CN110877523B - 一种车辆冷却控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆冷却控制方法及装置，通过计算驱动电机和电机控制器的温度变化趋势，根据温度变化趋势进行如下控制：若两个温度变化趋势均小于零，则控制减小驱动电机和电机控制器对应的冷却支路中的冷却液流量；若两个温度变化趋势中的一个大于零且另一个小于零，则控制增大温度变化趋势大于零对应的冷却支路中的冷却液流量；若两个温度变化趋势均大于零，则根据两个温度变化趋势的比较结果来控制两个冷却支路的冷却液流量。本发明通过计算驱动电机和电机控制器的温度变化趋势，并根据温度变化趋势的情况来对应控制驱动电机和电机控制器的冷却支路中的冷却液流量，实现了驱动电机和电机控制器冷却液流量的精确控制，提高了冷却效果。

Description

一种车辆冷却控制方法及装置

技术领域

本发明涉及一种车辆冷却控制方法及装置，属于车辆控制技术领域。

背景技术

随着新能源技术的不断发展和进步，纯电动汽车产业正在迅速地发展和成熟，在客车领域更是得到了各方面的大力支持，已实现了批量推广和应用。而新能源客车的安全性、动力性和经济性是制约其发展的重要因素，其中电驱动系统的性能直接影响到整车的动力性、经济性和安全性。而电驱动系统的效率和安全性都与其温度直接相关，因此实现电驱动系统的良好冷却尤为重要。由于纯电动客车使用的驱动电机功率很大，其发热量也很大，传统的风冷结构已不能满足电驱动系统的冷却需求，目前大部分系统都采用水冷结构。

目前采用水冷系统的纯电动客车需要对驱动电机和电机控制器进行冷却，受系统阻力的制约，在冷却设计时大多采用并联结构。现有冷却系统的结构示意图如图1所示，其中虚线表示信号采集线路，粗实线表示冷却管路，细实线表示控制电路。冷却控制器采集驱动电机和电机控制器的温度，并根据二者的温度来控制水泵和电子风扇的开启与关闭，进而实现驱动电机和电机控制器的冷却控制。

由于驱动电机和电机控制器的发热机制不同，其冷却结构和流量也不同，现有冷却系统无法准确分配冷却液的流量，会出现冷却能力分配不均的问题。由于不能精确地分配系统冷却能力，在设计时只能按最大冷却能力设计，不仅冷却控制不精准，同时会导致冷却系统能耗和噪音增大，影响了整车经济性和舒适性。

发明内容

本发明的目的是提供一种车辆冷却控制方法及装置，用于解决现有的冷却系统冷却控制不精准的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种车辆冷却控制方法，步骤如下：

计算驱动电机和电机控制器的温度变化趋势，根据驱动电机和电机控制器的温度变化趋势进行如下控制：

若两个温度变化趋势均小于零，则控制减小驱动电机和电机控制器所对应的冷却支路中的冷却液流量；

若两个温度变化趋势中的一个大于零且另一个小于零，则控制增大温度变化趋势大于零所对应的冷却支路中的冷却液流量。

本发明的有益效果是：通过计算驱动电机和电机控制器的温度变化趋势，并根据温度变化趋势的情况来对应控制驱动电机和电机控制器的冷却支路中的冷却液流量，实现了驱动电机和电机控制器冷却液流量的精确控制，提高了冷却效果。

进一步的，为了实现在驱动电机和电机控制器的温度变化趋势均大于零时，驱动电机和电机控制器冷却液流量的精确控制，还包括：若两个温度变化趋势均大于零，则计算驱动电机和电机控制器从当前温度达到各自允许的最高温度所需要的时间，若较大时间与较小时间之间的差值大于设定时间阈值，则控制减小较大时间所对应的冷却支路中的冷却液流量，并控制增大较小时间所对应的冷却支路中的冷却液流量。

进一步的，为了实现在驱动电机和电机控制器从当前温度达到各自允许的最高温度所需要的时间相差不大的情况下，驱动电机和电机控制器冷却液流量的精确控制，若较大时间与较小时间之间的差值不大于设定时间阈值，则计算驱动电机和电机控制器从当前温度达到各自允许的最高温度所需要时间的平均值，若所需要时间的平均值小于第一平均时间阈值，则控制提高电子风扇转速。

进一步的，为了在满足冷却效果的情况下节省能量，若所需要时间的平均值大于第二平均时间阈值，则控制降低电子风扇转速。

本发明还提供了一种车辆冷却控制装置，包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的指令以实现如下方法：

