬季除了发动机的频繁起、停外，由于发动机冷却水系统水温较低，导致加热器较高温度的水向发动机较低温度水进行热传导，整车取暖效果差。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合动力车辆独立水暖系统，使混合动力车辆在气温较低时能够较为节能的供暖和保证发动机的正常工作。

本发明的目的还在于提供一种混合动力车辆，同时提供一种混合动力车辆的独立水暖系统及怠速停机的控制方法，使具有水暖系统的混合动力车辆的怠速停机功能在气温较低时得以实现。

为实现上述目的，本发明的混合动力车辆独立水暖系统的技术方案是：一种混合动力车辆独立水暖系统，包括：发动机冷却水系统、车内换热器、液体加热器、供暖管路、泵、阀、与阀连接的控制器，其特征在于：所述泵、阀与供暖管路连接并被构造为，能够将经过液体加热器加热过的热流体单独输送给车内换热器或者输送给发动机冷却水系统和车内换热器；所述阀具有将发动机冷却水系统及车内换热器均与液体加热器相连的工作状态一和将车内换热器与液体加热器相连而将发动机冷却水系统与液体加热器断开的工作状态二；所述控制器被构造为，发动机冷却水温度低于设定的下限值时，控制所述阀处于工作状态一；发动机冷却水温度高于设定的上限值时，控制所述阀处于工作状态二。

对于上述混合动力车辆独立水暖系统的技术方案，进一步的，所述供暖管路包括连接所述车内换热器的用于向车厢供热的第一供暖管路、连接所述发动机冷却水系统的用于向发动机供热的第二供暖管路，第一供暖管路与第二供暖管路以并联的方式连接在液体加热器的出口与进口之间。

对于上述混合动力车辆独立水暖系统的技术方案，进一步的，所述阀还具有将发动机冷却水系统及车内换热器均与液体加热器断开的工作状态三；所述控制器还被构造为，独立水暖系统运行时，才根据发动机冷却水的温度来控制所述阀处于状态一或状态二；独立水暖系统不运行时，控制所述阀始终处于工作状态三。

本发明的混合动力车辆的技术方案是：一种混合动力车辆，包括：怠速停机管理系统、水暖系统，怠速停机管理系统在预先设定的自动停止条件成立的情况下使发动机自动停止，在预先设定的再起动条件成立情况下使发动机起动，水暖系统包括发动机冷却水系统、车内换热器、液体加热器、供暖管路、泵、阀、与阀连接的控制器，其特征在于：所述泵、阀与供暖管路连接并被构造为，能够将经过液体加热器加热过的冷却水单独输送给车内换热器或者输送给发动机冷却水系统和车内换热器；所述阀具有将发动机冷却水系统及车内换热器均与液体加热器相连的工作状态一和将车内换热器与液体加热器相连而将发动机冷却水系统与液体加热器断开的工作状态二；所述控制器被构造为，当所述液体加热器、泵运行时，通知怠速停机管理系统允许进行怠速停机；并且，在发动机冷却水温度低于设定的下限值时，控制所述阀处于工作状态一；发动机冷却水温度高于设定的上限值时，控制所述阀处于工作状态二；所述控制器还被构造为，当所述液体加热器、泵不运行且发动机冷却水温度低于设定的下限值时，通知怠速停机管理系统不允许进行怠速停机；当所述液体加热器、泵不运行且发动机冷却水温度高于设定的上限值时，通知怠速停机管理系统允许进行怠速停机。

对于上述混合动力车辆的技术方案，进一步的，所述供暖管路包括连接所述车内换热器的用于向车厢供热的第一供暖管路、连接所述发动机冷却水系统的用于向发动机供热的第二供暖管路，第一供暖管路与第二供暖管路以并联的方式连接在液体加热器的出口与进口之间。

对于上述混合动力车辆的技术方案，进一步的，所述阀还具有将发动机冷却水系统及车内换热器均与液体加热器断开的工作状态三；所述控制器还被构造为，当所述液体加热器、泵运行时，才根据发动机冷却水的温度来控制所述阀处于状态一或状态二；当所述液体加热器、泵不运行时，控制所述阀始终处于工作状态三。

本发明的混合动力车辆的水暖系统及怠速停机的控制方法的技术方案是：一种混合动力车辆的水暖系统及怠速停机的控制方法，根据水暖系统中的液体加热器、泵是否运行采用如下两种方式控制：

