CN107298018A - 一种电动汽车用双电机动力系统的冷却方法及其冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车用双电机动力系统的冷却方法及其系统，所述冷却系统由循环水冷单元、测温单元和控制单元组成。所述的循环水冷单元用于电机和电控冷却，包括水箱、循环水泵、四通换向阀，电机换热器、多合一控制器换热器、循环水冷却器、散热风机及将上述设备连接的循环水管道组成；所述的测温单元由电机换热器入口水温传感器和电机内置温度传感器组成；所述的控制单元集成于多合一控制器和整车控制器的模块中；冷却系统工作时，控制单元采集电机工作工况和循环回路温度信息，做出判断，控制四通换向阀的位置、循环水泵和换热风机的转速，实现智能冷却。本发明结构简单、控温效果显著，尤其适用于具有两个驱动电机的动力系统，在不改变双电机一体式水道结构的情况下，通过四通阀切换冷却水的流向实现两个电机均匀冷却的目的，提高系统的整体效率。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车动力系统冷却技术，尤其涉及一种双电机动力系统的冷却的方法及其冷却系统。
背景技术
电动汽车由于采用电机驱动，车辆的起步、加速、高速行驶全靠电动机来实现。在上述行驶中的大电流状况下，电动机的内耗也会急剧增加，电动机的内耗几乎全部以热量的方式释放。由于动力系统的冷却性能直接影响着系统的运行效率，影响其可靠性和经济性。因此，控制电动机的工作温度，使其得到有效冷却尤为重要。
电动机常见的冷却方式有风冷和液冷。风冷电动机为了获得必要的冷却效果，体积相对较大，且表面一般采用冷却栅的方式增加散热面积，而且还需要在电动机的封闭端增加散热风扇以增加散热效果，因而风冷电动机体积大和质量较大，但由于风冷电动机不需要散热水道，在制作和工艺上要求较低，成本相对较低。液冷电动机结构复杂，一般在外壳体上布置冷却水道，而且需要增加较为严格的防护措施，因而成本较风冷电动机要高。液冷电动机还需要增设额外的电动水泵和散热器等装置来为电动机提供冷却，因而增加了额外功耗，使结构较为复杂，且布置和安装要求较高。多数电动汽车，尤其是大功率电动汽车一般采用液冷电动机。
目前，电动汽车用电机多为机壳内置螺旋水道的水冷方式，电机和电控的冷却回路多为串联形式，此冷却方案在单电机电控的系统中简单有效，安全可靠。但近年来随着纯电动汽车技术的更新与发展，为满足汽车实际运行时的复杂工况，出现并联或串联双电机动力系统，同时为节省空间通常将两个电机集成在一个壳体内，此时冷却系统处理变成一个难点，更改为集成的冷却水道将大大增加设计和工艺加工的困难，保持单个电机的冷却水道将其串联在系统中又将造成2个电机冷却效果存在差别，内部温度不均匀，降低冷却系统的效果。
如现有技术中，中国发明专利公开号为：102765321B，公开了一种电动汽车冷却系统，用于对电动汽车的电机单元和充电单元进行冷却，该电动汽车冷却系统包括：并联的电机冷却支路和充电冷却支路，所述电机冷却支路上设置有所述电机单元，所述充电冷却支路上设置有所述充电单元；共用冷却干路，所述共用冷却干路与所述电机冷却支路串联构成用于对所述电机单元进行冷却的电机冷却回路，并且，所述共用冷却干路与所述充电冷却支路串联构成用于对所述充电单元进行冷却的充电冷却回路。该发明采用冷却水道串联构成对电机单元和充电单元的冷却回路，但是并不能应用于解决双电机系统的电机冷却问题。
又如现有技术中，中国发明专利公开号为：102497139A，公开了发明名称为：一种混合动力型电动汽车用双电机控制器结构，其特征是：控制器壳体中的平面布置为：位于左上角是两只成横排设置的母线高压端子，位于下方是六只成横排设置的相线高压端子，在所述母线高压端子的下方是薄膜电容，在薄膜电容与相线高压端子之间是驱动电机IGBT，在所述薄膜电容和驱动电机IGBT的右侧是发电电机IGBT；在控制器壳体的一侧设置有低压端子；控制器壳体中的立面布置为：位于所述驱动电机IGBT和发电电机IGBT的底部，设置冷却水道。该发明申请涉及双电机动力结构，但是并未有效解决双电机系统冷却温度和效果的控制。
