CN109367386A - 一种汽车用智能温控冷却模块及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种汽车用智能温控冷却模块及其控制方法，模块包括散热器（2）、护风罩（3）、电子风扇（4）和控制单元（6），内凹吸风式结构的电子风扇（4）安装在护风罩（3）上的电子风扇安装口座（16）内，散热器（2）和电子风扇（4）分别与控制单元（6）相连接，控制单元（6）与整车控制器和车辆仪表连接；且散热器（2）进出水口处的冷却液温度传感器（8）与控制单元（6）相连接。方法采用PWM精准控制冷却水温、电子风扇（4）转速的实时变化，可实时根据冷却液温度传感器（8）温度和电子风扇（4）反馈，调节和稳定电子风扇（4）转速和冷却强度，实现精确控温和按需冷却，达到节能降耗的目的，提高乘坐舒适性。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能温控冷却模块，更具体的说涉及一种汽车用智能温控冷却模块及其控制方法。
背景技术
目前，随着法律法规对汽车节能减排要求的不断提高，加上国家对新能源车辆推广的鼓励政策，纯电动车辆特别是纯电动卡车应运而生，并受到市场的青睐。但是，在该类车辆的设计过程中，对冷却系统的节能降噪提出了更高的要求，原有的由散热器中冷器及发动机驱动的机械冷却风扇所组成的常规冷却系统已不满足使用要求；同时原发动机舱内布置了大量新增的高压元器件，挤压了冷却系统的布置空间，因此也要求对冷却系统的结构进行改进、合理利用空间并改善舱内空气流通。因此，开发一种使用电子风扇冷却，并适用于纯电动/混合动力车辆动力总成散热需求的冷却模块总成，已成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对背景技术中存在的上述问题，提供一种汽车用智能温控冷却模块及其控制方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种汽车用智能温控冷却模块，包括散热器、护风罩、电子风扇和控制单元，所述的护风罩上设置有电子风扇安装口座，所述的电子风扇为内凹吸风式结构，电子风扇安装在电子风扇安装口座内，所述的散热器和电子风扇分别与控制单元相连接，控制单元与整车控制器和车辆仪表连接。
所述散热器的进出水口均设置有温度传感器安装口座，所述的温度传感器安装口座内安装有冷却液温度传感器，所述的冷却液温度传感器与控制单元相连接。
所述散热器的芯子为单排散热管型式，所述散热器的上下水室设置有挡虫帘安装支座，散热器的侧边板前端设置有空调冷凝器安装支座，散热器的侧边板上设置有多组安装孔位。
所述的护风罩通过护风罩安装支架安装在散热器上，且护风罩安装支架与散热器之间设置有密封垫。
所述的护风罩上设置有倾斜布置的导风板。
所述的散热器通过冷却模块支座安装在车架上，且冷却模块支座与车架上之间均设置有软垫。
所述的护风罩上设置有电气线束安装固定支架，所述的控制单元安装在护风罩上。
一种汽车用智能温控冷却模块的控制方法，包括以下步骤： 