方式一：当液体加热器、泵运行时，通知怠速停机管理系统允许进行怠速停机；并根据发动机冷却水系统的发动机冷却水温度对阀门进行控制，所述阀具有将发动机冷却水系统及车内换热器均与液体加热器相连的工作状态一和将车内换热器与液体加热器相连而将发动机冷却水系统与液体加热器断开的工作状态二；发动机冷却水温度低于设定的下限值时，控制所述阀处于工作状态一，经液体加热器加热后的热流体，一部分流向车内换热器系统供暖，另一部分流向发动机冷却水系统给发动机提供热量；发动机冷却水温度高于设定的上限值时，控制所述阀处于工作状态二，经液体加热器加热后的热流体仅流向车内换热器系统；发动机冷却水温度介于下限值与上限值之间时，维持所述阀的工作状态不变；

方式二：当液体加热器、泵不运行且发动机冷却水温度低于设定的下限值时，通知怠速停机管理系统不允许进行怠速停机；当所述液体加热器、泵不运行且发动机冷却水温度高于设定的上限值时，通知怠速停机管理系统允许进行怠速停机。

对于上述控制方法，进一步的，所述阀还具有将发动机冷却水系统及车内换热器均与液体加热器断开的工作状态三；采用方式二控制时，控制所述阀始终处于工作状态三。

本发明的有益效果：本发明的水暖系统中的液体加热器能够有选择的向发动机冷却水系统提供热量维持发动机冷却水系统的温度，使气温较低时发动机不必依赖怠速来维持其工作温度，避免了频繁起、停所造成的影响并降低能耗；进而，具有该水暖系统的混合动力车辆，改变传统的将是否停机的信号作为加热器是否工作的先决条件，而是反其道而行之，在进行怠速停机控制时，将水暖系统是否工作作为是否允许停机的先决条件，使车辆的怠速停机控制能够适用于气温较低的工作环境。

进一步的，本发明的水暖系统，将发动机冷却水系统和车内换热器以并联的方式分开，加热器分别向发动机冷却水系统和车内换热器供热而互不干涉，使得在气温较低时发动机冷却水系统与车内换热器不会相互传递热量，既提升了靠发动机怠速时给发动机暖机的能量转化效率，又提高了提高整车供暖的效率。

附图说明

图1是本发明的混合动力车辆独立水暖系统的实施例1的原理框图；

图2是本发明的混合动力车辆独立水暖系统的实施例2的原理框图；

图3是本发明的混合动力车辆的实施例的原理框图；

图4是本发明的混合动力车辆的独立水暖系统及怠速停机的控制方法的实施例的流程框图。

具体实施方式

本发明的混合动力车辆独立水暖系统的实施例1如图1所示，包括发动机冷却水系统、车内换热器、液体加热器。液体加热器具体为电加热器，本实施例中的车内换热器与发动机冷却水系统为并联关系，液体加热器出口与进口之间连接有第一、二供暖管路，第一供暖管路1经车内换热器返回液体加热器，车内换热器具体为强制散热器，第一供暖管路与强制散热器的热交换部分连接以实现热交换，第二供暖管路经发动机冷却水系统返回加热器，第二供暖管路2具体与发动机冷却水系统的发动机水路小循环部分连接以实现热交换，当然在其他实施例中，为了实现取暖和维持发动机冷却水的温度的热交换而采用常规可行的供暖管路连接方式。两供暖管路上分别设有第一、二电磁阀以及第一、二泵，第一、二电磁阀、泵和液体加热器均与控制器连接，并且控制器采样连接发动机冷却水系统的发动机冷却水温度信号，该信号从发动机ECU报文中读取，在独立水暖系统工作时，根据发动机冷却水温度信号与设定值的比较来控制第一、二电磁阀的开闭。其具体控制方式为：

1）发动机冷却水温度低于设定的下限值时，本实施例中的下限值为38℃，第一、二电磁阀打开，此时两电磁阀处于将发动机冷却水系统及车内换热器均与液体加热器相连的工作状态一，经液体加热器加热后的热流体，一部分流向车内换热器系统供暖，另一部分流向发动机冷却水系统给发动机提供热量。

2）发动机冷却水温度高于设定的上限值时，本实施例中的上限值为45℃，第一电磁阀打开而第二电磁阀关闭，此时两电磁阀处于车内换热器与液体加热器相连而将发动机冷却水系统与液体加热器断开的工作状态二，经液体加热器加热后的热流体仅流向车内换热器系统。

