CN108859735B - 用于混合动力车辆的冷却系统及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于混合动力车辆的冷却系统及冷却方法，涉及混合动力汽车领域。本发明的冷却系统和冷却方法，冷却系统包括冷却液、冷却回路和控制单元。冷却回路用于传输冷却液，其包括相独立的用于对发动机进行冷却的发动机冷却回路和用于对电机进行冷却的电机冷却回路。控制单元配置成当发动机冷却液出口的冷却液温度小于等于预设温度时控制部分电机冷却回路与部分发动机冷却回路相连通以形成预热冷却回路，预热冷却回路中的冷却液用于对发动机进行预热。采用上述冷却系统及冷却方法，通过采用对电机起冷却作用的冷却液对发动机进行加热，使发动机启动后迅速升温，使发动机更长时间处于适宜工作温度范围内，提升机械效率。

Description

用于混合动力车辆的冷却系统及冷却方法

技术领域

本发明涉及混合动力汽车领域，特别是涉及一种用于混合动力车辆的冷却系统及冷却方法。

背景技术

混合动力是区别于传统汽油动力与电驱动的混合动力汽车，混合动力驱动原理、驱动单元都与电动车无异，之所以称其为混合动力汽车，是因为其的电池容量相对比较大，可以利用外部电网对电池进行充电，可以用纯电模式行驶。车辆行驶过程中，发动机、电机和电池等部件在工作过程中都将产生大量热量，使得这些动力部件的温度不断升高，而发动机、电机及电池的工作效率、工作寿命及工作这就要求混合动力汽车需要配备一套区别于传统汽车的冷却系统，这套冷却系统能保证将发动机、电机和电池在工作时的温度控制在一个合理的范围之内。

现有技术中，常用的混合动力热管理系统较简单，不能有效提高混合动力车辆中冷却系统的效率。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种用于混合动力车辆的冷却系统及冷却方法，以解决现有技术中冷却系统效率低等问题。

一方面，本发明提供了一种用于混合动力车辆的冷却系统，包括：

用于传输冷却液的冷却回路，所述冷却回路包括相互独立的用于对发动机进行冷却的发动机冷却回路和用于对电机进行冷却的电机冷却回路；和

控制单元，其配置成当发动机冷却液出口的冷却液温度小于等于预设温度时控制部分所述电机冷却回路与部分所述发动机冷却回路相连通形成预热冷却回路，所述预热冷却回路中的冷却液用于对所述发动机进行预热。

可选地，所述冷却回路包括发动机冷却液出口、节温器总成、散热器、发动机水泵、发动机冷却液入口、发动机三通阀、电机冷却液出口、电机出口三通阀、冷凝器、电机入口三通阀和电机冷却液入口；

其中，所述节温器总成用于实现所述发动机冷却回路中的小循环回路和大循环回路，其包括节温器底座和节温器；

所述节温器底座其具有第一开口、第二开口、第三开口和第四开口；所述第一开口与所述发动机冷却液出口相连通，所述第三开口与所述发动机水泵的进口相连通，所述节温器设置于所述第四开口处，所述第四开口与所述散热器的出口相连通，

所述发动机三通阀的双向开口与所述第二开口相连通，出口与所述散热器的入口相连通；

所述电机出口三通阀设置于所述电机冷却液出口处，所述电机出口三通阀的一个出口与所述发动机三通阀的入口相连通，另一个出口与所述冷凝器的入口相连通；

所述电机入口三通阀设置于所述电机冷却液入口处，所述电机入口三通阀的一个进口与所述冷凝器的出口相连通，另一个进口连通至所述第三开口和所述发动机水泵之间的管路。

可选地，所述小循环回路为所述发动机冷却液出口的冷却液依次流经所述第一开口、所述第三开口、所述发动机水泵至所述发动机冷却液入口；

所述大循环回路为通过所述第四开口进入到所述节温器底座的冷却液与通过所述第一开口进入到所述节温器底座的冷却液混合后，部分冷凝液流经所述第二开口、所述发动机三通阀至所述散热器入口，其余冷凝液流经所述第三开口、所述发动机水泵至所述发动机冷却液入口；