步骤一，车辆电源总开关打开，本智能温控冷却模块的整套电气系统上电，本智能温控冷却模块处于待机状态并完成其整套电气系统自检和功能测试，自检完成后检测结果通过CAN总线在车辆仪表上实时显示，若检测无故障，该冷却模块的电气系统将依次对电子风扇进行启动测试；若检测存在故障信息，车辆仪表上相应显示区域故障灯将亮起并显示相应故障代码，维修人员可根据通讯协议和故障代码确认故障问题并及时维修，并重新进行检测至故障消除，然后冷却模块的电气系统依次对电子风扇进行启动测试；同时，冷却模块的电气系统上电后，电子水泵首先起转进行除气；步骤二，步骤一中上电故障自检和测试后，电子风扇自动反转除尘，且控制单元可以按需调整电子风扇转速和除尘时间；步骤三，控制单元对各组电子风扇独立控制顺序启动，并采用斜坡恒流软启动控制策略，从而保证了电子风扇转速和电源电流的平滑变化，避免了电子风扇转速和电源电流的急剧变化和冲击；步骤四，车辆行驶过程中，控制单元实时监控冷却液温度传感器信号、电子风扇工作状态以及与整车控制器的通讯状态，并在车辆仪表输出实时水温、电子风扇转速工况信息，且控制单元根据冷却液温度传感器、整车控制器信号，采用PWM精准控制冷却水温、电子风扇转速的实时变化。
所述步骤一中的自检内容包括冷却液温度传感器工作状态、电子风扇工作状态、整车控制器/CAN总线通讯状态、电动空调通讯信息状态。
所述步骤四中的控制单元控制冷却水温、电子风扇转速包括以下方面：1）本智能温控冷却模块的电气系统上电后，冷却液温度传感器故障，控制单元上传故障信息，电动水泵/电子风扇全速转；2）本智能温控冷却模块的电气系统上电后，冷却液温度传感器检测到散热器水温超出最高限值要求，电动水泵/电子风扇全速转，控制单元上传水温报警信息，并在车辆仪表处进行显示； 3）本智能温控冷却模块的电气系统上电自检无故障，车辆正常行驶工况，电子水泵首先起转，电子风扇在水温到达起转水温后开始起转，再根据水温变化线性调节电子水泵和电子风扇转速；4）电子风扇要求同时满足电动空调/驱动电机双系统的散热需求，因此在保证电机水温不超标的前提下，提高电动空调冷却控制信号的控制优先级，根据电动空调的工作状态，优先保证电动空调的散热需求；5）稳态工况下，电子水泵高转速运行，优先保证电子风扇转速稳定在50%左右低转速区运行，即调整策略以电子风扇调速为主、电子水泵为辅，同时软起缓停和PWM技术可进一步保证电子风扇转速和电源电流的平滑变化，降低电子风扇调速和电源电流的冲击；6）如车辆行驶时电子风扇、冷却液温度传感器电气元件发生故障，本智能温控冷却模块的电气系统将启动回家模式，保证车辆可以根据故障状态继续运行、或采取“跛行模式”降扭限速运行以确保车辆可以行驶到就近的服务站求助；7）车辆停止行驶后，电子水泵继续运行3分钟，以降低系统水温，避免积热现象导致本智能温控冷却模块的整套电气系统元器件损坏。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
1、本发明中冷却模块包括散热器、护风罩、电子风扇和控制单元，电子风扇为内凹吸风式结构，电子风扇安装在电子风扇安装口座内；内凹吸风式结构能够降低冷却模块总成厚度，使得在改进电子风扇进风效果、优化冷却模块散热性能的同时，合理利用整车布置空间。
2、本发明中散热器的芯子为单排散热管型式，可选装多种不同宽度的散热管型式，满足车辆散热性能要求；集成挡虫帘安装支座、空调冷凝器安装支座等选装功能，且设置有可适用于不同的车架散热器支架安装结构的多组安装孔位，通用化结构设计，结构合理、装配便捷，避免了装车过程中的的错装和漏装，并提高了系统可靠性，便于用户使用；且合理利用整车布置空间，通用性强。
3、本发明中控制方法采用PWM精准控制冷却水温、电子风扇转速的实时变化，即采用双闭环控制算法，对温度、冷却能力（转速）双闭环控制，可实时根据冷却液温度传感器温度和电子风扇反馈，调节和稳定电子风扇转速和冷却强度，实现精确控温（±1℃）和按需冷却，保证电机始终处于最佳温度范围，达到节能降耗的目的，并可降低车辆冷却系统噪声、提高乘坐舒适性。
