CN113459764B - 增程式混合动力汽车热管理系统的控制方法 - Google Patents

增程式混合动力汽车热管理系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增程式混合动力汽车热管理系统，包括发动机冷却水回路、暖风水回路、电机冷却油回路、空调制冷回路、电池冷却水回路、发动机冷却水回路与所述暖风水回路通过四通换向阀实现串联或独立运行，发动机冷却水回路与电机冷却油回路通过第二换热器实现换热，暖风水回路与电池冷却水回路通过第一换热器实现换热，所调制冷回路与电池冷却水回路通过Chiller换热。本发明还公开了一种增程式混合动力汽车热管理系统的控制方法，包括低温增程行驶模式、低温增程暖机模式和高温增程行驶模式。本发明提高系统的热效率、简化汽车前端空间布局。

Description

增程式混合动力汽车热管理系统的控制方法
技术领域
本发明涉及汽车热管理技术领域，具体地指一种增程式混合动力汽车热管理系统的控制方法。
背景技术
现有的混合动力热管理系统一般是利用高温散热器对发动机进行散热；利用前端风冷油冷器对变速箱进行散热；利用低温散热器对电驱动系统中的电机、DCDC和MCU进行散热；纯电工况时利用PTC实现乘员舱制热，增程工况时利用发动机废热实现乘员舱制热；利用室内蒸发器实现乘员舱制冷；利用Chiller实现电池制冷，不实现制热。
上述现有的混合动力热管理系统存在如下问题：电池无法实现主动加热，导致低温下的充电时间延长很多；发动机散热回路与暖风水回路连通，导致在低温条件下纯电工况时PTC加热的热效率较差；前端采用风冷油冷器，增加了前端模块的设计难度；电机、DCDC和MCU允许的最高水温不一致，若串联冷却后只能以其中最小的温度为要求，导致前端低温散热器的散热能力需求会偏大很多。
发明内容
本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，提供一种增程式混合动力汽车热管理系统的控制方法。
为实现上述目的，本发明提供一种增程式混合动力汽车热管理系统，包括发动机冷却水回路、暖风水回路、电机冷却油回路、空调制冷回路、电池冷却水回路、所述发动机冷却水回路与所述暖风水回路通过四通换向阀实现串联或独立运行，所述发动机冷却水回路与所述电机冷却油回路通过第二换热器实现换热，所述暖风水回路与所述电池冷却水回路通过第一换热器实现换热，所述空调制冷回路与所述电池冷却水回路通过Chiller换热。
进一步地，所述发动机冷却水回路包括高温散热器，所述高温散热器的出口分别并联有第一膨胀水壶和第二换热器的冷却水通道，所述第一膨胀水壶的出水口串联有第一截止阀、机械水泵、发动机、电子节温器和高温散热器的进口，所述第一膨胀水壶的出水口还串联有第二换热器的冷却水通道、第一电子水泵、单向阀和高温散热器的进口。
进一步地，所述四通换向阀包括发动机冷却水进口、发动机冷却水出口、暖风水进口、暖风水出口，所述发动机冷却水进口与机械水泵连接，所述发动机冷却水出口与电子节温器连接，所述暖风水进口和所述暖风水出口串联在暖风水回路中。
进一步地，所述暖风水回路包括与暖风水出口串联的暖风水泵、PTC加热器、暖风芯体、比例三通阀的入口，所述比例三通阀的第一出口与第一换热器的暖风水通道和暖风水进口依次串联，所述比例三通阀的第二出口直接与暖风水进口连接。
进一步地，所述空调制冷回路包括乘员舱制冷回路和电池冷却回路，所述乘员舱制冷回路和电池冷却回路均包括串联的压缩机、室外冷凝器，所述乘员舱制冷回路还包括第一截止阀、热力膨胀阀、室内蒸发器，室内蒸发器和暖风芯体位于空调箱总成内，均通过鼓风机与空气换热，所述电池冷却回路还包括电磁膨胀阀和Chiller的制冷剂通道。
进一步地，所述电池冷却水回路包括串联的第一换热器的冷却水通道、电池水泵、电池包和Chiller的冷却水通道。
进一步地，所述电机冷却油回路包括串联的电机、第二换热器的冷却油通道和变速箱。
进一步地，还包括MCU冷却水回路，所述MCU冷却水回路包括串联的低温散热器、第二电子水泵、MCU和DCDC。
进一步地，还包括发动机进气回路，所述发动机进气回路包括进气口、中冷器。
进一步地，所述高温散热器、低温散热器、中冷器、室外冷凝器均集成设置在汽车前端，均通过电子风扇与空气换热。
本发明还提供一种基于上述所述的增程式混合动力汽车热管理系统的控制方法，包括低温增程行驶模式，当发动机暖机完成、且电池和乘员舱均有加热请求时，开启机械水泵、第一电子水泵、第一截止阀、暖风水泵和电池水泵，控制四通换向阀使发动机冷却水回路与暖风水回路串联；当此模式下电池有冷却请求时，还开启电池冷却回路，并关闭比例三通阀的第一出口。
进一步地，还包括低温增程启动模式，当发动机处于暖机阶段、且电池和乘员舱均有加热请求时，开启机械水泵、第一电子水泵、暖风水泵、PTC加热器和电池水泵，关闭第一截止阀，控制四通换向阀使发动机冷却水回路与暖风水回路串联；当此模式下电池有冷却请求时，还开启电池冷却回路，并关闭比例三通阀的第一出口。