所述电机冷却回路为冷却液依次通过所述电机冷却液出口、所述电机出口三通阀、所述冷凝器、所述电机入口三通阀至所述电机冷却液入口；

所述预热冷却回路为所述电机冷却液出口的冷却液流经所述电机出口三通阀、所述发动机三通阀，通过所述第二开口进入所述节温器底座，与通过所述第一开口进入到所述节温器底座的冷却液混合后，经所述第三开口流出所述节温器底座后，部分所述冷却液流经所述电机入口三通阀至所述电机冷却液入口，其余冷却液流经所述发动机水泵至所述发动机冷却液入口。

可选地，所述控制单元还配置成在所述预热冷却回路导通时断开所述电机冷却回路和所述发动机冷却回路。

可选地，所述控制单元包括：

温度检测装置，用于检测所述发动机冷却液出口的冷却液温度；

阀门控制装置，用于通过控制所述电机出口三通阀、所述电机入口三通阀和所述发动机三通阀使部分所述电机冷却回路与部分所述发动机冷却回路相连通形成所述预热冷却回路；和

电量检测装置，用于检测动力电池组的剩余电量。

可选地，所述控制单元还配置成当发动机冷却液出口的冷却液温度小于等于预设温度且所述动力电池组的剩余电量小于预设电量时控制部分所述电机冷却回路与部分所述发动机冷却回路相连通形成所述预热冷却回路。

可选地，所述控制单元还配置成在所述预热冷却回路工作过程中当所述动力电池组的剩余电量小于预设电量时控制所述发动机冷却回路和所述电机冷却回路相互独立。

另一方面，本发明还提供了一种用于上述冷却系统的冷却方法，包括：

在电机运行状态下，检测发动机启动后发动机冷却液出口的冷却液温度；

判断所述发动机冷却液出口的冷却液温度是否小于等于预设温度；

在所述发动机冷却液出口的冷却液温度小于等于所述预设温度时，在冷却回路中形成预热冷却回路，使所述预热冷却回路中的冷却液对所述发动机进行预热。

可选地，在判定所述发动机冷却液出口的冷却液温度小于等于所述预设温度之后，在所述冷却回路中形成所述预热冷却回路之前，还包括：

检测动力电池组的剩余电量；

判断所述剩余电量是否大于发电机预热所需电量；

若所述剩余电量大于所述发电机预热所需电量，则在所述冷却回路中形成所述预热冷却回路。

可选地，在所述冷却回路中形成所述预热冷却回路之后，还包括：

当所述发动机冷却液出口的冷却液温度大于预设温度时，断开所述预热冷却回路，使发动机冷却回路和电机冷却回路相互独立。

本发明的冷却系统和冷却方法，冷却系统包括冷却液、冷却回路和控制单元。冷却回路用于传输冷却液，其包括相独立的用于对发动机进行冷却的发动机冷却回路和用于对电机进行冷却的电机冷却回路。控制单元配置成当发动机冷却液出口的冷却液温度小于等于预设温度时控制部分电机冷却回路与部分发动机冷却回路相连通以形成预热冷却回路，预热冷却回路中的冷却液用于对发动机进行预热。采用上述冷却系统及冷却方法，通过采用对电机起冷却作用的冷却液对发动机进行加热，使发动机启动后迅速升温，使发动机更长时间处于适宜工作温度范围内，提升机械效率。

进一步地，本发明的冷却系统和冷却方法中，发动机达到适宜温度后，预热冷却回路断开，发动机冷却回路和电机冷却回路相独立，以降低发动机升温速度，使发动机更长时间维持的合理的温度范围内，提供发动机械效率，提升整车冷却效率。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的冷却系统的示意性结构图；