计算驱动电机和电机控制器的温度变化趋势，根据驱动电机和电机控制器的温度变化趋势进行如下控制：

若两个温度变化趋势均小于零，则控制减小驱动电机和电机控制器所对应的冷却支路中的冷却液流量；

若两个温度变化趋势中的一个大于零且另一个小于零，则控制增大温度变化趋势大于零所对应的冷却支路中的冷却液流量。

本发明的有益效果是：通过计算驱动电机和电机控制器的温度变化趋势，并根据温度变化趋势的情况来对应控制驱动电机和电机控制器的冷却支路中的冷却液流量，实现了驱动电机和电机控制器冷却液流量的精确控制，提高了冷却效果。

进一步的，为了实现在驱动电机和电机控制器的温度变化趋势均大于零时，驱动电机和电机控制器冷却液流量的精确控制，还包括：若两个温度变化趋势均大于零，则计算驱动电机和电机控制器从当前温度达到各自允许的最高温度所需要的时间，若较大时间与较小时间之间的差值大于设定时间阈值，则控制减小较大时间所对应的冷却支路中的冷却液流量，并控制增大较小时间所对应的冷却支路中的冷却液流量。

进一步的，为了实现在驱动电机和电机控制器从当前温度达到各自允许的最高温度所需要的时间相差不大的情况下，驱动电机和电机控制器冷却液流量的精确控制，若较大时间与较小时间之间的差值不大于设定时间阈值，则计算驱动电机和电机控制器从当前温度达到各自允许的最高温度所需要时间的平均值，若所需要时间的平均值小于第一平均时间阈值，则控制提高电子风扇转速。

进一步的，为了在满足冷却效果的情况下节省能量，若所需要时间的平均值大于第二平均时间阈值，则控制降低电子风扇转速。

附图说明

图1是现有技术冷却系统的结构示意图；

图2是本发明车辆冷却控制系统的结构示意图；

图3是本发明车辆冷却控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

车辆冷却控制方法实施例：

由于驱动电机和电机控制器的发热机制不同，其在同一工况下的发热量不同；由于驱动电机和电机控制器的流道结构不同，其流动阻力和换热系数不同；由于驱动电机和电机控制器自身比热不同，其温升曲线不同；由于驱动电机和电机控制器允许的工作温度范围不同，其对冷却效果的需求不同。

基于上述分析，为了综合考虑各种因素，将冷却系统的冷却能力合理地分配给驱动电机和电机控制器，在满足其冷却需求的前提下实现冷却系统的节能与降噪，本发明提供了一种车辆冷却控制方法。

为了实现上述的车辆冷却控制方法，本发明还提供了一种车辆冷却控制系统，其结构示意图如图2所示，包括冷却控制器、温度传感器、电子风扇及散热器、水泵及流量调节阀。其中，温度传感器布置在驱动电机定子绕组、电机控制器IGBT模块内部和散热器出口，分别用于采集驱动电机、电机控制器和散热器出口冷却液的温度，并传递给冷却控制器。冷却控制器通信连接各温度传感器以及整车控制器，用于接收驱动电机、电机控制器和散热器出口的温度信号以及车辆当前的运行工况，并根据智能冷却控制方法进行分析，通过分析结果控制流量调节阀和电子风扇，实现驱动电机和电机控制器的智能冷却控制。流量调节阀根据冷却控制器的控制信息调节驱动电机和电机控制器冷却支路的流量分配，避免出现冷却能力分配不均，电子风扇根据冷却控制器的控制信息调节自身转速，在满足电驱动系统冷却需求的前提下降低能耗和噪音。在图2中，虚线表示信号采集线路，粗实线表示冷却管路，细实线表示控制电路。

基于上述的车辆冷却控制系统，本发明车辆冷却控制方法的流程图如图3所示，具体包括以下步骤：

(1)计算驱动电机和电机控制器的温度变化趋势。

冷却控制器根据整车控制器发送的车辆运行工况(驱动电机转速、扭矩)，计算出此工况下驱动电机的电流A，从而计算出驱动电机的发热量Q_F1和电机控制器的发热量Q_F2，计算公式为：

其中，F₁表示驱动电机的发热量与电流的函数关系，F₂表示电机控制器的发热量与驱动电机电流的函数关系，由于两个函数关系均属于现有技术，此处不再赘述。

由图2可知，由于驱动电机和电机控制器的冷却支路并联，其冷却支路中冷却液流量M₁、M₂可以根据水泵参数、驱动电机及电机控制器的流阻曲线、流量调节阀的开度来估算。驱动电机和电机控制器产生的热量通过热传导和热对流传递给流道内的冷却液，驱动电机和电机控制器的综合换热系数k₁和k₂的计算公式为：

其中，h₁、h₂分别为驱动电机和电机控制器流体侧对流换热系数，与冷却支路中冷却液流量M₁、M₂相关；δ₁、δ₂分别为驱动电机和电机控制器冷却结构等效壁厚，与冷却结构相关；λ₁、λ₂分别为驱动电机和电机控制器冷却结构等效导热系数，与材料相关。

