CN110549840A - 一种电传动工程机械冷却系统及其控制方法、控制装置 - Google Patents

一种电传动工程机械冷却系统及其控制方法、控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电传动工程机械冷却系统及其控制方法、控制装置，冷却系统包括：包括第一冷却循环回路、第二冷却循环回路、第三冷却循环回路、制动电阻和冷却风扇；第一冷却循环回路包括第一水泵、发动机水套、第一水散热器；第二冷却循环回路包括第二水泵、水‑空中冷器、液压油冷器、传动箱油冷器、第二水散热器；第三冷却循环回路包括第三水泵、电池包水套、电机控制器水套、第三水散热器；第一水散热器、第二水散热器、第三水散热器及制动电阻共同组成集中散热模块，由冷却风扇为集中散热模块提供冷却空气。通过统筹电传动工程机械的多个热源，按照散热需求及许用温度分为三组，集成到三个冷却循环回路中。

Description

一种电传动工程机械冷却系统及其控制方法、控制装置
技术领域
本发明属于电传动工程机械技术领域，特别涉及一种电传动工程机械冷却系统及其控制方法、控制装置。
背景技术
与传统工程机械不同，大功率电传动工程车辆在实际使用过程中工况复杂多变、产热部件多：即有传统工程机械共有的发动机、液压系统、传动箱等部件，又有其特有的电机控制器、电池包、制动电阻等电器部件。所有的产热部件均需工作在合适的温度范围内，因此，电传动工程车辆的冷却系统需要统筹所有产热部件，合理匹配各部件换热器及冷却风扇风量，防止部件过冷或过热。
传统工程车辆冷却系统大多采用冷却风扇和散热器模块组成，散热器模块一般包括空-空中冷、液压油散、传动油散、及发动机水散组成，此类散热器模块风阻较大，体积较大，布局受限于动力舱空间形式，且冷却风扇采用发动机主轴经由皮带轮定比例传动，冷却液通过机械水泵循环，流量恒定，无法满足不同工况各热源的散热需求，容易造成热源部件过冷或过热、冷却系统耗能高、噪声大、整机作业效率低等问题。
目前部分工程车辆上配备了独立散热系统，由变速风扇和散热器模块以及其控制器组成，与传统工程车辆冷却系统相比，风扇一般由液压马达驱动，由控制器根据各冷却介质的温度控制风扇转速，从而调整设备的冷却强度。但冷却液的流量无法调节，无法同时兼顾各散热器需求，控制策略简单，冷却介质温度在较大范围内波动，冷却效果不佳。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种电传动工程机械冷却系统及其控制方法、控制装置。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
根据本发明的第一方面，提供一种电传动工程机械冷却系统，包括第一冷却循环回路、第二冷却循环回路、第三冷却循环回路、制动电阻和冷却风扇；
所述第一冷却循环回路包括第一水泵、发动机水套、第一水散热器；第一冷却循环回路冷却液由第一水泵驱动，依次流经发动机水套、第一水散热器，发动机散热量经由第一水散热器通过冷却空气带走；
所述第二冷却循环回路包括第二水泵、水-空中冷器、液压油冷器、传动箱油冷器、第二水散热器；第二冷却循环回路冷却液由第二水泵驱动，依次流经水-空中冷器、液压油冷器、传动箱油冷却、第二水散热器，冷却液吸收增压空气热量、液压油热量及传动箱油热量经由第二水散热器通过冷却空气带走；
所述第三冷却循环回路包括第三水泵、电池包水套、电机控制器水套、第三水散热器；第三冷却循环回路冷却液由第三水泵驱动，依次流经电池包水套、电机控制器水套、第三水散热器，冷却液吸收电池包及电机控制器散热量经由第三水散热器通过冷却空气带走；
