CN112127983A - 一种四模式无刷双风机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四模式无刷双风机控制系统，包括有双电源P1和P2，左控制器M1，右控制器M2,在双电源和控制器之间并联着整车继电器D1，D2，D3，还包括有开关电路和继电器D4，D5，开关电路中包括多个控制开关，由控制器控制这些控制开关启闭，继电器D4，D5分别与整车及控制器相连，其能根据整车供电状态决定控制器工作模式。

Description

一种四模式无刷双风机控制系统

技术领域

本发明涉及汽车冷却系统领域，具体是一种用于汽车发动机冷却风扇的无刷电机控制系统，适用于双风机散热，四种工作模式的汽车发动机风冷系统。

背景技术

汽车行业是国家发展的重要产业，汽车发动机冷却系统是汽车的重要组成部分。目前大部分汽车采用风冷系统对发动机舱进行散热。传统的冷却风扇多采用有刷直流电机进行驱动，同时为了增大散热面积，很多汽车采用了双风机冷却风扇系统。整车ECU会控制双风机工作在四种模式下，分别为双风机停止、双电机全速、双风机半速、单风机停止单风机全速模式。发动机舱整体温度过高时，双风机全速，为减小线路流过的电流，两路电源分别为两个电机供电；发动机舱整体温度较低时，为减小耗电量，两风机半速运行，这种模式下，两电机采用串联形式；当发动机舱温度不均匀时，左风机停止，右风机全速；不需要散热时，两风机停止。随着科学技术的发展，无刷电机的控制技术已经成熟，相对于有刷电机来说，无刷电机具有高寿命、高可靠性、高效率、低噪音的优点，因此汽车用冷却风扇驱动电机由有刷向无刷切换已经成为一种必然趋势。由于整车系统已经定型，与风扇相关电路及电源的工作逻辑不会改变，但是对于四种工作模式的双风机冷却系统来说，无法单纯的采用串联的方式对两电机控制，需要控制器电路做改变来适应整车。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的双风机控制系统具有两个三线的控制器、两个继电器。每个控制器具有三根线，分别为正极、负极及信号线，通过正负两根线为控制单元供电，通过检测信号线的电平来设置转速。每个继电器具有五根线，分别与整车及控制单元相连，根据整车供电状态决定控制器工作模式。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种四模式无刷双风机控制系统，包括有双电源P1和P2，左控制器M1，右控制器M2,在双电源和控制器之间并联着整车继电器D1，D2，D3，还包括有开关电路和继电器D4，D5，开关电路中包括多个控制开关，由控制器控制这些控制开关启闭，继电器D4，D5分别与整车及控制器相连，其能根据整车供电状态决定控制器工作模式。

作为本发明的优选，整车具有两路电源输出A、B及电源控制开关S1，S2，电源A的输出正负极分别为A+，GND_A_，电源B的输出正负极分别为B+，GND_B，S1，S2用于控制整车内部继电器D1，D2，D3的状态，并间接控制电源A+、B+的输出及供电回路。

作为本发明的改进，左控制器M1，右控制器M2均为三线控制器，分别为正极+，负极-，信号线Signal。

优选地，整车继电器D1的输出与A+相连，A+同时与M1的正极、继电器D4的常闭触点(87a)相连，整车继电器D3的输出与B+相连，B+同时与M1的信号线Signal1、M2的信号线Signal2、继电器D4的常开触点(87)、继电器D4的线圈触点(86)、继电器D5的线圈触点(85)相连。

作为本发明的优选，M1的负极同时与继电器D4的线圈触点（85）、继电器D5的常闭触点（87a）、继电器D5的线圈触点（86）及整车地GND_B相连。

作为本发明的改进，M2的正极与继电器D4的触点（30）相连，M2的负极与继电器D5的触点(30)相连。

作为本发明的具体技术方案，继电器D5的常开触点(87)与整车继电器D2的触点(30)相连。

与现有技术相比，本发明在不要求整车供电线路及电源工作逻辑改变的前提下，利用无刷电机替代有刷电机，提高了风扇冷却系统寿命、可靠性和效率、降低了噪音。另外，本发明还实现了双风机的四种工作模式，满足整车对冷却系统散热面积、节能及供电线路分流的要求。