由此可知，基于现有技术的不足，缺乏一种针对双电机集成的车用动力系统，简单高效并且可控制降温效果的冷却系统及冷却方法。
发明内容
为了弥补现有技术的缺陷，本发明提供一种电动汽车用双电机动力系统的冷却方法及其系统，冷却系统包括循环水冷、测温和控制单元，循环水冷单元设置有可变速循环水泵和散热风机，测温单元包括设置于循环水管路中的温度传感器和两个电机内置的温度传感器。冷却系统和动力系统设定程序启动，在系统工作过程中，整车控制器根据汽车运行路况调节电机运行工况，循环水管路中的温度传感器和电机内置的温度传感器同步检测系统各位置的温度，并以温度传感器的读数作为调节量，通过改变循环水泵和散热风机的转速控制冷却效果。另一方面，对两个电机内部温度的温差设定限值，当两个电机内置温度传感器检测到温差超过限值时，通过改变冷却水在电机换热器内的流通方向，使冷却水先流经温度较高的电机，实现两个电机内部温度均匀性的调节。
为了实现上述目的，本发明所述电动汽车用双电机动力系统的冷却系统及其冷却方法是通过如下技术方案来实现：
所述冷却系统包括：循环水冷单元、测温单元和控制单元。其中，循环水冷单元由储水水箱、循环水泵、循环水冷却器、散热风机、多合一控制器换热器、四通换向阀、电机换热器通过循环水管路依次连接，其中多合一控制器换热器外置于多合一控制器一侧，电机换热器与第一电机内置的第一温度传感器和第二电机内置的第二温度传感电连接；测温单元包括设置于储水水箱与四通换向阀之间的温度传感器、第一电机内置的第一电机温度传感器和第二电机内置的第二电机温度传感器，第一电机温度传感器和第二电机温度传感器相互电连接；控制单元由多合一控制器和与多合一控制器电连接的整车控制器组成,循环水泵、多合一控制器换热器、整车控制器与四通换向阀电连接，循环水泵、多合一控制器换热器、整车控制器与温度传感器电连接，散热风机与多合一控制器、第二电机温度传感器、第一电机温度传感器依次电连接，四通换向阀与温度传感器电连接。
进一步的,循环水泵能够改变转速。
进一步的，四通换向阀为电磁式的四通换向阀。
本发明所述冷却方法的具体步骤如下：
步骤1，以对第一电机、第二电机内分别内置的第一电机温度传感器、第二电机温度传感器的读数取平均值后的数值作为被调量值，采用PID调节，以循环水泵为执行机构，通过调节循环水泵转速，控制循环水流量，当被调量值升高时，增加循环水泵转速，反之减小循环水泵转速；
步骤2，以温度传感器测量的电机换热器进口水温为被调量值，以散热风机为执行机构，采用PID调节，通过调节散热风机的转速，控制循环水的向外散热，进而控制循环水进入电机换热器前的温度，当被调量值升高时，增加散热风机7转速，反之则减小散热风机7转速；
同时，采用第一电机温度传感器、第二电机温度传感器分别检测第一电机、第二电机内的温度，并通过切换四通换向阀位置，使得第一电机、第二电机内温度保持均匀一致，其具体步骤为：
步骤2.1，通过第一电机温度传感器检测第一电机内部温度，通过第二电机温度传感器检测第二电机内部温度，对第一电机与第二电机内的温度的温差设定一整数限值；
步骤2.2，当检测到第一电机和第二电机的温差超过整数限值时，使电磁式的四通换向阀上电或失电，改变四通换向阀接通状态，切换四通换向阀的位置，以改变冷却水在电机换热器内的流通方向，使冷却水先流经第一电机和第二电机中的温度高的电机，实现第一电机和第二电机的内部温度均匀一致的调节；
其中所述切换四通换向阀位置的具体步骤为；
步骤2.2.1，当第一电机温度传感器读数高于第二电机温度传感器读数时，电磁式的四通换向阀上电，使电磁式的四通换向阀的SC接通，ED接通，冷却水从电机换热器设置的第一电机侧的接口流入，从第二电机侧的接口流出；
步骤2.2.2，当第一电机温度传感器读数低于第二电机温度传感器读数时，电磁式的四通换向阀失电，使电磁式的四通换向阀的SE接通，CD接通，冷却水从电机换热器设置的第二电机侧接口流入，从第一电机侧的接口流出。
