CN107054032A - 一种集成式电动汽车冷却系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种集成式电动汽车冷却系统及控制方法，冷却系统至少包括散热器、水泵、电机和风扇，散热器包括芯体、上水室、下水室，芯体设置在上水室和下水室之间，并分别连接上水室和下水室；水泵集成在散热器中，使散热器分成左右两侧，并分别在散热器两侧形成两个冷却回路，水泵进水口设置于散热器上水室，水泵出水口设置于散热器下水室；电机的电机输出轴与水泵连接；风扇通过风扇支架固定在散热器外侧，风扇转动轴与电机输出轴同轴设置且风扇转动轴与电机输出轴之间设置一断电结合式的电磁离合器。集成式冷却系统减轻电动车车体重量，减少空间占用，简化管路设计；控制方法实现对水泵和风扇的转速、停运情况的智能调节，提高了冷却系统的工作效率。

Description

一种集成式电动汽车冷却系统及控制方法

技术领域

本发明属于电动汽车领域，具体涉及一种集成式电动汽车冷却系统及控制方法。

背景技术

驱动电机以及电机控制器是电动汽车上的核心部件。驱动电机长期处于高转速下，电机控制器中有大功率的电子元器件，其发热较为严重，因此驱动电机、电机控制器等的散热是尤为重要的。电动汽车的冷却系统可以采用水冷和风冷。但研究表明风冷的整体冷却效果不佳，因此水冷是电动汽车冷却系统的最好方法。

传统的散热器不能根据驱动电机、电机控制器的温度变化而调整风扇或者水泵的转速，而电子式风扇、电子式水泵可以根据温度调整转速。

传统内燃机汽车的冷却系统风扇是由皮带轮带动，水泵一般由电机带动；在电动汽车上水泵和风扇一般也都有电机分别驱动，一方面需要大量的管路连接，结构复杂，占用大量安装空间，另一方面使得电动车车体重量较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有电动车冷却系统结构复杂、冷却控制不够智能的上述不足，提供一种集成式电动汽车冷却系统及控制方法，冷却系统减轻电动车车体重量，减少空间占用，简化管路设计；控制方法实现对水泵和风扇的转速、停运情况的智能调节，提高冷却系统的工作效率。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种集成式电动汽车冷却系统，至少包括散热器、水泵、电机和风扇，所述散热器包括芯体、上水室、下水室，所述芯体设置在上水室和下水室之间，并分别连接上水室和下水室；所述水泵集成在散热器中，使散热器分成左右两侧，并分别在散热器两侧形成两个冷却回路(散热器分为左右两套冷却水路的循环，迂回逆重力循环)，水泵进水口设置于散热器上水室，水泵出水口设置于散热器下水室，散热器进水口与水泵出水口为同一开口，散热器出水口设置于散热器底部侧边；所述电机的电机输出轴与水泵连接；所述风扇通过风扇支架固定在散热器外侧，风扇转动轴与电机输出轴同轴设置且风扇转动轴与电机输出轴之间设置一断电结合式的电磁离合器。

按上述方案，所述水泵两侧对称设置有水泵前支架、水泵后支架，水泵前支架、水泵后支架上均设有四个固定孔，水泵前支架、水泵后支架上的固定孔分别与散热器前后端面上的四个通孔对应；所述风扇支架外圈设有四个固定孔，与水泵前支架、水泵后支架上的固定孔对应，水泵、散热器和风扇之间通过螺栓依次穿过水泵后支架的固定孔、散热器的通孔、水泵前支架的固定孔和风扇支架的固定孔而连接(通过四个螺栓连接水泵、散热器和风扇)，螺栓通过水泵后支架、散热器、水泵前支架和风扇支架后的另一端安装垫片和螺母固定。

按上述方案，所述风扇支架外圈直径与散热器最大圆槽直径过渡配合。

按上述方案，所述电机输出轴通过齿圈连接水泵后再与电磁离合器输入端相连，风扇支架中间设有通孔，通孔内安装圆柱滚子轴承，风扇转动轴的一端通过安装了圆柱滚子轴承的通孔后与电磁离合器输出端相连，风扇通过插销固定在风扇转动轴的另一端。

按上述方案，所述水泵进水口安装有温度传感器，温度传感器用于检测水泵进水口温度。

本发明还提供了一种上述集成式电动汽车冷却系统的控制方法，根据电动汽车的电子控制单元ECU检测的电动汽车的驱动电机的温度K1、电机控制器的温度K2、水泵进水口温度K3以及电动汽车车速调整冷却系统的水泵和风扇的启停及转速情况，设定电机工作转速包括第一电机转速、第二电机转速两个取值，且第一电机转速值小于第二电机转速，对应的水泵转速包括第一水泵转速、第二水泵转速两个取值，且第一水泵转速小于第二水泵转速，对应的风扇转速包括第一风扇转速、第二风扇转速两个取值，且第一风扇转速值小于第二风扇转速，具体包括如下步骤：