附图说明

图1为无刷电机控制器结构图；

图2为有刷电机双风扇控制系统电路图；

图3为无刷电机双风扇控制系统电路图。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

参照附图所示，本发明采用的技术方案是具有以下步骤：

1、整车具有两路电源输出A、B及电源控制开关S1，S2。S1，S2控制整车内部继电器D1，D2，D3的状态，间接控制电源A+、B+的输出及供电回路。电源A的输出正负极分别为A+，GND_A_，电源B的输出正负极分别为B+，GND_B。

2、左风机与左控制器集合在一起，设为M1；右风机与右控制器集合在一起，设为M2，在整车电源A+和B+不同的供电状态下，两风扇的运行状态如表1所示。

3、控制器接线端子采用3PIN，分别为正极+，负极-，信号线Signal，电机及控制器集成示意图如图1所示。

4、设电源A+开通时为状态1，关闭时为状态0；B+电源开通时为状态1，关闭时为状态0。共有00，01，10，11四种状态，四种状态下风扇运行状态如表1所示。

5、控制系统采用两个继电器D4，D5，配合整车电路实现四种模式运行，线路图如图3所示。

6、整车继电器D1的输出与A+相连，A+同时与M1的正极、继电器D4的常闭触点87a相连；

7、整车继电器D3的输出与B+相连，B+同时与M1的信号线Signal1、M2的信号线Signal2、继电器D4的常开触点87、继电器D4的线圈触点86、继电器D5的线圈触点85相连。

8、M1的负极同时与继电器D4的线圈触点85、继电器D5的常闭触点87a、继电器D5的线圈触点86及整车地GND_B相连；

9、M2的正极与继电器D4的触点30相连；

10、M2的负极与继电器D5的触点30相连；

11、继电器D5的常开触点87与整车继电器D2的触点30相连。

现有技术中的有刷双风机电机工作原理如下

模式1：

当S1，S2断开的时候，继电器D1的触点30和D1常闭触点87a连接，继电器D3的触点30和D3常闭触点87a连接，此时两风机供电电路A+、B+无电，设为00状态，双风机停止；

模式2：

当S1断开，S2闭合时候，继电器D1的触点30和D1常闭触点87a连接，继电器D3的触点30和D3常开触点87连接，此时电机M1供电电路A+无电，处于停止状态，电源P2的电压全部加在M2两端，M2供电电路B+有电，这种状态设为01，M2电流由M2+流入电机，流入GND_B，M2电机处于全速运行；

模式3：

当S1闭合，S2断开的时候，继电器D1的触点30和D1常开触点87连接，继电器D3的触点30和D3常闭合触点87a连接，M1供电电路A+有电，M2供电电路B+无电，这种状态为10，因S2断开，所以整车继电器D2的触点30和常闭触点87a连接，此时电流流向为P1→ D1触点30→D1触点87→M1+ → M1- →D2触点30 → D2触点87a→M2+→M2-→GND_B，此时两个电机串联分压，双风机半速运行；

模式4：

当S1、S2同时闭合，继电器D1的触点30和D1常开触点87连接，继电器D3的触点30和D3常开触点87连接，M1、M2供电电路有电，这种状态设为11。S2闭合，继电器D2的触点30和常开触点87连接，此时经过M1的电路流向为P1→ D1触点30→D1触点87→M1+ → M1-→D2触点30→ D2触点87→GND_A。M2的电路流向为P2→D3触点30→D3触点87→GND_B。P1、P2分别为M1、M2供电，双风机处于全速运行模式。

四种状态下的电机运行模式如表1所示。

而在本实施例中，当采用无刷电机作为风扇驱动电机时，因无刷电机为三相交流电机，无法采用单纯的串联模式。因此增加继电器D4、D5、D6。本实施例中四模式无刷双风机工作原理如下：