进一步的,循环水泵能够改变转速。
进一步的，四通换向阀为电磁式的四通换向阀。
本发明所述系统的冷却方法及其冷却系统的有益效果在于：
1、构造简单、制造成本或对现有的电动汽车冷却系统进行改造的成本显著降低，本发明所述冷却系统无需对单个电机水道设计进行更改，仅需将两个电机的水道直接串联在一起；同时，只需在传统电动汽车动力系统的冷却回路中接入一个四通阀和两个温度检测装置，在控制单元中增加模块实现智能切换与控制，简单易行，改造成本低。
2、通过对两个电机内部温度均匀性的调节有利于提高系统的整体效率，增加系统的运行经济性，经初步试验验证，节约能源超过百分之五十。
3、本发明所述冷却系统，系多年试验研究产生的创新性科技成果，结构设置合理，所述冷却系统的冷却方法，操作稳定可靠。
附图说明
图1为本发明所述冷却系统结构示意图；
图中所示：1-储水水箱，2-循环水泵，3-四通换向阀，4-电机换热器，5-多合一控制器换热器，6-循环水冷却器，7-散热风机，8-温度传感器，9-第一电机温度传感器，10-第二电机温度传感器，11-多合一控制器，12-整车控制器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合说明书附图详细介绍本发明所述冷却系统及其冷却方法的具体实施方式。本明实施例中的附图，是对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，所述冷却系统，包括循环水冷单元、测温单元和控制单元。其中，循环水冷单元由储水水箱1、循环水泵2、循环水冷却器6、散热风机7、多合一控制器换热器5、四通换向阀3、电机换热器4通过循环水管路依次连接，其中多合一控制器换热器5外置于多合一控制器11一侧，电机换热器4与第一电机内置的第一温度传感器9和第二电机内置的第二温度传感器10电连接；测温单元包括设置于储水水箱1与四通换向阀3之间的温度传感器8、第一电机内置的第一电机温度传感器9、第二电机内置的第二电机温度传感器10，第一电机温度传感器9和第二电机温度传感器10相互电连接；控制单元由多合一控制器11和与多合一控制器11电连接的整车控制器12组成,循环水泵2、多合一控制器换热器5、整车控制器12与四通换向阀3电连接，循环水泵2、多合一控制器换热器5、整车控制器12与温度传感器8电连接，散热风机7与多合一控制器11、第一电机温度传感器9和第二电机温度传感器10电连接，四通换向阀3与温度传感器8电连接。
进一步的,循环水泵能够改变转速。
进一步的，四通换向阀为电磁式的四通换向阀。
本发明所述冷却方法的具体步骤如下：
步骤1，以第一电机温度传感器9、第二电机温度传感器10的读数进行大选或取平均值后的数值作为被调量值，采用PID调节，以循环水泵2为执行机构，通过调节循环水泵2转速，控制循环水流量，当被调量值升高时，增加循环水泵2转速，反之减小循环水泵2转速；
步骤2，以温度传感器8测量的电机换热器4进口水温为被调量值，以散热风机7为执行机构，采用PID调节，通过调节散热风机7的转速，控制循环水的向外散热，进而控制循环水进入电机换热器4前的温度，当被调量值升高时，增加散热风机7转速，反之则减小散热风机7转速；
同时，采用第一电机温度传感器9、第二电机温度传感器10分别检测第一电机、第二电机内的温度，并通过切换四通换向阀3位置，使第一电机、第二电机内温度保持均匀，具体步骤为：
步骤2.1，通过第一电机温度传感器9检测第一电机内部温度，通过第二电机温度传感器10检测第二电机内部温度，对第一电机与第二电机内的温度的温差设定一整数限值；
步骤2.2，当检测到第一电机和第二电机的温差超过整数限值时，使电磁式的四通换向阀3上电或失电，改变四通换向阀3接通状态，切换四通换向阀3的位置，从而改变冷却水在电机换热器4内的流通方向，使冷却水先流经第一电机和第二电机中的温度高的电机，实现第一电机和第二电机的内部温度均匀性的调节；
其中所述切换四通换向阀3位置的具体步骤为；