所述第一水散热器、第二水散热器、第三水散热器及制动电阻共同组成集中散热模块，由冷却风扇为集中散热模块提供冷却空气。
在一些实施例中，所述第一水泵、第二水泵、第三水泵均为电子泵，其电能由电机制动回收能量充电电池包提供。
在一些实施例中，所述第一水散热器、第二水散热器、第三水散热器并排布置，制动电阻与所述第一水散热器、第二水散热器、第三水散热器串联布置，置于第一水散热器、第二水散热器、第三水散热器出风侧。所述位移调节件可以为油缸、电缸、涡轮蜗杆、钢丝绳。
在一些实施例中，所述冷却风扇为无级变速风扇，由液压马达驱动。
根据本发明的另一方面，提供一种电传动工程机械冷却系统控制方法，包括：
获取制动电阻的电流信号以及发动机水套出口冷却液温度、水-空中冷器气侧出口温度、液压油温、传动箱油温、电机控制器及电池包的温度信号；
根据制动电阻的电流信号以及上述的温度信号，控制冷却风扇及水泵转速，从而控制冷却风量及冷却液流量，使各热源温度保持在合适的工作温度范围内。
根据制动电阻的电流信号以及上述的温度信号，控制冷却风扇及水泵转速，包括：
根据制动电阻的电流信号，判断车辆是否处于制动状态；
A、在一些实施例中，响应于判断得到车辆处于非制动状态，根据各温度信号，控制冷却风扇及水泵转速，包括：
当各温度信号均不超过各自设定的启动温度值时，发出指令控制各冷却循环回路的水泵以设定的最低转速运转，冷却风扇转速为零；
当其中一个或多个温度信号高于其设定的启动温度但不超过设定目标温度时，发出指令控制各冷却循环回路的水泵以设定的最低转速运转，冷却风扇转速为设定最低转速；
当其中一个或多个温度信号高于其设定目标温度时，对应的冷却循环回路的水泵转速按比例增加，直至检测到相应的温度信号等于设定目标温度（温度容差为1）；当水泵转速达到最大设定转速，温度信号仍高于设定目标温度时，冷却风扇转速按比例增大，直至检测到对应的温度信号等于设定目标温度（温度容差为1）。
B、在另一些实施例中，响应于判断得到车辆处于制动状态，根据制动电流信号及各温度信号，控制冷却风扇及水泵转速，包括：
根据制动电流信号计算得到冷却风扇需求转速N0；
当各温度信号均不超过各自设定目标温度时，发出指令控制各冷却循环回路的水泵以设定的最低转速运转，冷却风扇转速为N0；
当其中一个或多个温度信号高于其设定目标温度时，相应冷却循环回路的水泵转速按比例增加，直至检测到相应的温度信号等于设定目标温度（温度容差为1）；当水泵转速达到最大设定转速，相应温度信号仍高于设定目标温度时，冷却风扇转速按比例增大，直至检测到相应的温度信号等于设定目标温度（温度容差为1）。
在一些实施例中，水泵的最大设定转速由对应冷却循环回路允许的水阻确定。
根据本发明的另一方面，提供电传动工程机械冷却系统控制装置，其特征在于，包括存储器和处理器，存储器用于存储指令，所述指令用于控制所述处理器进行操作以执行上述的电传动工程机械冷却系统控制方法。
根据本发明的另一方面，还提供一种电传动工程机械，包括所述的电传动工程机械冷却系统。
在一些实施例中，所述电传动工程机械还可以包括所述的电传动工程机械冷却系统控制装置。
有益效果：相对于现有技术，本发明提供的电传动工程机械冷却系统及其控制方法、控制装置，具有以下优点：
1、将整车多个热源按照散热需求及许用温度分为三组，集成到三个冷却循环回路中，通过水冷的方式对各热源进行冷却，提高了换热效率；同时冷却循环回路中的水冷换热器体积小，且不需风扇冷却，因此布置位置灵活。
