CN112664306A - 一种共轴双电机结构的汽车电子水泵系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共轴双电机结构的汽车电子水泵系统，包括电子水泵、水箱、金属导管，电子水泵内部设有第一电机和第二电机，第一电机与第二电机公用一根输出轴，输出轴固接有叶轮，水箱的出水口通过管道与电子水泵的进水口连接，金属导管用于环绕在汽车发动机的外壳，金属导管的进水口与电子水泵的出水口通过管道连接，金属导管的出水口与水箱的进水口通过管道连接，汽车发动机电连接有发动机控制电路板，汽车发动机的外壳设有温度传感器，温度传感器与发动机控制电路板电连接，电子水泵电连接有水泵控制电路板，水泵控制电路板与发动机控制电路板通过CAN总线连接。

Description

一种共轴双电机结构的汽车电子水泵系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种汽车电子水泵，尤其涉及一种共轴双电机结构的大功率汽车电子水泵。

背景技术

无论在传统燃油汽车或是在使用燃料电池的新能源汽车中，都需要强大的热循环系统为发动机或燃料电池等部件进行冷却降温，从而保证发动机或燃料电池的正常工作。水泵作为热循环系统中驱动冷却液循环的动力源，是系统的核心部件，因此长期以来汽车工程人员不断尝试对水泵进行改进，以期提升其工作性能与效率。无论作用于发动机、燃料电池或其他大功率发热部件，其热循环系统的功能与原理大致相当，且都需要功率超过200W的大功率水泵作为驱动冷却液循环的动力源。本文以发动机热循环系统为例，阐述一种共轴双电机结构的大功率汽车电子水泵设计方案，其设计思想在其他需要大功率水泵的工作场景中同样适用。

目前市场上应用于发动机热循环系统的主流水泵产品是电子水泵。其特点是：由电子电路控制直流无刷电机旋转，带动叶轮驱动冷却液循环，通过热交换带走发动机热量。水泵转速可随着发动机的温度变化调节，使得发动机在低温运行时水泵转速适当降低以节约能源减少噪声，而在发动机高温运行时水泵能迅速提高转速以提升发动机散热能力。

市面现有的电子水泵几乎都是单电机结构，这种结构的缺点是：

1.采用单电机结构，大功率运转时自身发热点较为集中，对系统的散热能力要求较高；

2.电子水泵需要具有约P0的功率输出能力，但在多数时间里电机都是以功率为4％P0—10％P0的状态工作，远小于额定功率的工作状态会造成效率的降低与电机永磁体磁性受损；

3.在水泵电机发生故障时，单电机结构因不具备跛行功能而停止工作，会使发动机散热性能大幅下降，进而降低其输出功率与燃油效率，甚至发动机停机，使整车失去动力。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种共轴双电机结构的大功率汽车电子水泵，其能够使得电机工作效率较高，能源损耗少，永磁体磁性不易受损。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种共轴双电机结构的汽车电子水泵系统，包括电子水泵、水箱、金属导管，所述电子水泵内部设有第一电机和第二电机，所述第一电机与所述第二电机公用一根输出轴，所述输出轴固接有叶轮，所述水箱的出水口通过管道与所述电子水泵的进水口连接，所述金属导管用于环绕在汽车发动机的外壳，所述金属导管的进水口与所述电子水泵的出水口通过管道连接，所述金属导管的出水口与所述水箱的进水口通过管道连接，所述汽车发动机电连接有发动机控制电路板，所述汽车发动机的外壳设有温度传感器，所述温度传感器与所述发动机控制电路板电连接，所述电子水泵电连接有水泵控制电路板，所述水泵控制电路板与所述发动机控制电路板通过CAN总线连接。

具体地，所述电子水泵包括蜗壳，所述蜗壳密封地罩在所述叶轮外，所述蜗壳设有所述进水口和所述出水口。

具体地，所述第一电机和所述第二电机均为无刷直流电机。

一种共轴双电机结构的汽车电子水泵系统的控制方法，应用于所述的共轴双电机结构的汽车电子水泵系统，所述控制方法包括以下步骤：

临界流速标定步骤：标定单电机工作模式与双电机工作模式切换的临界冷却液循环速率；

冷却液循环期望流速计算步骤：当所述发动机启动后，所述温度传感器将所感测的温度信息反馈至所述发动机控制电路板，所述发动机控制电路板通过所述CAN总线将所述温度信息传递至所述水泵控制电路板，所述水泵控制电路板计算出当前期望的冷却液循环流速，同时计算出与所述当前期望的冷却液循环流速对应的电机理想转速；

单电机工作步骤：若当前期望的冷却液循环流速小于临界冷却液循环速率，所述水泵控制电路板控制所述电子水泵切换成单电机工作模式，即所述第一电机或所述第二电机单独工作，所述水泵控制电路板分别记录所述第一电机及所述第二电机的累计工作时长，所述水泵控制电路板控制累计工作时长较短的电机工作，并达到所述电机理想转速，所述水泵控制电路板控制累计工作时长较长的电机停机；