步骤2.2.1，当第一电机温度传感器9读数高于第二电机温度传感器10读数时，电磁式的四通换向阀3上电，使四通换向阀3的SC接通，ED接通，冷却水从电机换热器4设置的第一电机侧的接口流入，从第二电机侧的接口流出；
步骤2.2.2，当第一电机温度传感器9读数低于第二电机温度传感器10读数时，电磁式的四通换向阀3失电，使电磁式的四通换向阀3的SE接通，CD接通，冷却水从电机换热器4设置的第二电机侧接口流入，从第一电机侧的接口流出。
最后应说明的是：以上实施例仅说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种电动车用双电机动力系统冷却系统，其特征在于：包括循环水冷单元、测温单元和控制单元；所述循环水冷单元由储水水箱、循环水泵、循环水冷却器、散热风机、多合一控制器换热器、四通换向阀、电机换热器通过循环水管路依次连接，所述多合一控制器换热器外置于多合一控制器一侧，所述电机换热器与第一电机内置的第一温度传感器和第二电机内置的第二温度传感电连接；所述测温单元包括设置于储水水箱与四通换向阀之间的温度传感器、第一电机温度传感器和第二电机温度传感器，第一电机温度传感器和第二电机温度传感器相互电连接；所述控制单元由多合一控制器和与多合一控制器电连接的整车控制器组成,所述循环水泵、多合一控制器换热器、整车控制器与四通换向阀电连接，所述循环水泵、多合一控制器换热器、整车控制器与温度传感器电连接，所述散热风机与多合一控制器、第二电机温度传感器、第一电机温度传感器依次电连接，所述四通换向阀与温度传感器电连接。
2.根据权利要求1所述电动车用双电机动力系统冷却系统，其特征在于：所述循环水泵能够改变转速。
3.根据权利要求1所述电动车用双电机动力系统冷却系统，其特征在于：四通换向阀为电磁式的四通换向阀。
4.根据权利要求1所述电动车用双电机动力系统冷却系统的冷却方法，其特征在于：其具体步骤为：
步骤1、以对第一电机、第二电机内分别内置的第一电机温度传感器、第二电机温度传感器的读数取平均值后的数值作为被调量值，采用PID调节，以循环水泵为执行机构，通过调节循环水泵转速，控制循环水流量，当被调量值升高时，增加循环水泵转速，反之减小循环水泵转速；
步骤2、以温度传感器测量的电机换热器进口水温为被调量值，以散热风机为执行机构，采用PID调节，通过调节散热风机的转速，控制循环水的向外散热，进而控制循环水进入电机换热器前的温度，当被调量值升高时，增加散热风机7转速，反之则减小散热风机7转速。
5.根据权利要求1所述电动车用双电机动力系统冷却系统的冷却方法，其特征在于：采用第一电机温度传感器、第二电机温度传感器分别检测第一电机、第二电机内的温度，并通过切换四通换向阀位置，使得第一电机、第二电机内温度保持均匀一致，其具体步骤为：
步骤2.1、通过第一电机温度传感器检测第一电机内部温度，通过第二电机温度传感器检测第二电机内部温度，对第一电机与第二电机内的温度的温差设定一整数限值；
步骤2.2、当检测到第一电机和第二电机的温差超过整数限值时，使电磁式的四通换向阀上电或失电，改变四通换向阀接通状态，切换四通换向阀的位置，以改变冷却水在电机换热器内的流通方向，使冷却水先流经第一电机和第二电机中的温度高的电机，实现第一电机和第二电机的内部温度均匀一致的调节。
6.根据权利要求5所述电动车用双电机动力系统冷却系统的冷却方法，其特征在于：步骤2.2中所述切换四通换向阀位置的具体步骤为；
步骤2.2.1、当第一电机温度传感器读数高于第二电机温度传感器读数时，电磁式的四通换向阀上电，使电磁式的四通换向阀的SC接通，ED接通，冷却水从电机换热器设置的第一电机侧的接口流入，从第二电机侧的接口流出；
步骤2.2.2、当第一电机温度传感器读数低于第二电机温度传感器读数时，电磁式的四通换向阀失电，使电磁式的四通换向阀的SE接通，CD接通，冷却水从电机换热器设置的第二电机侧接口流入，从第一电机侧的接口流出。
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