4、本发明中控制方法中自动除尘和软启动缓停机功能确保各路电子风扇的正常启动和电源系统的稳定，提高了风扇使用寿命，减少系统故障，使得本智能温控冷却模块的整套电气系统故障率低、工作稳定。
附图说明
图1是本发明中冷却模块在整车上的安装示意图。
图2是本发明中冷却模块正视图。
图3是本发明中冷却模块左视图。
图4是本发明中冷却模块安装正视图。
图5是本发明中冷却模块轴测图。
图6是本发明中护风罩结构示意图。
图7是图6中A-A剖视图。
图8是本发明中冷却模块电气系统布置示意图。
图9是本发明中冷却模块电气线束原理示意图。
图10是本发明中控制单元原理图。
图中，温度传感器安装口座1，散热器2，护风罩3，电子风扇4，导风板5，控制单元6，电气线束安装固定支架7，冷却液温度传感器8，侧边板9，空调冷凝器安装支座10，挡虫帘安装支座11，冷却模块支座12，安装软垫13，护风罩安装支架14，密封垫15，电子风扇总成安装口座16，电子风扇强制开关17，电子风扇电机18，电子风扇继电器19，保险20。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
实施例一：参见图1至图9，
参见图1至图9，一种汽车用智能温控冷却模块，包括散热器2、护风罩3、电子风扇4和控制单元6。所述的护风罩3采用薄式护风罩结构，护风罩3上设置有电子风扇安装口座16；所述的电子风扇4为内凹吸风式结构，电子风扇4安装在电子风扇安装口座16内；采用内凹吸风式结构的电子风扇4，在降低本冷却模块厚度的同时，改善了电子风扇4进风效果，优化了本冷却模块散热性能且合理利用整车布置空间。所述的散热器2和电子风扇4分别与控制单元6相连接，控制单元6与整车控制器和车辆仪表连接；控制单元6满足CAN/J1939总线要求，可实现与整车控制器和车辆仪表无缝链接，实时通讯，完成故障诊断与反馈。同时，控制单元6能够兼顾电机和电动空调的散热需求，高效、合理的控制电子风扇4的运转，达到节能降耗的目的；且控制单元6可兼具冷却系统电子水泵控制器的功能，并实现系统上电后电子水泵常转，以保证本智能温控冷却模块总成的散热性能需求及除气功能需求，本智能温控冷却模块的整套电气系统包括控制单元6、电子风扇4和冷却液温度传感器8。
参见图1至图9，所述散热器2的进出水口均设置有温度传感器安装口座1，所述的温度传感器安装口座1内安装有冷却液温度传感器8；所述的冷却液温度传感器8与控制单元6相连接。所述的冷却液温度传感器8以实时监控散热器2内水流整体温度变化，通过控制单元6进行数据分析，并由控制单元6对电子风扇4采用高频PWM无级变速控制，实时调节电子风扇4转速和冷却强度，以调整散热强度和水温值，实现精确控温的目的。
参见图1至图9，所述散热器2的可选装铝制或铜制芯子；考虑到纯电动车辆的散热性能和空间布置要求，所述散热器2的芯子采用单排散热管的型式，其可选装宽度26mm至63mm的不同宽度的管带式或封条式多种散热管类型，适用于不同的车辆散热需求。
参见图1至图9，所述散热器2的上下水室设置有挡虫帘安装支座11。所述散热器2的侧边板9上设置有可适用于不同安装高度及安装支架的多组安装孔位。所述散热器2的侧边板9前端设置有空调冷凝器安装支座10。因此，本散热器2可适用于不同的车架散热器支架安装结构，具有结构合理、通用性强的优点。
参见图1至图9，所述的护风罩3通过护风罩安装支架14安装在散热器2上，且护风罩安装支架14与散热器2之间设置有密封垫15。此种安装结构安装牢固，并可提升护风罩3与散热器2之间的密封效果。
参见图1至图9，所述的护风罩3上设置有倾斜布置的导风板17。该倾斜布置的导风板17可有效避免冷侧气流的涡流湍流等问题。