(1)当电子控制单元ECU检测到电动汽车车速为0m/s，且时间超过N s时，其中N的具体数值根据电动汽车车型状态进行调节，则认为此时电动车辆处于静止状态，此时切断冷却系统的工作，电机断电，风扇与水泵不再工作，电动汽车靠自身冷却；

(2)当检测的驱动电机的温度K1和电机控制器的温度K2均低于第一预设定温度值T1时，冷却系统不工作；

(3)当检测的驱动电机温度K1或电机控制器的温度K2大于等于第一预设定温度值T1时，则冷却系统开始工作：

(3.1)当温度传感器检测的水泵进水口温度K3小于等于第二预设定温度值T2时，水泵开始工作，电磁离合器通电使得风扇转动轴与电机输出轴分离(断开)，风扇不转动，电机转速选择第二电机转速，此时水泵转速为第二水泵转速；

(3.2)当温度传感器检测的水泵进水口温度K3大于第二预设定温度值T2时，水泵工作，电磁离合器断电使得风扇转动轴与电机输出轴结合(连接)，风扇开始工作：

(3.2.1)当温度传感器检测的水泵进水口温度K3小于等于第三预设定温度值T3时，电机转速选择第一电机转速，此时对应的风扇转速为第一风扇转速，水泵转速为第一水泵转速；

(3.2.2)当温度传感器检测的水泵进水口温度K3大于第三预设定温度值T3时，电机转速选择第二电机转速，此时对应的风扇转速为第二风扇转速，水泵转速为第二水泵转速；

上述第一预设定温度值T1、第二预设定温度值T2、第三预设定温度值T3均根据具体电动汽车车型冷却及散热情况确定，且T1<T2<T3。

本发明的工作原理：风扇与水泵由同一电机输出轴驱动，风扇与水泵之间存在一电磁离合器(风扇与水泵不直接连接)，电磁离合器断电结合；因为冷却系统的大部分工作情况是风扇与水泵一起工作的，故断电时候风扇转动轴与电机输出轴同轴；通电时候风扇转动轴与电机输出轴断开，此时水泵由电机带动工作，风扇不工作。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明冷却系统对散热器的结构进行了改进，将水泵内置集成在散热器中，水泵进、出水口与散热器内部的进、出水口进行一定的组合，使得管路简化，在散热器两侧形成两个冷却回路，使得水泵不易碰撞磨损损坏，提高了冷却系统的寿命；同时散热器内部进行了两套冷却水路的循环，迂回逆重力循环，使得冷却系统效率提高；

2、风扇与水泵共用一个电机驱动装置，使用同一个电机的电机输出轴同时由电机驱动，水泵与风扇同轴驱动、简化了冷却系统的动力结构，提高了散热器的安装效率，使得冷却系统更加紧凑，减少空间占用，可以减轻电动汽车车体的重量；在风扇和水泵之间设置一个电磁离合器，断电结合，控制水泵和风扇的启停，提高散热器的工作效率和寿命；

3、控制方法根据汽车的车速、冷却水的温度变化智能调节水泵和风扇的转速、停运情况，并结合水泵进水口处温度传感器检测的精确温度变化，控制风扇与水泵的工作状态及转速变化，提高了冷却系统的工作效率。

附图说明

图1为本发明集成式电动汽车冷却系统组装后的总体结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为图1的俯视图；

图4为本发明散热器结构示意图；

图5为图4的左视图；

图6为图5的俯视图；

图7为本发明散热器内部水路示意图；

图8为本发明水泵结构示意图；

图9为本发明风扇结构示意图；

图10为本发明风扇支架结构示意图；

图11为本发明电机输出轴与风扇连接示意图；

图12为本发明集成式电动汽车冷却系统的控制方法流程图；

图中，1、散热器；2、风扇；3、水泵；4、水泵进水口(安装有温度传感器)；5、散热器出水口；6、风扇支架；7、电磁离合器；8、电机输出轴。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的原理和特征进一步的描述。

如图1～图3所示，本发明实施例所述的集成式电动汽车冷却系统，至少包括散热器1、水泵3、电机和风扇2；如图4～图6所示，散热器1包括芯体、上水室、下水室，芯体设置在上水室和下水室之间，并分别连接上水室和下水室；水泵3集成在散热器1中，使散热器1分成左右两侧，并分别在散热器1两侧形成两个冷却回路(如图7所示，散热器1分为左右两套冷却水路的循环，迂回逆重力循环)，水泵进水口4设置于散热器1上水室，水泵出水口设置于散热器1下水室，散热器进水口与水泵出水口为同一开口，散热器出水口5设置于散热器底部侧边；电机的电机输出轴8与水泵3连接；风扇2通过风扇支架6固定在散热器1外侧，风扇转动轴与电机输出轴8同轴设置且风扇转动轴与电机输出轴8之间设置一断电结合式的电磁离合器7(风扇2与水泵3由同一电机输出轴8连接，风扇2通过电磁离合器7与水泵7连接在同一轴上)。