3）发动机冷却水温度介于下限值与上限值之间时，维持所述阀的工作状态不变。

另外，在不需要独立水暖系统工作时，通过水暖开关关闭液体加热器和泵，第一、二电磁阀均关闭，其具体关闭方式可通过开关断电（比如图3中的水暖系统即采用一个独立水暖翘板开关，由司机手动开停水暖系统）或是用控制器根据设定条件智能控制，此时两电磁阀处于将车内换热器、发动机冷却水系统与液体加热器断开的工作状态三。当然在其他实施例中，由于水暖系统不工作时，泵和加热器均不工作，即使不关闭电磁阀冷却液也不会流动，因此在其他实施例中，阀可以没有第三工作状态。

本发明的混合动力车辆独立水暖系统的实施例2如图2所示，与混合动力车辆独立水暖系统的实施例1的不同之处在于，液体加热器通过主管路3顺序连接车内换热器、发动机冷却水系统，主管路3上于发动机冷却水系统进口的上游设有第三电磁阀，该第三电磁阀为两位三通换向阀，第三电磁阀的一个出口连接发动机冷却水系统，另一个出口经一条旁路4连接到发动机冷却水系统的出口的下游位置的主管路3上，通过控制器对第三电磁阀的控制也可以实现与上述实施例1相同功能的控制，第三电磁阀出口选择接通接发动机冷却水系统，处于工作状态一，第三电磁阀出口选择接通接旁路4，处于工作状态二。另外，水暖系统实施例2中只有一个泵。根据本领域中水暖管路的通断设计常识可知，在本发明水暖系统的其他实施例中，当然如水暖系统实施例1那样的并联管路也可以仅采用一个泵，而采用换向阀来代替两个电磁阀在水暖系统实施例1中那样的并联管路也是可行的。

本发明的混合动力车辆的实施例如图3所示，其包含了与上述混合动力车辆独立水暖系统的实施例1基本相同的水暖系统，增加了一个独立水暖翘板开关，并且还包含怠速停机管理系统，怠速停机管理系统是整车控制器的一个模块，其在预先设定的自动停止条件成立的情况下使发动机自动停止，在预先设定的再起动条件成立情况下使发动机起动，怠速停机管理系统采样连接发动机冷却水系统的发动机冷却水温度信号和水暖系统工作信号（是否开启的信号），发动机冷却水温度信号可以由控制器提供给怠速停机管理系统，也可以直接由整车控制器或发动机ECU提供，这些信号采集与控制方面的技术均属于本领域的很容易实现的常规技术手段，在此不再一一列明。

上述混合动力车辆实施例中的水暖系统和怠速停机管理系统被构造为能够实现如下的控制方法，该控制方法同时是本发明的混合动力车辆的独立水暖系统及怠速停机的控制方法的实施例。

本发明的混合动力车辆的水暖系统及怠速停机的控制方法的实施例的控制流程如图4所示，图中Warm_sig表示独立水暖信号，Stop_able表示停机使能标志位，valve表示常闭电磁阀控制信号，Eng_Temp表示发动机冷却水温度，其是从发动机ECU报文中读取。独立水暖信号状态0表示无效，1表示有效；停机使能标志位状态0表示无效，1表示有效；常闭电磁阀控制信号0表示断开，1表示闭合。

该控制方法首先根据独立水暖翘板开关的开启、关闭状态，本实施中的独立水暖信号由司机通过独立水暖翘板开关来控制，判断独立水暖信号有效与否，即判断水暖系统中的液体加热器、泵是否运行，然后采用如下两种方式控制：

方式一：

独立水暖翘板开关被关闭，此时控制器向怠速停机管理系统发出信号，独立水暖信号无效的，即Warm_sig=0，独立水暖系统的液体加热器、所有的泵均关闭，控制第一、二电磁阀处于断开状态，即valve=0，发动机冷却水的温度仅靠发动机的起、停维持，即通过发动机起动后做功升温。此时根据发动机冷却水的温度来控制是否能怠速停机，当发动机冷却水的温度低于冷却水温度下限值时，本实施例中的冷却水温度下限值设定为38℃，怠速停机管理系统收到发动机停机使能标志位无效的信号（不允许停机的信号），即Stop_able=0，发动机不会停机，靠发动机运转来维持发动机冷却水温度；当发动机冷却水的温度大于冷却水温度上限值时，本实施例中的冷却水温度上限值设定为45℃，怠速停机管理系统收到发动机停机使能标志位有效的信号（允许停机的信号），即Stop_able=1，允许发动机按设定的怠速停机条件停机；当发动机冷却水的温度介于38℃和45℃之间时，发动机保持上一状态，即Stop_able不赋值。