2、将三个冷却循环回路的水散热器及制动电阻共同组成集中散热模块，三个水散热器并排布置，制动电阻位于散热器出风侧，由同一冷却风扇提供冷却空气，冷却空气先流经水散热器再流经温度更高的制动电阻带走热量。此种布置方式风阻较小，风扇功耗低，且不需为制动电阻单独配备冷却风机，提高了整车能量利用率。
3、本发明提出的冷却系统控制策略，通过制动电流信号及各热源温度信号，控制水泵转速和风扇转速，同时满足制动电阻和其他热源冷却需求，提高了热源温度控制精度。在控制过程中采取优先增大水泵转速，其次增大风扇转速来满足冷却需求的方法，最大限度降低风扇噪声。
统筹多个产热部件，合理布局冷却系统各冷却元件，通过控制策略在不同工况下合理匹配各水泵流量及冷却风扇风量，使各产热部件工作在合适的温度范围内。
附图说明
图1为本发明实施例中第一冷却循环回路示意图；
图2为本发明实施例中第二冷却循环回路示意图；
图3为本发明实施例中第三冷却循环回路示意图；
图4为本发明实施例中集中散热模块布局图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以还包括不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
实施例1
一种电传动工程机械冷却系统，包括第一冷却循环回路、第二冷却循环回路、第三冷却循环回路、制动电阻和冷却风扇；
如图1所示，所述第一冷却循环回路包括第一水泵、发动机水套、第一水散热器；第一冷却循环回路冷却液由第一水泵驱动，依次流经发动机水套、第一水散热器，发动机散热量经由第一水散热器通过冷却空气带走；
如图2所示，所述第二冷却循环回路包括第二水泵、水-空中冷器、液压油冷器、传动箱油冷器、第二水散热器；第二冷却循环回路冷却液由第二水泵驱动，依次流经水-空中冷器、液压油冷器、传动箱油冷却、第二水散热器，冷却液吸收增压空气热量、液压油热量及传动箱油热量经由第二水散热器通过冷却空气带走；
如图3所示，所述第三冷却循环回路包括第三水泵、电池包水套、电机控制器水套、第三水散热器；第三冷却循环回路冷却液由第三水泵驱动，依次流经电池包水套、电机控制器水套、第三水散热器，冷却液吸收电池包及电机控制器散热量经由第三水散热器通过冷却空气带走；
所述第一水散热器、第二水散热器、第三水散热器及制动电阻共同组成集中散热模块，集中散热模块如图4所示，由冷却风扇为集中散热模块提供冷却空气。
在一些实施例中，所述第一水泵、第二水泵、第三水泵均为电子泵，其电能由电机制动回收能量充电电池包提供。
在一些实施例中，如图4所示，所述第一水散热器、第二水散热器、第三水散热器并排布置，制动电阻与所述第一水散热器、第二水散热器、第三水散热器串联布置，置于第一水散热器、第二水散热器、第三水散热器出风侧。
在一些实施例中，所述冷却风扇为无级变速风扇，由液压马达驱动。
实施例2
一种电传动工程机械冷却系统控制方法，包括：
获取制动电阻的电流信号以及发动机水套出口冷却液温度、水-空中冷器气侧出口温度、液压油温、传动箱油温、电机控制器及电池包的温度信号；
根据制动电阻的电流信号以及上述的温度信号，控制冷却风扇及水泵转速，从而控制冷却风量及冷却液流量，使各热源温度保持在合适的工作温度范围内。
根据制动电阻的电流信号以及上述的温度信号，控制冷却风扇及水泵转速，包括：
根据制动电阻的电流信号，判断车辆是否处于制动状态；
A、在一些实施例中，响应于判断得到车辆处于非制动状态，根据各温度信号，控制冷却风扇及水泵转速，包括：
当各温度信号均不超过各自设定的启动温度值时，发出指令控制各冷却循环回路的水泵以设定的最低转速运转，冷却风扇转速为零；