如图8所示，水泵3两侧对称设置有水泵前支架、水泵后支架，水泵前支架、水泵后支架上均设有四个固定孔，水泵前支架、水泵后支架上的固定孔分别与散热器1前后端面上的四个通孔对应；如图9～图10所示，风扇支架6外圈设有四个固定孔，与水泵前支架、水泵后支架上的固定孔对应，水泵3、散热器1和风扇2之间通过螺栓依次穿过水泵后支架的固定孔、散热器的通孔、水泵前支架的固定孔和风扇支架6的固定孔而连接(通过四个螺栓连接水泵3、散热器1和风扇2)，螺栓通过水泵后支架、散热器、水泵前支架和风扇支架后的另一端安装垫片和螺母固定；风扇支架6外圈直径与散热器1最大圆槽直径过渡配合。

如图11所示，电机输出轴8通过齿圈连接水泵2后再与电磁离合器7输入端相连，风扇支架6中间设有通孔，通孔内安装圆柱滚子轴承，风扇转动轴的一端通过安装了圆柱滚子轴承的通孔后与电磁离合器7输出端相连，风扇2通过插销固定在风扇转动轴的另一端。传动方面，电机输出轴8通过齿圈传动带动水泵2，当电磁离合器7断电时，风扇转动轴与电机输出轴8同轴连接，电机通过电机输出轴8带动风扇转动。

水泵进水口4安装有温度传感器，温度传感器用于检测水泵进水口温度。

参照图12所示，本发明集成式电动汽车冷却系统的控制方法，根据电动汽车的电子控制单元ECU检测的电动汽车的驱动电机的温度K1和电机控制器的温度K2以及电动汽车车速调整冷却系统的水泵和风扇的启停及转速情况，具体包括如下步骤：

(1)当电子控制单元ECU检测到电动汽车车速为0m/s，且时间超过N s时，其中N的具体数值根据电动汽车车型状态进行调节，实施例中选取5≤N≤15，则认为此时电动车辆处于静止(停车)状态，此时切断冷却系统的工作，电机断电，风扇2与水泵3不再工作，电动汽车(包括驱动电机和电机控制器)靠自身冷却；

(2)当检测的驱动电机的温度K1和电机控制器的温度K2均低于第一预设定温度值T1时，冷却系统不工作，例如当电动汽车车速较低或者刚刚启动，此时驱动电机和电机控制器发热量不大、温度不高，电动汽车可以靠自身行驶风冷进行一定冷却，所以冷却系统可以不与电动汽车同步启动；

(3)当检测的驱动电机温度K1或电机控制器的温度K2大于等于第一预设定温度值T1时，则冷却系统开始工作：

(3.1)当温度传感器检测的水泵进水口温度K3小于等于第二预设定温度值T2时，水泵3开始工作，电磁离合器7通电使得风扇转动轴与电机输出轴8分离(断开)，风扇2不转动，电机转速选择第二电机转速，此时水泵转速为第二水泵转速；由于此时驱动电机以及电机控制器的温度并不是特别高，可能是电动汽车的车速并不高，因此冷却系统不必全部工作，只通过水泵3进行泵水循环冷却，并由自然风进行一部分的散热冷却，此时风扇2不参与工作；

(3.2)当温度传感器检测的水泵进水口温度K3大于第二预设定温度值T2时，水泵3工作，电磁离合器7断电使得风扇转动轴与电机输出轴8结合(连接)，风扇2开始工作：

(3.2.1)当温度传感器检测的水泵进水口温度K3小于等于第三预设定温度值T3时，电机转速选择第一电机转速，此时对应的风扇转速为第一风扇转速，水泵转速为第一水泵转速；

(3.2.2)当温度传感器检测的水泵进水口温度K3大于第三预设定温度值T3时，电机转速选择第二电机转速，此时对应的风扇转速为第二风扇转速，水泵转速为第二水泵转速；