方式二，

独立水暖翘板开关开启时，则独立水暖信号有效，即Warm_sig=1，此时控制器向怠速停机管理系统发出允许怠速停机的信号，即发动机停机使能标志位始终有效，此时，发动机被允许始终能够怠速停机，即是否怠速停机不再由发动机冷却水温度控制，发动机冷却水的温度不影响发动机怠速起停，发动机中冷却水的温度通过液体加热器维持。当发动机冷却水温度小于38℃时，则第一、二电磁阀闭合，冷却水经过液体加热器加热后，一部分加热的冷却水在独立水暖系统的主循环回路循环，给乘客舱供暖，另一部分加热的冷却水流经发动机冷却水系统，具体为发动机冷却水系统中的发动机冷水小循环，给发动机提供热量，供热后的冷却水最终汇合在液体加热器的进口流入液体加热器；当发动机冷却水温度大于45℃时，电磁阀1断开，电磁阀2闭合，液体加热器则停止给发动机冷却水加热，冷却水只在独立水暖系统的主循环回路循环中；当发动机冷却水温度介于38℃到45℃之间时，常闭电磁阀门保持上一状态。

图4中所描述的方法实施例对应的是以图1中的水暖系统实施例1，但本方法也同样适用于具有其他管路形式的水暖系统实施例的混合动力车辆，本领域普通技术人员能够很容易地，以多种软件、硬件形式来实现对系统的控制。而且在本发明的混合动力车辆、混合动力车辆独立水暖系统的其它实施例中，除了以上已经提及的可替换和改变的手段之外，控制器可采用整车控制器也可以采用独立水暖的控制器；加热器可以采用PTC加热器，或者采用电阻力口热、感应加热、电弧加热、电子束力口热、红外线加热和介质加热等方式进行加热的加热器；用于控制液体加热器与发动机冷却水系统连通或断开的阀，可以采用常闭电磁阀，还可选用常开电磁阀或者其他的控制阀如水控阀门；车内换热器可采用水暖散热片或者是带有送风部分的强制换热器。

上述实施例中的发动机冷却水温度的上下限值，是根据车辆的运行环境和各类型发动机能够正常工作所需的温度来设定的，因此在其他实施例中也可以采用其他温度区间来设置温度的上下限值。

基于本发明的其他实施例可以采用上述的本领域技术人员能够很容易地进行替换的等同方式，因此，本发明的混合动力车辆、水暖系统的其他各种实施例可以采用上述的替换方式实施，相应的本发明的水暖系统及怠速停机的控制方法，还可以是以下步骤的实施例：

该控制方法根据水暖系统中的液体加热器、泵是否运行采用如下两种方式控制：

方式一：当液体加热器、泵运行时，通知怠速停机管理系统允许进行怠速停机；并根据发动机冷却水系统的发动机冷却水温度对阀门进行控制，所述阀具有将发动机冷却水系统及车内换热器均与液体加热器相连的工作状态一和将车内换热器与液体加热器相连而将发动机冷却水系统与液体加热器断开的工作状态二；发动机冷却水温度低于设定的下限值时，控制所述阀处于工作状态一，经液体加热器加热后的热流体，一部分流向车内换热器系统供暖，另一部分流向发动机冷却水系统给发动机提供热量；发动机冷却水温度高于设定的上限值时，控制所述阀处于工作状态二，经液体加热器加热后的热流体仅流向车内换热器系统；发动机冷却水温度介于下限值与上限值之间时，维持所述阀的工作状态不变；

方式二：当液体加热器、泵不运行且发动机冷却水温度低于设定的下限值时，通知怠速停机管理系统不允许进行怠速停机；当所述液体加热器、泵不运行且发动机冷却水温度高于设定的上限值时，通知怠速停机管理系统允许进行怠速停机。

并且，为了在水暖系统不工作时彻底断开液体加热器与发动机冷却水系统，阀还具有将发动机冷却水系统及车内换热器均与液体加热器断开的工作状态三；采用方式二控制时，控制阀始终处于工作状态三。

Claims (8)