当其中一个或多个温度信号高于其设定的启动温度但不超过设定目标温度时，发出指令控制各冷却循环回路的水泵以设定的最低转速运转，冷却风扇转速为设定最低转速；
当其中一个或多个温度信号高于其设定目标温度时，对应的冷却循环回路的水泵转速按比例增加，直至检测到相应的温度信号等于设定目标温度（温度容差为1）；当水泵转速达到最大设定转速，温度信号仍高于设定目标温度时，冷却风扇转速按比例增大，直至检测到对应的温度信号等于设定目标温度（温度容差为1）。
B、在另一些实施例中，响应于判断得到车辆处于制动状态，根据制动电流信号及各温度信号，控制冷却风扇及水泵转速，包括：
根据制动电流信号计算得到冷却风扇需求转速N0；
当各温度信号均不超过各自设定目标温度时，发出指令控制各冷却循环回路的水泵以设定的最低转速运转，冷却风扇转速为N0；
当其中一个或多个温度信号高于其设定目标温度时，相应冷却循环回路的水泵转速按比例增加，直至检测到相应的温度信号等于设定目标温度（温度容差为1）；当水泵转速达到最大设定转速，相应温度信号仍高于设定目标温度时，冷却风扇转速按比例增大，直至检测到相应的温度信号等于设定目标温度（温度容差为1）。
在一些实施例中，水泵的最大设定转速由对应冷却循环回路允许的水阻确定。
实施例3
一种电传动工程机械冷却系统控制装置，包括存储器和处理器，存储器用于存储指令，所述指令用于控制所述处理器进行操作以执行实施例2中所述的电传动工程机械冷却系统控制方法。
在一些实施例中，在实现冷却系统控制方法的系统中，通过温度传感器分别采集发动机水套出口冷却液温度、水-空中冷器气侧出口温度、液压油温、传动箱油温、电机控制器及电池包的温度信号，通过电流传感器采集制动电阻的电流信号，控制装置获取上述的温度信号、电流信号，控制冷却风扇及水泵转速，从而控制冷却风量及冷却液流量，使各热源温度保持在合适的工作温度范围内。策略控制区分制动和非制动工况，控制过程中采取优先增大水泵转速，其次增大风扇转速来满足冷却需求的方法，最大限度降低风扇噪声。
实施例4
一种电传动工程机械，包括实施例1中所述的电传动工程机械冷却系统。
在一些实施例中，所述的电传动工程机械，还包括实施例3中所述的电传动工程机械冷却系统控制装置。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种电传动工程机械冷却系统，其特征在于，包括第一冷却循环回路、第二冷却循环回路、第三冷却循环回路、制动电阻和冷却风扇；
所述第一冷却循环回路包括第一水泵、发动机水套、第一水散热器；第一冷却循环回路冷却液由第一水泵驱动，依次流经发动机水套、第一水散热器，发动机散热量经由第一水散热器通过冷却空气带走；
所述第二冷却循环回路包括第二水泵、水-空中冷器、液压油冷器、传动箱油冷器、第二水散热器；第二冷却循环回路冷却液由第二水泵驱动，依次流经水-空中冷器、液压油冷器、传动箱油冷却、第二水散热器，冷却液吸收增压空气热量、液压油热量及传动箱油热量经由第二水散热器通过冷却空气带走；
所述第三冷却循环回路包括第三水泵、电池包水套、电机控制器水套、第三水散热器；第三冷却循环回路冷却液由第三水泵驱动，依次流经电池包水套、电机控制器水套、第三水散热器，冷却液吸收电池包及电机控制器散热量经由第三水散热器通过冷却空气带走；
所述第一水散热器、第二水散热器、第三水散热器及制动电阻共同组成集中散热模块，由冷却风扇为集中散热模块提供冷却空气。
2.根据权利要求1所述的电传动工程机械冷却系统，其特征在于，所述第一水泵、第二水泵、第三水泵均为电子泵，其电能由电机制动回收能量充电电池包提供。