参见图1至图9，所述的散热器2通过冷却模块支座12安装在车架上，且冷却模块支座12与车架上之间均设置有软垫13。使得本冷却模块与车架柔性相连，以起到减震、保护冷却模块总成的作用。
参见图1至图9，所述的护风罩3上设置有电气线束安装固定支架7，所述的控制单元6安装在护风罩3上。该电气线束安装固定支架7对系统电气线束进行集成，并对其走向和连接方式进行约束和优化，避免错装和漏装，满足了车辆工艺优化快速装配的要求，具有装配便捷、可靠性高、使用免维护的优点。
实施例二：
参见图10，一种汽车用智能温控冷却模块的控制方法，包括以下步骤：
步骤一，车辆电源总开关打开，本智能温控冷却模块的整套电气系统上电，此处的本智能温控冷却模块的整套电气系统包括控制单元6、电子风扇4和冷却液温度传感器8，本智能温控冷却模块处于待机状态并完成其整套电气系统自检和功能测试，自检完成后检测结果通过CAN总线在车辆仪表上实时显示；开机自检功能保证了系统安全可靠。若检测无故障，本冷却模块的电气系统将依次对电子风扇4进行启动测试，每个电子风扇4测试10秒；若检测存在故障信息，车辆仪表上相应显示区域故障灯将亮起并显示相应故障代码，维修人员可根据通讯协议和故障代码确认故障问题并及时维修，并重新进行检测至故障消除，然后本冷却模块的电气系统依次对电子风扇4行启动测试，每个电子风扇4测试10秒。同时，本冷却模块的电气系统上电后，电子水泵首先起转（100%转速）进行除气，满足冷却管路强制除气需求，同时也解决了冷却系统首次加注后散热器2、驱动电机/控制单元6水套的除气问题，提高了车辆的加注除气效率。
步骤二，本冷却模块长时间使用后会积聚大量灰尘，为提高电子风扇4使用寿命、减少本智能温控冷却模块的整套电气系统故障几率，设置了开机自动除尘功能；即在步骤一中上电故障自检和测试后，电子风扇4自动反转除尘，且控制单元6可以按需调整电子风扇4转速和除尘时间。
步骤三，为缓解瞬时电流对本智能温控冷却模块的整套电气系统电源的冲击，控制单元6采用软启动控制算法，确保各路电子风扇4的正常启动和电源系统的稳定工作，该软启动算法包括顺序启动和过零软启动两种；即为避免多路电子风扇4同时启动时冲击电流过大，控制单元6对各组电子风扇4独立控制、启动时分别顺序启动，并采用斜坡恒流软启动控制策略，保证了电子风扇4转速和电源电流的平滑变化，避免了电子风扇4转速和电源电流的急剧变化和冲击。
步骤四，车辆行驶过程中，控制单元 6实时监控冷却液温度传感器8信号、电子风扇4工作状态以及与整车控制器的通讯状态，并在车辆仪表输出实时水温、电子风扇4转速工况等信息。且基于精准控温（±1℃）和按需冷却的控制需求，采用温度、转速双闭环控制算法；即控制单元6根据冷却液温度传感器8、整车控制器信号，采用PWM（脉宽调制波控制技术）精准控制冷却水温、电子风扇4转速的实时变化。
具体的，所述步骤一中的自检内容包括冷却液温度传感器8工作状态、电子风扇4工作状态、整车控制器/CAN总线通讯状态、电动空调通讯信息状态。
具体的，依据电机水套冷却特性曲线、电子风扇4作性能曲线等，所述步骤四中的控制单元6根据本智能温控冷却模块的电气系统初始设定的起转水温、50%转速水温、100%全转速水温进行线性调节，并采用高频PWM技术无级平滑调速，使电子水泵转速、电子风扇4转速根据本智能温控冷却模块的整套电气系统水温变化实时调整；控制单元6控制冷却水温、电子风扇4转速包括以下方面：
1）本智能温控冷却模块的整套电气系统上电后，冷却液温度传感器8故障，控制单元6上传故障信息，电动水泵/电子风扇4全速转。