图2是图1所示冷却系统中的电机冷却回路和发动机冷却回路相对独立冷却且发动机冷却回路进行小循环时的工作状态图；

图3是图1所示冷却系统中的预热冷却回路导通时的工作状态图；

图4是图1所示冷却系统中的电机冷却回路和发动机冷却回路相对独立冷却且发动机冷却回路进行大循环时的工作状态图；

图5是据本发明一个实施例的冷却方法的示意性流程图；

图6是据本发明又一个实施例的冷却方法的示意性流程图；

图7是据本发明另一个实施例的冷却方法的示意性流程图。

图中的附图标记为：

1-电机，11-电机冷却液出口，12-电机冷却液入口，

2-发动机，21-发动机冷却液出口，22-发动机冷却液入口，

3-节温器总成，31-节温器底座，32-节温器，301-第一开口，302-第二开口，303-第三开口，304-第四开口，

4-冷凝器，5-散热器，6-电机出口三通阀，7-电机入口三通阀，8-发动机三通阀，9-发动机水泵。

具体实施方式

下面参照图1至图7来描述本发明实施例的冷却系统和冷却方法，本发明实施例的描述中，“前后”“横向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

现有常用的混合动力热管理系统较简单，未对混合动力零部件进行分层冷却，将电机、辅助装置、散热器5串联在一起冷却，不能很好利用电机给未达到指定温度的发动机预热以迅速提升发动机温度，使发动机更长时间处于适宜工作温度范围内，不利于冷却效率提升。针对上述问题，发明人提出以下技术方案。

图1是根据本发明一个实施例的冷却系统的示意性结构图。如图1所示，冷却系统包括冷却液、冷却回路和控制单元。冷却回路用于传输冷却液，其包括相独立的用于对发动机2进行冷却的发动机冷却回路和用于对电机1进行冷却的电机冷却回路。控制单元配置成当发动机冷却液出口21的冷却液温度小于等于预设温度时控制部分电机冷却回路与部分发动机冷却回路相连通以形成预热冷却回路，预热冷却回路中的冷却液用于对发动机2进行预热。预设温度的范围为70-80℃。控制单元可以集成于整车VCU中，还可以单独为一个系统。

采用上述冷却系统及冷却方法，通过采用对电机起冷却作用的冷却液对发动机进行加热，使发动机启动后迅速升温，使发动机更长时间处于适宜工作温度范围内，提升机械效率。

继续参考图1，在一个具体地实施例中，冷却回路包括发动机冷却液出口21、节温器总成3、散热器5、发动机水泵9、发动机冷却液入口22、发动机三通阀8、电机冷却液出口11、电机出口三通阀6、冷凝器4、电机入口三通阀7和电机冷却液入口12。节温器总成3用于实现发动机冷却回路中的小循环回路和大循环回路。

继续参考图1，节温器总成3包括节温器底座31和节温器32。节温器底座31其具有第一开口301、第二开口302、第三开口303和第四开口304。在图1中，下方的开口第一开口301，沿逆时针方向分别为第二开口302、第三开口303和第四开口304。第一开口301与发动机冷却液出口21相连通。第三开口303与发动机水泵9的进口相连通。节温器32设置于第四开口304处，第四开口304与散热器5的出口相连通。发动机三通阀8的双向开口与第二开口302相连通，出口与散热器5的入口相连通。电机出口三通阀6设置于电机冷却液出口11处，电机出口三通阀6的一个出口与发动机三通阀8的入口相连通，另一个出口与冷凝器4的入口相连通。电机入口三通阀7设置于电机冷却液入口12处，电机入口三通阀7的一个进口与冷凝器4的出口相连通，另一个进口连通至第三开口303和发动机水泵9之间的管路。

在一个进一步的实施例中，控制单元还包括温度检测装置、阀门控制装置和电量检测装置。温度检测装置用于检测发动机冷却液出口21的冷却液温度。阀门控制装置用于通过控制电机出口三通阀6、电机入口三通阀7和发动机三通阀8以使部分电机冷却回路与部分发动机冷却回路相连通形成预热冷却回路。电量检测装置，用于检测动力电池组的剩余电量。