模式1：

当S1，S2断开的时候，为00状态，双风机停止；

模式2：

当S1断开，S2闭合时候，继电器D1的触点30和D1常闭触点87a连接，继电器D2的触点30和D2常开触点87连接，继电器D3的触点30和D3常开触点87连接，此时电机M1供电电路A+无电，处于停止状态；继电器D4触点30与D4触点87连接，继电器D5触点30与D5触点87连接，电机M2信号线Signal2为高电平，当控制器检测到M2信号为高电平时，设置M2电机全速，此时M2电机电流流向为P2→D3触点30→D3触点87→D4触点87→D4触点30→M2+→M2-→D5触点30→D5触点87→D2触点30→D2触点87→GND_A。

模式3：

当S1闭合，S2断开的时候，继电器D1的触点30和D1常开触点87连接，继电器D2的触点30和D2常闭触点87a连接，继电器D3的触点30和D3常闭触点87a连接，M1供电电路A+有电，M2供电电路B+无电，这种状态为10，因B+无电，所以D4、D5触点30都与常闭触点87a连接，同时两个控制器的信号线Signal1、Signal2都是低电平。当检测到信号线为低电平时，设置两电机转速为低速。此时经过电机M1的电路流向为P1→D1触点30→D1触点87 →M1+ →M1- →GND_B；电机M2的电路流向为P1→D1触点30→D1触点87→D4触点87a→D4触点30→M2+→M2-→D5触点30→D5触点87a→GND_B。

模式4：

当S1、S2同时闭合，继电器D1的触点30和D1常开触点87连接，继电器D2的触点30和D2常开触点87连接，继电器D3的触点30和D3常开触点87连接，M1、M2供电电路有电，这种状态为11。因B+有电，所以D4、D5触点30都与常开触点87连接，两个控制器的信号线Signal1、Signal2都是高电平。当检测到信号线为高电平时，设置两电机转速为高速。此时电机M1的电流流向为P1→D1触点30→D1触点87 →M1+ →M1-→GND_B；电机M2的电流流向为P2→D3触点30→D3触点87→D4触点87→D4触点30→M2+→M2-→D5触点30→D5触点87→D2触点30→D2触点87→GND_A。

通过以上步骤，实现了四模式无刷双风机控制系统。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

附表1：

Claims (7)

1.一种四模式无刷双风机控制系统，包括有双电源P1和P2，左控制器M1，右控制器M2,在双电源和控制器之间并联着整车继电器D1，D2，D3，其特征在于：还包括有开关电路和继电器D4，D5，开关电路中包括多个控制开关，由控制器控制这些控制开关启闭，继电器D4，D5分别与整车及控制器相连，其能根据整车供电状态决定控制器工作模式。

2.根据权利要求1所述的四模式无刷双风机控制系统，其特征在于：整车具有两路电源输出A、B及电源控制开关S1，S2，电源A的输出正负极分别为A+，GND_A_，电源B的输出正负极分别为B+，GND_B，S1，S2用于控制整车内部继电器D1，D2，D3的状态，并间接控制电源A+、B+的输出及供电回路。

3.根据权利要求1所述的四模式无刷双风机控制系统，其特征在于：左控制器M1，右控制器M2均为三线控制器，分别为正极+，负极-，信号线Signal。

4.根据权利要求1所述的四模式无刷双风机控制系统，其特征在于：整车继电器D1的输出与A+相连，A+同时与M1的正极、继电器D4的常闭触点(87a)相连，整车继电器D3的输出与B+相连，B+同时与M1的信号线Signal1、M2的信号线Signal2、继电器D4的常开触点(87)、继电器D4的线圈触点(86)、继电器D5的线圈触点(85)相连。

5.根据权利要求1所述的四模式无刷双风机控制系统，其特征在于：M1的负极同时与继电器D4的线圈触点（85）、继电器D5的常闭触点（87a）、继电器D5的线圈触点（86）及整车地GND_B相连。

6.根据权利要求1所述的四模式无刷双风机控制系统，其特征在于：M2的正极与继电器D4的触点（30）相连，M2的负极与继电器D5的触点(30)相连。

7.根据权利要求1所述的四模式无刷双风机控制系统，其特征在于：继电器D5的常开触点(87)与整车继电器D2的触点(30)相连。

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