双电机工作步骤：若当前期望的冷却液循环流速大于或等于临界冷却液循环速率，所述水泵控制电路板控制所述电子水泵切换成双电机工作模式，即所述第一电机与所述第二电机同时工作，所述水泵控制电路板分别记录第一电机的累计工作时长和第二电机的累计工作时长。

具体地，在所述双电机工作步骤中，所述水泵控制电路板检测所述电子水泵的工作状态，若检测到所述电子水泵处于所述双电机工作模式，所述水泵控制电路板控制所述第一电机和所述第二电机共同达到所述电机理想转速，若检测到所述电子水泵处于非所述双电机工作模式，所述水泵控制电路板控制所述第一电机与所述第二电机均启动，并且控制所述第一电机和所述第二电机共同达到所述电机理想转速。

具体地，在所述双电机工作步骤中，当所述第一电机与所述第二电机二者之一出现故障时，所述水泵控制电路板控制所述电子水泵切换成所述单电机工作模式，并通过CAN总线将故障信息进行反馈。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1.双电机结构分散了水泵中电机的发热点，更有利于散热；

2.本发明方案将原本的单电机所需功率P0分配到两台电机中，在中低速运转时仅启动其中一台电机，相较原本的单电机方案，其输出更接近电机额定功率，使得电机工作效率较高，能源损耗少，永磁体磁性不易受损；

3.当出现故障时，单电机结构的电子水泵方案将因为无法为发动机散热而使发动机迅速升温，进而导致发动机降低输出功率与燃油效率，甚至停机，使整车失去动力。本发明提出的共轴双电机结构的汽车电子水泵则可以在其中一台电机故障时切换到跛行策略，控制另一台未故障电机继续工作，满足发动机一定时间运行的散热要求，使车辆不丧失动力。

附图说明

图1为本发明共轴双电机结构的汽车电子水泵系统的示意图；

图2为本发明共轴双电机结构的汽车电子水泵系统的工作过程流程图。

图中：1、电子水泵；11、第一电机；12、第二电机；13、输出轴；14、叶轮；15、蜗壳；2、水泵控制电路板；3、发动机控制电路板；4、CAN总线；5、汽车发动机；6、温度传感器；7、金属导管；8、水箱。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

见图1，一种共轴双电机结构的汽车电子水泵系统，包括电子水泵1、水箱8、金属导管7，电子水泵1内部设有第一电机11和第二电机12，第一电机11与第二电机12公用一根输出轴13。输出轴13固接有叶轮14。水箱8的出水口通过管道与电子水泵1的进水口连接。金属导管7用于环绕在汽车发动机5的外壳。金属导管7的进水口与电子水泵1的出水口通过管道连接，金属导管7的出水口与水箱8的进水口通过管道连接。金属导管7为金属材质，能有效吸收汽车发动机5散发的热量。

汽车发动机5电连接有发动机控制电路板3。汽车发动机5的外壳设有温度传感器6，温度传感器6与发动机控制电路板3电连接。电子水泵1电连接有水泵控制电路板2，水泵控制电路板2与发动机控制电路板3通过CAN总线4连接。

具体地，电子水泵1包括蜗壳15，蜗壳15密封地罩在叶轮14外，蜗壳15设有进水口和出水口。

具体地，第一电机11和第二电机12均为无刷直流电机。

一种共轴双电机结构的汽车电子水泵系统的控制方法，包括以下步骤：

临界流速标定步骤：标定单电机工作模式与双电机工作模式切换的临界冷却液循环速率；

冷却液循环期望流速计算步骤：当发动机启动后，温度传感器6将所感测的温度信息反馈至发动机控制电路板3，发动机控制电路板3通过CAN总线4将温度信息传递至水泵控制电路板2，水泵控制电路板2计算出当前期望的冷却液循环流速，同时计算出与当前期望的冷却液循环流速对应的电机理想转速；

单电机工作步骤：若当前期望的冷却液循环流速小于临界冷却液循环速率，水泵控制电路板2控制电子水泵1切换成单电机工作模式，即第一电机11或第二电机12单独工作，水泵控制电路板2分别记录第一电机11及第二电机12的累计工作时长。水泵控制电路板2控制累计工作时长较短的电机工作，并达到电机理想转速。水泵控制电路板2控制累计工作时长较长的电机停机；

双电机工作步骤：若当前期望的冷却液循环流速大于或等于临界冷却液循环速率，水泵控制电路板2控制电子水泵1切换成双电机工作模式，即第一电机11与第二电机12同时工作。水泵控制电路板2分别记录第一电机11的累计工作时长和第二电机12的累计工作时长。