2）本智能温控冷却模块的电气系统上电后，冷却液温度传感器8检测到散热器2水温超出最高限值要求，电动水泵/电子风扇4全速转，控制单元6上传水温报警信息，并在车辆仪表处进行显示。
3）本智能温控冷却模块的电气系统上电自检无故障，车辆正常行驶工况，电子水泵首先起转（100%转速），电子风扇4在水温到达起转水温后开始起转，再根据水温变化线性调节电子水泵和电子风扇4转速。
4）电子风扇4要求同时满足电动空调/驱动电机双系统的散热需求，因此在保证电机水温不超标的前提下，提高电动空调冷却控制信号的控制优先级，根据电动空调的工作状态（散热功率需求），优先保证电动空调的散热需求。
5）为保证本智能温控冷却模块总成的节能、降噪效果，稳态工况下，电子水泵高转速运行，优先保证电子风扇4转速稳定在50%左右低转速区运行，即调整策略以电子风扇调速为主、电子水泵为辅；同时软起缓停和PWM技术可进一步保证电子风扇4转速和电源电流的平滑变化，降低电子风扇4调速和电源电流的冲击。
6）如车辆行驶时电子风扇4、冷却液温度传感器8等电气元件发生故障，本智能温控冷却模块将启动回家模式，在及时报错、输出故障信息的同时，保证车辆可以根据故障状态继续运行、或采取“跛行模式”降扭限速运行以确保车辆可以行驶到就近的服务站求助。
7）车辆停止行驶后，电子水泵默认继续运行3分钟，以降低系统水温，避免积热现象导致本智能温控冷却模块的整套电气系统元器件损坏。
参见图1至图10，本发明用于满足纯电动/混合动力车辆动力总成散热系统，并通过对其控制方法进行功能分析及定义，满足了本智能温控冷却模块总成的散热性能的匹配需求，并实现了精确控温、按需冷却和高可靠性的功能需求。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种汽车用智能温控冷却模块，其特征在于：包括散热器(2)、护风罩(3)、电子风扇(4)和控制单元(6)，所述的护风罩(3)上设置有电子风扇安装口座(16)，所述的电子风扇(4)为内凹吸风式结构，电子风扇(4)安装在电子风扇安装口座(16)内，所述的散热器(2)和电子风扇(4)分别与控制单元(6)相连接，控制单元(6)与整车控制器和车辆仪表连接。
2.根据权利要求1所述的一种汽车用智能温控冷却模块，其特征在于：所述散热器(2)的进出水口均设置有温度传感器安装口座(1)，所述的温度传感器安装口座(1)内安装有冷却液温度传感器(8)，所述的冷却液温度传感器(8)与控制单元(6)相连接。
3.根据权利要求1所述的一种汽车用智能温控冷却模块，其特征在于：所述散热器(2)的芯子为单排散热管型式，所述散热器(2)的上下水室设置有挡虫帘安装支座(11)，散热器(2)的侧边板(9)前端设置有空调冷凝器安装支座(10)，散热器(2)的侧边板(9)上设置有多组安装孔位。
4.根据权利要求1所述的一种汽车用智能温控冷却模块，其特征在于：所述的护风罩(3)通过护风罩安装支架(14)安装在散热器(2)上，且护风罩安装支架(14)与散热器(2)之间设置有密封垫(15)。
5.根据权利要求1所述的一种汽车用智能温控冷却模块，其特征在于：所述的护风罩(3)上设置有倾斜布置的导风板(17)。
6.根据权利要求1所述的一种汽车用智能温控冷却模块，其特征在于：所述的散热器(2)通过冷却模块支座(12)安装在车架上，且冷却模块支座(12)与车架上之间均设置有软垫(13)。
7.根据权利要求1所述的一种汽车用智能温控冷却模块，其特征在于：所述的护风罩(3)上设置有电气线束安装固定支架(7)，所述的控制单元(6)安装在护风罩(3)上。