图2是图1所示冷却系统中的电机冷却回路和发动机冷却回路相对独立冷却且发动机冷却回路进行小循环时的工作状态图。图4是图1所示冷却系统中的电机冷却回路和发动机冷却回路相对独立冷却且发动机冷却回路进行大循环时的工作状态图。图2和图4中的电机出口三通阀6、电机入口三通阀和发动机三通阀8的图标上，黑实线(图2所示)或斜线(图4所示)所在位置均代表其对应的这个通道封闭，无流体经过。

当85℃≤冷却液温度＜95℃时，节温器不开启，第四开口304封闭，发动机进行小循环。小循环回路为发动机冷却液出口21的冷却液依次流经第一开口301、第三开口303、发动机水泵9至发动机冷却液入口22。换句话说，就是发动机内的冷却液经节温器底座31，发动机水泵9重新流回发动机，冷却液并不需要经过散热器5换热。

当冷却液温度T≥95℃时，节温器开启，第四开口304开启，发动机进行大循环，以给处于较高温度的发动机冷却液快速降温，使发动机始终保持适宜工作温度范围内，提供冷却效率。大循环回路为通过第四开口304进入到节温器底座31的冷却液与通过第一开口301进入到节温器底座31的冷却液混合后，部分冷凝液流经第二开口302、发动机三通阀8至散热器5入口，经过散热器5散热后重新流入节温器底座31；其余冷凝液流经第三开口303、发动机水泵9至发动机冷却液入口22，对发动机进行冷却后重新从发动机冷却液出口21重新进入节温器底座31。

继续参考图2，电机冷却回路为冷却液依次通过电机冷却液出口11、电机出口三通阀6、冷凝器4、电机入口三通阀7至电机冷却液入口12，对电机进行冷却后从电机冷却液出口11流出。

图3是图1所示冷却系统中的预热冷却回路导通时的工作状态图。如图3所示，预热冷却回路为电机冷却液出口11的冷却液流经电机出口三通阀6、发动机三通阀8，通过第二开口302进入节温器底座31，与通过第一开口301进入到节温器底座31的冷却液混合后，经第三开口303流出节温器底座31后，部分冷却液流经电机入口三通阀7至电机冷却液入口12对电机进行冷却，其余冷却液流经发动机水泵9至发动机冷却液入口22对发动机进行加热。

具体地，当发动机刚启动时，发动机本体温度较低，发动机冷却液出口21的冷却液温度低于节温器开启温度(95℃)，发动机进行小循环；同时整车VCU判断进行电机给发动机预热模式后，发出指令，控制发动机三通阀8、电机入口三通阀7、电机出口三通阀6，做出如图3所示通断：电机内的冷却液通过电机出口三通阀6及发动机三通阀8进入发动机缸体，给发动机快速升温，再通过电机入口三通阀7流回电机冷却系统内。整个发动机循环不经过散热器5、电机循环不经过冷凝器4，可使发动机温度快速上升。

在一个进一步的实施例中，控制单元进一步配置成在预热冷却回路导通时断开电机冷却回路和发动机冷却回路。

在另一个实施例中，控制单元进一步配置成当发动机冷却液出口21的冷却液温度小于等于预设温度且动力电池组的剩余电量小于预设电量时控制部分电机冷却回路与部分发动机冷却回路相连通以形成预热冷却回路。

在一个进一步的实施例中，控制单元进一步配置成在预热冷却回路工作过程中当动力电池组的剩余电量小于预设电量时控制发动机冷却回路和电机冷却回路相独立。具体地，当电机预热给发动机预热一段时间，或其他措施使发动机达到适宜工作温度(85℃)时，整车VCU判断进行发动机、电机独立冷却模式，并发出指令，控制发动机三通阀8、电机入口三通阀7、电机出口三通阀6，做出如上图2通断，发动机、电机开始独立冷却。

图5是据本发明一个实施例的冷却方法的示意性流程图。如图5所示，冷却方法包括：

在电机运行状态下，检测发动机启动后发动机冷却液出口21的冷却液温度；具体地，当混合动力车辆启动后，VCU检测到电机满足运行条件且正在运行时，整车VCU继续读取发动机冷却液出口21的冷却液温度；