根据综合换热系数k₁和k₂的计算公式可知，驱动电机和电机控制器的综合换热系数与冷却支路中冷却液流量相关，即有：

其中，F_h1表示驱动电机的综合换热系数与驱动电机冷却支路冷却液流量的函数关系，F_h2表示电机控制器的综合换热系数与电机控制器冷却支路冷却液流量的函数关系，由于两个函数关系属于现有技术，此处不再赘述。

通过温度传感器可以得到驱动电机温度T₁、电机控制器温度T₂和散热器出口温度T_q，其中T₁-T_q可以等效为驱动电机与冷却液的换热温差，T₂-T_q可以等效为电机控制器与冷却液的换热温差，则驱动电机与电机控制器的换热量Q_H1和Q_H2的计算公式为：

其中，A₁、A₂分别为驱动电机和电机控制器冷却结构等效换热面积，与冷却结构相关。

在水冷系统中，冷却液在散热器、驱动电机和电机控制器构成的封闭冷却管路中不断循环，假设冷却液按照匀速流动，完成单次循环的时间t为：

t＝G/(M₁+M₂)

其中，M₁、M₂分别为驱动电机和电机控制器冷却支路的冷却液流量，M₁+M₂为冷却液总流量，G为冷却系统加注的冷却液总量。

计算冷却液单次循环过程中驱动电机和电机控制器的温度变化趋势ΔT₁和ΔT₂，来评估冷却系统的冷却能力，ΔT₁和ΔT₂的计算公式为：

其中，c_D、c_K分别为驱动电机和电机控制器的等效比热，M_D、M_K分别为驱动电机和电机控制器的等效质量，(Q_F1-Q_H1)t、(Q_F2-Q_H2)t分别表示驱动电机和电机控制器在单次循环中自身热量的变化，除以自身比热和质量即可算出单次循环中自身的温度变化趋势值。

(2)根据驱动电机和电机控制器的温度变化趋势ΔT₁、ΔT₂的大小，控制逻辑如下：

情况1：若ΔT₁＜0且ΔT₂＜0，则表示目前驱动电机与电机控制器的温度均处于下降状态，此时可以控制水泵，降低冷却系统中冷却液的流量，进而减小驱动电机和电机控制器冷却支路中的冷却液流量。

情况2：若ΔT₁＜0且ΔT₂＞0，则表示目前驱动电机的温度处于下降状态，电机控制器的温度处于上升状态，此时可以控制流量调节阀，增大电机控制器冷却支路的冷却液流量。

情况3：若ΔT₁＞0且ΔT₂＜0，则表示目前驱动电机的温度处于上升状态，电机控制器的温度处于下降状态，此时可以控制流量调节阀，增大驱动电机冷却支路的冷却液流量。

情况4：若ΔT₁＞0且ΔT₂＞0，则表示目前驱动电机与电机控制器的温度均处于上升状态，此时需要继续分析其各自上升趋势的快慢。

对于情况4，当驱动电机和电机控制器的温度均处于上升状态时，也就是ΔT₁＞0且ΔT₂＞0时，根据驱动电机和电机控制器各自的最高温度限制T_max1、T_max2，估算现有工况下驱动电机和电机控制器从当前温度达到最高温度所需的时间t₁和t₂，计算公式为：

其中，T_max1-T₁、T_max2-T₂分别为驱动电机和电机控制器的允许温升，ΔT₁、ΔT₂分别为驱动电机和电机控制器的单次循环温升，t为冷却液单次循环时间。

比较现有工况下驱动电机和电机控制器从当前温度达到最高温度所需的时间t₁和t₂，若t₁和t₂差异过大，也就是|t₁-t₂|＞ε，其中ε为设定时间阈值，例如可以设置ε＝3min，则可以认为目前系统冷却能力分配不均，此时可以通过冷却控制器控制流量调节阀，重新分配驱动电机和电机控制器冷却支路中的冷却液流量；若t₁和t₂差异不大，也就是|t₁-t₂|≤ε，则可以认为目前系统冷却能力分配合理，不需要重新分配驱动电机和电机控制器冷却支路中的冷却液流量，具体控制逻辑如下：

若|t₁-t₂|＞ε且t₁>t₂，则判定驱动电机冷却支路的冷却能力大于电机控制器冷却支路，此时控制流量调节阀减小驱动电机冷却支路的冷却液流量，增大电机控制器冷却支路的冷却液流量。

若|t₁-t₂|＞ε且t₁<t₂，则判定驱动电机冷却支路的冷却能力小于电机控制器冷却支路，此时控制流量调节阀增大驱动电机冷却支路的冷却液流量，减小电机控制器冷却支路的冷却液流量。