3.根据权利要求1所述的电传动工程机械冷却系统，其特征在于，所述第一水散热器、第二水散热器、第三水散热器并排布置，制动电阻与所述第一水散热器、第二水散热器、第三水散热器串联布置，置于第一水散热器、第二水散热器、第三水散热器出风侧。
4.根据权利要求1所述的电传动工程机械冷却系统，其特征在于，所述冷却风扇为无级变速风扇，由液压马达驱动。
5.一种电传动工程机械冷却系统控制方法，其特征在于，包括：
获取制动电阻的电流信号以及发动机水套出口冷却液温度、水-空中冷器气侧出口温度、液压油温、传动箱油温、电机控制器及电池包的温度信号；
根据制动电阻的电流信号以及上述的温度信号，控制冷却风扇及水泵转速，从而控制冷却风量及冷却液流量，使各热源温度保持在合适的工作温度范围内。
6.根据权利要求5所述的电传动工程机械冷却系统控制方法，其特征在于，根据制动电阻的电流信号以及上述的温度信号，控制冷却风扇及水泵转速，包括：
根据制动电阻的电流信号，判断车辆是否处于制动状态；
响应于判断得到车辆处于非制动状态，根据各温度信号，控制冷却风扇及水泵转速。
7.根据权利要求6所述的电传动工程机械冷却系统控制方法，其特征在于，响应于判断得到车辆处于非制动状态，根据各温度信号，控制冷却风扇及水泵转速，包括：
当各温度信号均不超过各自设定的启动温度值时，发出指令控制各冷却循环回路的水泵以设定的最低转速运转，冷却风扇转速为零；
当其中一个或多个温度信号高于其设定的启动温度但不超过设定目标温度时，发出指令控制各冷却循环回路的水泵以设定的最低转速运转，冷却风扇转速为设定最低转速；
当其中一个或多个温度信号高于其设定目标温度时，对应的冷却循环回路的水泵转速按比例增加，直至检测到相应的温度信号等于设定目标温度；当水泵转速达到最大设定转速，温度信号仍高于设定目标温度时，冷却风扇转速按比例增大，直至检测到对应的温度信号等于设定目标温度。
8.根据权利要求5所述的电传动工程机械冷却系统控制方法，其特征在于，根据制动电阻的电流信号以及上述的温度信号，控制冷却风扇及水泵转速，包括：
根据制动电阻的电流信号，判断车辆是否处于制动状态；
响应于判断得到车辆处于制动状态，根据制动电流信号及各温度信号，控制冷却风扇及水泵转速。
9.根据权利要求8所述的电传动工程机械冷却系统控制方法，其特征在于，响应于判断得到车辆处于制动状态，根据制动电流信号及各温度信号，控制冷却风扇及水泵转速，包括：
根据制动电流信号计算得到冷却风扇需求转速N0；
当各温度信号均不超过各自设定目标温度时，发出指令控制各冷却循环回路的水泵以设定的最低转速运转，冷却风扇转速为N0；
当其中一个或多个温度信号高于其设定目标温度时，相应冷却循环回路的水泵转速按比例增加，直至检测到相应的温度信号等于设定目标温度；当水泵转速达到最大设定转速，相应温度信号仍高于设定目标温度时，冷却风扇转速按比例增大，直至检测到相应的温度信号等于设定目标温度。
10.一种电传动工程机械冷却系统控制装置，其特征在于，包括存储器和处理器，存储器用于存储指令，所述指令用于控制所述处理器进行操作以执行根据权利要求5-9任一项所述的电传动工程机械冷却系统控制方法。
11.一种电传动工程机械，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的电传动工程机械冷却系统。
12.根据权利要求11所述的电传动工程机械，其特征在于，还包括权利要求10所述的电传动工程机械冷却系统控制装置。
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