具体地，在双电机工作步骤中，水泵控制电路板2检测电子水泵1的工作状态，若检测到电子水泵1处于双电机工作模式，水泵控制电路板2控制第一电机11和第二电机12共同达到电机理想转速。若检测到电子水泵1处于非双电机工作模式，水泵控制电路板2控制第一电机11与第二电机12均启动，并且控制第一电机11和第二电机12共同达到电机理想转速。

具体地，在双电机工作步骤中，当第一电机11与第二电机12二者之一出现故障时，水泵控制电路板2控制电子水泵1切换成单电机工作模式，并通过CAN总线4将故障信息进行反馈。

相对现有产品大都采用的单电机结构电子水泵方案，本发明具有以下三点优势：

1.双电机结构分散了水泵中电机的发热点，更有利于散热；

2.本发明方案将原本的单电机所需功率P0分配到两台电机中，在中低速运转时仅启动其中一台电机，相较原本的单电机方案，其输出更接近电机额定功率，使得电机工作效率较高，能源损耗少，永磁体磁性不易受损；

3.当出现故障时，单电机结构的电子水泵方案将因为无法为发动机散热而使发动机迅速升温，进而导致发动机降低输出功率与燃油效率，甚至停机，使整车失去动力。本发明提出的共轴双电机结构的汽车电子水泵则可以在其中一台电机故障时切换到跛行策略，控制另一台未故障电机继续工作，满足发动机一定时间运行的散热要求，使车辆不丧失动力。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种共轴双电机结构的汽车电子水泵系统，其特征在于：包括电子水泵、水箱、金属导管，所述电子水泵内部设有第一电机和第二电机，所述第一电机与所述第二电机公用一根输出轴，所述输出轴固接有叶轮，所述水箱的出水口通过管道与所述电子水泵的进水口连接，所述金属导管用于环绕在汽车发动机的外壳，所述金属导管的进水口与所述电子水泵的出水口通过管道连接，所述金属导管的出水口与所述水箱的进水口通过管道连接，所述汽车发动机电连接有发动机控制电路板，所述汽车发动机的外壳设有温度传感器，所述温度传感器与所述发动机控制电路板电连接，所述电子水泵电连接有水泵控制电路板，所述水泵控制电路板与所述发动机控制电路板通过CAN总线连接。

2.根据权利要求1所述的一种共轴双电机结构的汽车电子水泵系统，其特征在于：所述电子水泵包括蜗壳，所述蜗壳密封地罩在所述叶轮外，所述蜗壳设有所述进水口和所述出水口。

3.根据权利要求1所述的一种共轴双电机结构的汽车电子水泵系统，其特征在于：所述第一电机和所述第二电机均为无刷直流电机。

4.一种共轴双电机结构的汽车电子水泵系统的控制方法，应用于权利要求1所述的共轴双电机结构的汽车电子水泵系统，所述控制方法包括以下步骤：

临界流速标定步骤：标定单电机工作模式与双电机工作模式切换的临界冷却液循环速率；

冷却液循环期望流速计算步骤：当所述发动机启动后，所述温度传感器将所感测的温度信息反馈至所述发动机控制电路板，所述发动机控制电路板通过所述CAN总线将所述温度信息传递至所述水泵控制电路板，所述水泵控制电路板计算出当前期望的冷却液循环流速，同时计算出与所述当前期望的冷却液循环流速对应的电机理想转速；

单电机工作步骤：若当前期望的冷却液循环流速小于临界冷却液循环速率，所述水泵控制电路板控制所述电子水泵切换成单电机工作模式，即所述第一电机或所述第二电机单独工作，所述水泵控制电路板分别记录所述第一电机及所述第二电机的累计工作时长，所述水泵控制电路板控制累计工作时长较短的电机工作，并达到所述电机理想转速，所述水泵控制电路板控制累计工作时长较长的电机停机；

双电机工作步骤：若当前期望的冷却液循环流速大于或等于临界冷却液循环速率，所述水泵控制电路板控制所述电子水泵切换成双电机工作模式，即所述第一电机与所述第二电机同时工作，所述水泵控制电路板分别记录第一电机的累计工作时长和第二电机的累计工作时长。

5.根据权利4所述的控制方法，其特征在于：在所述双电机工作步骤中，所述水泵控制电路板检测所述电子水泵的工作状态，若检测到所述电子水泵处于所述双电机工作模式，所述水泵控制电路板控制所述第一电机和所述第二电机共同达到所述电机理想转速，若检测到所述电子水泵处于非所述双电机工作模式，所述水泵控制电路板控制所述第一电机与所述第二电机均启动，并且控制所述第一电机和所述第二电机共同达到所述电机理想转速。

6.根据权利4所述的控制方法，其特征在于：在所述双电机工作步骤中，当所述第一电机与所述第二电机二者之一出现故障时，所述水泵控制电路板控制所述电子水泵切换成所述单电机工作模式，并通过CAN总线将故障信息进行反馈。

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