1.一种混合动力车辆独立水暖系统，包括：发动机冷却水系统、车内换热器、液体加热器、供暖管路、泵、阀、与阀连接的控制器，其特征在于：

所述泵、阀与供暖管路连接并被构造为，能够将经过液体加热器加热过的热流体单独输送给车内换热器或者输送给发动机冷却水系统和车内换热器；

所述阀具有将发动机冷却水系统及车内换热器均与液体加热器相连的工作状态一和将车内换热器与液体加热器相连而将发动机冷却水系统与液体加热器断开的工作状态二；

所述控制器被构造为，发动机冷却水温度低于设定的下限值时，控制所述阀处于工作状态一；发动机冷却水温度高于设定的上限值时，控制所述阀处于工作状态二。

2.根据权利要求1所述的混合动力车辆独立水暖系统，其特征在于：所述供暖管路包括连接所述车内换热器的用于向车厢供热的第一供暖管路、连接所述发动机冷却水系统的用于向发动机供热的第二供暖管路，第一供暖管路与第二供暖管路以并联的方式连接在液体加热器的出口与进口之间。

3.根据权利要求1或2所述的混合动力车辆独立水暖系统，其特征在于：所述阀还具有将发动机冷却水系统及车内换热器均与液体加热器断开的工作状态三；所述控制器还被构造为，独立水暖系统运行时，才根据发动机冷却水的温度来控制所述阀处于状态一或状态二；独立水暖系统不运行时，控制所述阀始终处于工作状态三。

4.一种混合动力车辆，包括：怠速停机管理系统、水暖系统，怠速停机管理系统在预先设定的自动停止条件成立的情况下使发动机自动停止，在预先设定的再起动条件成立情况下使发动机起动，水暖系统包括发动机冷却水系统、车内换热器、液体加热器、供暖管路、泵、阀、与阀连接的控制器，其特征在于：

所述泵、阀与供暖管路连接并被构造为，能够将经过液体加热器加热过的冷却水单独输送给车内换热器或者输送给发动机冷却水系统和车内换热器；

所述阀具有将发动机冷却水系统及车内换热器均与液体加热器相连的工作状态一和将车内换热器与液体加热器相连而将发动机冷却水系统与液体加热器断开的工作状态二；

所述控制器被构造为，当所述液体加热器、泵运行时，通知怠速停机管理系统允许进行怠速停机；并且，在发动机冷却水温度低于设定的下限值时，控制所述阀处于工作状态一；发动机冷却水温度高于设定的上限值时，控制所述阀处于工作状态二；

所述控制器还被构造为，当所述液体加热器、泵不运行且发动机冷却水温度低于设定的下限值时，通知怠速停机管理系统不允许进行怠速停机；当所述液体加热器、泵不运行且发动机冷却水温度高于设定的上限值时，通知怠速停机管理系统允许进行怠速停机。

5.根据权利要求4所述的车辆，其特征在于：所述供暖管路包括连接所述车内换热器的用于向车厢供热的第一供暖管路、连接所述发动机冷却水系统的用于向发动机供热的第二供暖管路，第一供暖管路与第二供暖管路以并联的方式连接在液体加热器的出口与进口之间。

6.根据权利要求4或5所述的车辆，其特征在于：所述阀还具有将发动机冷却水系统及车内换热器均与液体加热器断开的工作状态三；所述控制器还被构造为，当所述液体加热器、泵运行时，才根据发动机冷却水的温度来控制所述阀处于状态一或状态二；当所述液体加热器、泵不运行时，控制所述阀始终处于工作状态三。

7.一种混合动力车辆的水暖系统及怠速停机的控制方法，其特征在于，根据水暖系统中的液体加热器、泵是否运行采用如下两种方式控制：

1）当液体加热器、泵运行时，通知怠速停机管理系统允许进行怠速停机；并根据发动机冷却水系统的发动机冷却水温度对阀门进行控制，所述阀具有将发动机冷却水系统及车内换热器均与液体加热器相连的工作状态一和将车内换热器与液体加热器相连而将发动机冷却水系统与液体加热器断开的工作状态二；发动机冷却水温度低于设定的下限值时，控制所述阀处于工作状态一，经液体加热器加热后的热流体，一部分流向车内换热器系统供暖，另一部分流向发动机冷却水系统给发动机提供热量；发动机冷却水温度高于设定的上限值时，控制所述阀处于工作状态二，经液体加热器加热后的热流体仅流向车内换热器系统；发动机冷却水温度介于下限值与上限值之间时，维持所述阀的工作状态不变；

2）当液体加热器、泵不运行且发动机冷却水温度低于设定的下限值时，通知怠速停机管理系统不允许进行怠速停机；当所述液体加热器、泵不运行且发动机冷却水温度高于设定的上限值时，通知怠速停机管理系统允许进行怠速停机。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述阀还具有将发动机冷却水系统及车内换热器均与液体加热器断开的工作状态三；采用方式二控制时，控制所述阀始终处于工作状态三。