若|t₁-t₂|≤ε，则判断此时驱动电机冷却支路和电机控制器冷却支路的冷却能力分配合理，此时流量调节阀不需要重新分配冷却液流量。

另外，在|t₁-t₂≤ε的情况下，计算现有工况下驱动电机和电机控制器从当前温度达到允许最高温度所需的平均时间，将该平均时间与第一平均时间阈值η₁和第二平均时间阈值η₂进行比较，其中η₁＝2min，η₂＝8min，来判断冷却系统的冷却能力是否足够，从而对冷却风扇进行转速调节，控制逻辑如下：

若(t₁+t₂)/2≤η₁，表示目前驱动电机与电机控制器需要很短时间就会达到允许最高温度，可以认为目前冷却系统的冷却能力出现不足，此时可以通过冷却控制器控制电子风扇，提高电子风扇转速。

若(t₁+t₂)/2≥η₂，表示目前驱动电机与电机控制器需要很长时间才会达到允许最高温度，可以认为目前冷却系统的冷却能力出现冗余，此时可以通过冷却控制器控制电子风扇，降低电子风扇转速。

若η₁＜(t₁+t₂)/2＜η₂，表示目前驱动电机与电机控制器的冷却能力处于合适的状态，不需要调整电子风扇转速。

车辆冷却控制装置实施例：

本发明还提供了一种车辆冷却控制装置，包括处理器和存储器，该处理器用于处理存储在存储器中的指令，以实现上述的车辆冷却控制方法。在本实施例中，该处理器和存储器由冷却控制器来实现。作为其他的实施方式，该指令还可以在车辆上专门设置的或者是已经存在的PC机、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上运行。

该车辆冷却控制方法已经在车辆冷却控制方法实施例中进行了详细介绍，对于本领域内的技术人员，可以根据该车辆冷却控制方法生成对应的计算机程序指令，进而得到车辆冷却控制装置，此处不再赘述。

本发明根据实车需求，将冷却系统的冷却能力合理地分配给驱动电机和电机控制器，并根据温度变化趋势控制水泵和电子风扇的工作速度，在满足冷却需求的前提下实现了冷却系统的节能与降噪。

Claims (4)

1.一种车辆冷却控制方法，其特征在于，步骤如下：

计算驱动电机和电机控制器的温度变化趋势，根据驱动电机和电机控制器的温度变化趋势进行如下控制：

若两个温度变化趋势均小于零，则控制减小驱动电机和电机控制器所对应的冷却支路中的冷却液流量；

若两个温度变化趋势中的一个大于零且另一个小于零，则控制增大温度变化趋势大于零所对应的冷却支路中的冷却液流量；

还包括：若两个温度变化趋势均大于零，则计算驱动电机和电机控制器从当前温度达到各自允许的最高温度所需要的时间，若较大时间与较小时间之间的差值大于设定时间阈值，则控制减小较大时间所对应的冷却支路中的冷却液流量，并控制增大较小时间所对应的冷却支路中的冷却液流量；

若较大时间与较小时间之间的差值不大于设定时间阈值，则计算驱动电机和电机控制器从当前温度达到各自允许的最高温度所需要时间的平均值，若所需要时间的平均值小于第一平均时间阈值，则控制提高电子风扇转速。

2.根据权利要求1所述的车辆冷却控制方法，其特征在于，若所需要时间的平均值大于第二平均时间阈值，则控制降低电子风扇转速。

3.一种车辆冷却控制装置，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的指令以实现如下方法：

计算驱动电机和电机控制器的温度变化趋势，根据驱动电机和电机控制器的温度变化趋势进行如下控制：

若两个温度变化趋势均小于零，则控制减小驱动电机和电机控制器所对应的冷却支路中的冷却液流量；

若两个温度变化趋势中的一个大于零且另一个小于零，则控制增大温度变化趋势大于零所对应的冷却支路中的冷却液流量；

还包括：若两个温度变化趋势均大于零，则计算驱动电机和电机控制器从当前温度达到各自允许的最高温度所需要的时间，若较大时间与较小时间之间的差值大于设定时间阈值，则控制减小较大时间所对应的冷却支路中的冷却液流量，并控制增大较小时间所对应的冷却支路中的冷却液流量；

若较大时间与较小时间之间的差值不大于设定时间阈值，则计算驱动电机和电机控制器从当前温度达到各自允许的最高温度所需要时间的平均值，若所需要时间的平均值小于第一平均时间阈值，则控制提高电子风扇转速。

4.根据权利要求3所述的车辆冷却控制装置，其特征在于，若所需要时间的平均值大于第二平均时间阈值，则控制降低电子风扇转速。

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