判断发动机冷却液出口21的冷却液温度是否小于等于预设温度；

在发动机冷却液出口21的冷却液温度小于等于预设温度时，控制冷却回路中形成预热冷却回路，以使预热冷却回路中的冷却液用于对发动机进行预热，使发动机迅速升温，快速达到适宜工作温度。

在一个进一步的实施例中，在控制冷却回路中形成预热冷却回路之后，还包括：

当发动机冷却液出口21的冷却液温度大于预设温度时，控制预热冷却回路断开，以使发动机冷却回路和电机冷却回路相独立，使发动机和电机更长时间维持在适宜工作温度。

采用上述实施例中的冷却方法中，发动机达到适宜温度后，预热冷却回路断开，发动机冷却回路和电机冷却回路相独立，以降低发动机升温速度，使发动机更长时间维持的合理的温度范围内，提供发动机械效率，提升整车冷却效率。

图6是据本发明又一个实施例的冷却方法的示意性流程图。如图6所示，在一个进一步的实施例中，在图5所示实施例基础上，在判定发动机冷却液出口21的冷却液温度小于等于预设温度之后，控制冷却回路中形成预热冷却回路之前，还包括：

检测动力电池组的剩余电量；

判断剩余电量是否大于发电机预热所需电量，其中，发电机预热所需电量根据不同的环境可能不同，例如：在我国南方区域，平均温度较高，发电机预热所需电量相对较小，在我国北方区域，平均温度较低，此时发电机预热所需电量相对较大；

若剩余电量大于发电机预热所需电量，则控制冷却回路中形成预热冷却回路。

具体地，当混合动力车辆启动后，VCU检测到电机满足运行条件且正在运行时，发动机本体温度较低，冷却液温度低于节温器开启温度(95℃)，发动机进行小循环；同时整车VCU继续读取整车冷却液温度(发动机冷却液出口21的冷却液温度)T_发动机，当T_发动机≤发动机启动时最低温度(预设温度)T_{发动机启动min}时，VCU继续判断目前整车电量SOC是否≥电机给发动机预热所需最小电量SOC_预热，当SOC≥SOC_预热时，开启电机给发动机预热工作模式，使发动机迅速升温，快速达到适宜工作温度；当SOC＜SOC_预热时，电机与发动机独立冷却。当T_发动机＞发动机启动时最低温度T_{发动机启动min}时，电机与发动机独立冷却，发动机断开与电机预热的管路连接，停止电机预热，更长时间维持在适宜工作温度。

图7是据本发明另一个实施例的冷却方法的示意性流程图。如图7所示，在另一个进一步的实施例中，在图5所示实施例基础上，在控制冷却回路中形成预热冷却回路之后，还包括：

检测动力电池组的剩余电量；

判断剩余电量是否小于预设电量，其中，预设电量的范围可以是10％-20％；

当剩余电量小于预设电量时，控制预热冷却回路断开，以使发动机冷却回路和电机冷却回路相独立，同时整车VCU控制混合动力系统为动力电池组充电。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (9)

1.一种用于混合动力车辆的冷却系统，其特征在于，包括：

用于传输冷却液的冷却回路，所述冷却回路包括相互独立的用于对发动机进行冷却的发动机冷却回路和用于对电机进行冷却的电机冷却回路；和

控制单元，其配置成当发动机冷却液出口的冷却液温度小于等于预设温度时控制部分所述电机冷却回路与部分所述发动机冷却回路相连通形成预热冷却回路，所述预热冷却回路中的冷却液用于对所述发动机进行预热；

所述冷却回路包括发动机冷却液出口、节温器总成、散热器、发动机水泵、发动机冷却液入口、发动机三通阀、电机冷却液出口、电机出口三通阀、冷凝器、电机入口三通阀和电机冷却液入口；