上述第一预设定温度值T1、第二预设定温度值T2、第三预设定温度值T3均根据具体电动汽车车型冷却及散热情况确定，且T1<T2<T3。

本发明风扇2与水泵3由同一电机输出轴8驱动，风扇2与水泵3之间存在一电磁离合器7(风扇2与水泵3不直接连接)，电磁离合器7断电结合；因为冷却系统的大部分工作情况是风扇2与水泵3一起工作的，故断电时候风扇转动轴与电机输出轴8同轴；通电时候风扇转动轴与电机输出轴8断开，此时水泵3由电机带动工作，风扇2不工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之类，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种集成式电动汽车冷却系统，其特征在于，一种集成式电动汽车冷却系统，至少包括散热器、水泵、电机和风扇，所述散热器包括芯体、上水室、下水室，所述芯体设置在上水室和下水室之间，并分别连接上水室和下水室；所述水泵集成在散热器中，使散热器分成左右两侧，并分别在散热器两侧形成两个冷却回路，水泵进水口设置于散热器上水室，水泵出水口设置于散热器下水室，散热器进水口与水泵出水口为同一开口，散热器出水口设置于散热器底部侧边；所述电机的电机输出轴与水泵连接；所述风扇通过风扇支架固定在散热器外侧，风扇转动轴与电机输出轴同轴设置且风扇转动轴与电机输出轴之间设置一断电结合式的电磁离合器。

2.根据权利要求1所述的集成式电动汽车冷却系统，其特征在于，所述水泵两侧对称设置有水泵前支架、水泵后支架，水泵前支架、水泵后支架上均设有四个固定孔，水泵前支架、水泵后支架上的固定孔分别与散热器前后端面上的四个通孔对应；所述风扇支架外圈设有四个固定孔，与水泵前支架、水泵后支架上的固定孔对应，水泵、散热器和风扇之间通过螺栓依次穿过水泵后支架的固定孔、散热器的通孔、水泵前支架的固定孔和风扇支架的固定孔而连接，螺栓通过水泵后支架、散热器、水泵前支架和风扇支架后的另一端安装垫片和螺母固定。

3.根据权利要求1所述的集成式电动汽车冷却系统，其特征在于，所述风扇支架外圈直径与散热器最大圆槽直径过渡配合。

4.根据权利要求1所述的集成式电动汽车冷却系统，其特征在于，所述电机输出轴通过齿圈连接水泵后再与电磁离合器输入端相连，风扇支架中间设有通孔，通孔内安装圆柱滚子轴承，风扇转动轴的一端通过安装了圆柱滚子轴承的通孔后与电磁离合器输出端相连，风扇通过插销固定在风扇转动轴的另一端。

5.根据权利要求1所述的集成式电动汽车冷却系统，其特征在于，所述水泵进水口安装有温度传感器，温度传感器用于检测水泵进水口温度。

6.一种根据权利要求1～5任一项所述的集成式电动汽车冷却系统的控制方法，其特征在于，根据电动汽车的电子控制单元ECU检测的电动汽车的驱动电机的温度K1、电机控制器的温度K2、水泵进水口温度K3以及电动汽车车速调整冷却系统的水泵和风扇的启停及转速情况，设定电机工作转速包括第一电机转速、第二电机转速两个取值，且第一电机转速值小于第二电机转速，对应的水泵转速包括第一水泵转速、第二水泵转速两个取值，且第一水泵转速小于第二水泵转速，对应的风扇转速包括第一风扇转速、第二风扇转速两个取值，且第一风扇转速值小于第二风扇转速，控制方法具体包括如下步骤：

(1)当电子控制单元ECU检测到电动汽车车速为0m/s，且时间超过N s时，其中N的具体数值根据电动汽车车型状态进行调节，则认为此时车辆处于静止状态，此时切断冷却系统的工作，电机断电，风扇与水泵不再工作，电动汽车靠自身冷却；

(2)当检测的驱动电机的温度K1和电机控制器的温度K2均低于第一预设定温度值T1时，冷却系统不工作；

(3)当检测的驱动电机温度K1或电机控制器的温度K2大于等于第一预设定温度值T1时，则冷却系统开始工作：

(3.1)当温度传感器检测的水泵进水口温度K3小于等于第二预设定温度值T2时，水泵开始工作，电磁离合器通电使得风扇转动轴与电机输出轴分离，风扇不转动，电机转速选择第二电机转速，此时水泵转速为第二水泵转速；

(3.2)当温度传感器检测的水泵进水口温度K3大于第二预设定温度值T2时，水泵工作，电磁离合器断电使得风扇转动轴与电机输出轴结合，风扇开始工作：

(3.2.1)当温度传感器检测的水泵进水口温度K3小于等于第三预设定温度值T3时，电机转速选择第一电机转速，此时对应的风扇转速为第一风扇转速，水泵转速为第一水泵转速；

(3.2.2)当温度传感器检测的水泵进水口温度K3大于第三预设定温度值T3时，电机转速选择第二电机转速，此时对应的风扇转速为第二风扇转速，水泵转速为第二水泵转速；

上述第一预设定温度值T1、第二预设定温度值T2、第三预设定温度值T3均根据具体电动汽车车型冷却及散热情况确定，且T1<T2<T3。