8.一种汽车用智能温控冷却模块的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，车辆电源总开关打开，本智能温控冷却模块的整套电气系统上电，本智能温控冷却模块处于待机状态并完成其整套电气系统自检和功能测试，自检完成后检测结果通过CAN总线在车辆仪表上实时显示，若检测无故障，该冷却模块的电气系统将依次对电子风扇(4)进行启动测试；若检测存在故障信息，车辆仪表上相应显示区域故障灯将亮起并显示相应故障代码，维修人员可根据通讯协议和故障代码确认故障问题并及时维修，并重新进行检测至故障消除，然后冷却模块的电气系统依次对电子风扇(4)进行启动测试；同时，冷却模块的电气系统上电后，电子水泵首先起转进行除气；
步骤二，步骤一中上电故障自检和测试后，电子风扇(4)自动反转除尘，且控制单元(6)可以按需调整电子风扇(4)转速和除尘时间；
步骤三，控制单元(6)对各组电子风扇(4)独立控制顺序启动，并采用斜坡恒流软启动控制策略，从而保证了电子风扇(4)转速和电源电流的平滑变化，避免了电子风扇(4)转速和电源电流的急剧变化和冲击；
步骤四，车辆行驶过程中，控制单元(6)实时监控冷却液温度传感器(8)信号、电子风扇(4)工作状态以及与整车控制器的通讯状态，并在车辆仪表输出实时水温、电子风扇(4)转速工况信息，且控制单元(6)根据冷却液温度传感器(8)、整车控制器信号，采用PWM精准控制冷却水温、电子风扇(4)转速的实时变化。
9.根据权利要求8所述的一种汽车用智能温控冷却模块的控制方法，其特征在于：所述步骤一中的自检内容包括冷却液温度传感器(8)工作状态、电子风扇(4)工作状态、整车控制器/CAN总线通讯状态、电动空调通讯信息状态。
10.根据权利要求8所述的一种汽车用智能温控冷却模块的控制方法，其特征在于，所述步骤四中的控制单元(6)控制冷却水温、电子风扇(4)转速包括以下方面：
1)本智能温控冷却模块的电气系统上电后，冷却液温度传感器(8)故障，控制单元(6)上传故障信息，电动水泵/电子风扇(4)全速转；
2)本智能温控冷却模块的电气系统上电后，冷却液温度传感器(8)检测到散热器(2)水温超出最高限值要求，电动水泵/电子风扇(4)全速转，控制单元(6)上传水温报警信息，并在车辆仪表处进行显示；
3)本智能温控冷却模块的电气系统上电自检无故障，车辆正常行驶工况，电子水泵首先起转，电子风扇(4)在水温到达起转水温后开始起转，再根据水温变化线性调节电子水泵和电子风扇(4)转速；
4)电子风扇(4)要求同时满足电动空调/驱动电机双系统的散热需求，因此在保证电机水温不超标的前提下，提高电动空调冷却控制信号的控制优先级，根据电动空调的工作状态，优先保证电动空调的散热需求；
5)稳态工况下，电子水泵高转速运行，优先保证电子风扇(4)转速稳定在50％左右低转速区运行，即调整策略以电子风扇调速为主、电子水泵为辅，同时软起缓停和PWM技术可进一步保证电子风扇(4)转速和电源电流的平滑变化，降低电子风扇(4)调速和电源电流的冲击；
6)如车辆行驶时电子风扇(4)、冷却液温度传感器(8)电气元件发生故障，本智能温控冷却模块的电气系统将启动回家模式，保证车辆可以根据故障状态继续运行、或采取“跛行模式”降扭限速运行以确保车辆可以行驶到就近的服务站求助；
7)车辆停止行驶后，电子水泵继续运行3分钟，以降低系统水温，避免积热现象导致本智能温控冷却模块的整套电气系统元器件损坏。
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