其中，所述节温器总成用于实现所述发动机冷却回路中的小循环回路和大循环回路，其包括节温器底座和节温器；

所述节温器底座其具有第一开口、第二开口、第三开口和第四开口；所述第一开口与所述发动机冷却液出口相连通，所述第三开口与所述发动机水泵的进口相连通，所述节温器设置于所述第四开口处，所述第四开口与所述散热器的出口相连通，

所述发动机三通阀的双向开口与所述第二开口相连通，出口与所述散热器的入口相连通；

所述电机出口三通阀设置于所述电机冷却液出口处，所述电机出口三通阀的一个出口与所述发动机三通阀的入口相连通，另一个出口与所述冷凝器的入口相连通；

所述电机入口三通阀设置于所述电机冷却液入口处，所述电机入口三通阀的一个进口与所述冷凝器的出口相连通，另一个进口连通至所述第三开口和所述发动机水泵之间的管路。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，

所述小循环回路为所述发动机冷却液出口的冷却液依次流经所述第一开口、所述第三开口、所述发动机水泵至所述发动机冷却液入口；

所述大循环回路为通过所述第四开口进入到所述节温器底座的冷却液与通过所述第一开口进入到所述节温器底座的冷却液混合后，部分冷凝液流经所述第二开口、所述发动机三通阀至所述散热器入口，其余冷凝液流经所述第三开口、所述发动机水泵至所述发动机冷却液入口；

所述电机冷却回路为冷却液依次通过所述电机冷却液出口、所述电机出口三通阀、所述冷凝器、所述电机入口三通阀至所述电机冷却液入口；

所述预热冷却回路为所述电机冷却液出口的冷却液流经所述电机出口三通阀、所述发动机三通阀，通过所述第二开口进入所述节温器底座，与通过所述第一开口进入到所述节温器底座的冷却液混合后，经所述第三开口流出所述节温器底座后，部分所述冷却液流经所述电机入口三通阀至所述电机冷却液入口，其余冷却液流经所述发动机水泵至所述发动机冷却液入口。

3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，

所述控制单元还配置成在所述预热冷却回路导通时断开所述电机冷却回路和所述发动机冷却回路。

4.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述控制单元包括：

温度检测装置，用于检测所述发动机冷却液出口的冷却液温度；

阀门控制装置，用于通过控制所述电机出口三通阀、所述电机入口三通阀和所述发动机三通阀使部分所述电机冷却回路与部分所述发动机冷却回路相连通形成所述预热冷却回路；和

电量检测装置，用于检测动力电池组的剩余电量。

5.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述控制单元还配置成当发动机冷却液出口的冷却液温度小于等于预设温度且所述动力电池组的剩余电量小于预设电量时控制部分所述电机冷却回路与部分所述发动机冷却回路相连通形成所述预热冷却回路。

6.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述控制单元还配置成在所述预热冷却回路工作过程中当所述动力电池组的剩余电量小于预设电量时控制所述发动机冷却回路和所述电机冷却回路相互独立。

7.一种用于如权利要求1-6中任一项所述冷却系统的冷却方法，其特征在于，包括：

在电机运行状态下，检测发动机启动后发动机冷却液出口的冷却液温度；

判断所述发动机冷却液出口的冷却液温度是否小于等于预设温度；

在所述发动机冷却液出口的冷却液温度小于等于所述预设温度时，在冷却回路中形成预热冷却回路，使所述预热冷却回路中的冷却液对所述发动机进行预热。

8.根据权利要求7所述的冷却方法，其特征在于，在判定所述发动机冷却液出口的冷却液温度小于等于所述预设温度之后，在所述冷却回路中形成所述预热冷却回路之前，还包括：

检测动力电池组的剩余电量；

判断所述剩余电量是否大于发电机预热所需电量；

若所述剩余电量大于所述发电机预热所需电量，则在所述冷却回路中形成所述预热冷却回路。

9.根据权利要求8所述的冷却方法，其特征在于，在所述冷却回路中形成所述预热冷却回路之后，还包括：

当所述发动机冷却液出口的冷却液温度大于预设温度时，断开所述预热冷却回路，使发动机冷却回路和电机冷却回路相互独立。

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