进一步地，还包括高温增程行驶模式，当发动机运行、且电池和乘员舱均有冷却请求时，开启机械水泵、第一电子水泵、第一截止阀、乘员舱制冷回路和电池冷却回路，控制四通换向阀使发动机冷却水回路与暖风水回路独立运行。
本发明的有益效果是：
1、提高系统的热效率。本发明将电机冷却油回路与发动机冷却水回路耦合，将发动机冷却水回路与暖风水回路耦合，暖风水回路可以给乘员舱和电池包加热，并在发动机暖机阶段加热发动机冷却水，空调制冷回路可以给乘员舱和电池包冷却，整个系统可以快速合理地控制电机、发动机、乘员舱和电池包的温度，提高了在增程模式下的系统热效率。
2、简化汽车前端空间布局。本发明将电机冷却油回路先通过第二换热器与发动机冷却水换热，再通过高温散热器进行风冷散热，同时将高温散热器、低温散热器、中冷器、室外冷凝器均集成设置在汽车前端，均通过电子风扇进行风冷，这样可以避免将电机油冷换热器直接布置在汽车前端，减轻了汽车前端风冷的冷却需求，同时集成化设置可以大大简化汽车前端的结构和空间布局。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
图2为四通换向阀结构示意图。
图3为低温纯电快充模式时系统运行示意图。
图4为高温纯电快充模式时系统运行示意图。
图5为低温纯电行驶模式时系统运行示意图。
图6为高温纯电行驶模式时系统运行示意图。
图7为低温增程行驶模式时系统运行示意图。
图8为高温增程行驶模式时系统运行示意图。
图中各部件标号如下：发动机1、电子节温器2、高温散热器3、机械水泵4、第二换热器5、第一电子水泵6、单向阀7、第一膨胀水壶8、电机9、暖风水回路、四通水阀10、暖风水泵11、PTC加热器12、暖风芯体13、比例三通阀14、第一换热器15、电池水泵16、电池包17、Chiller18、第二膨胀水壶19、低温散热器20、第二电子水泵21、MCU22、第三膨胀水壶23、进气口24、中冷器25、压缩机26、室外冷凝器27、第二截止阀28、热力膨胀阀29、室内蒸发器30、鼓风机31、电磁膨胀阀32、电子风扇33、发动机冷却水进口34、发动机冷却水出口35、暖风水进口36、暖风水出口37、第一截止阀38。
具体实施方式
下面具体实施方式用于对本发明的权利要求技术方案作进一步的详细说明，便于本领域的技术人员更清楚地了解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下面具体的实施例。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
如图1～2所示，一种增程式混合动力汽车热管理系统，包括发动机冷却水回路、暖风水回路、电机冷却油回路、空调制冷回路、电池冷却水回路、发动机冷却水回路与暖风水回路通过四通换向阀10实现串联或独立运行，发动机冷却水回路与电机冷却油回路通过第二换热器5实现换热，暖风水回路与电池冷却水回路通过第一换热器15实现换热，空调制冷回路与电池冷却水回路通过Chiller18换热。
这样，将电机冷却油回路与发动机冷却水回路耦合，将发动机冷却水回路与暖风水回路耦合，暖风水回路可以给乘员舱和电池包加热，并在发动机暖机阶段加热发动机冷却水，空调制冷回路可以给乘员舱和电池包冷却，整个系统可以快速合理地控制电机、发动机、乘员舱和电池包的温度，提高了在增程模式下的系统热效率。
本实施例中，发动机冷却水回路包括高温散热器3，高温散热器3的出口分别并联有第一膨胀水壶8和第二换热器5的冷却水通道，第一膨胀水壶8的出水口串联有第一截止阀38、机械水泵4、发动机1、电子节温器2和高温散热器3的进口，第一膨胀水壶8的出水口还串联有第二换热器5的冷却水通道、第一电子水泵6、单向阀7和高温散热器3的进口。
本实施例中，四通换向阀10包括发动机冷却水进口34、发动机冷却水出口35、暖风水进口36、暖风水出口37，发动机冷却水进口34与机械水泵连接，发动机冷却水出口35与电子节温器2连接，暖风水进口36和暖风水出口37串联在暖风水回路中。
本实施例中，暖风水回路包括与暖风水出口37串联的暖风水泵11、PTC加热器12、暖风芯体13、比例三通阀14的入口，比例三通阀14的第一出口与第一换热器15的暖风水通道和暖风水进口36依次串联，比例三通阀14的第二出口直接与暖风水进口36连接。这样，可以通过控制比例三通阀第一出口和第二出口的流量，控制暖风水回路优先加热电池包，使电池包温度在设定的正常工作温度范围内。
本实施例中，空调制冷回路包括乘员舱制冷回路和电池冷却回路，乘员舱制冷回路和电池冷却回路均包括串联的压缩机26、室外冷凝器27，乘员舱制冷回路还包括第一截止阀28、热力膨胀阀29、室内蒸发器30，室内蒸发器30和暖风芯体13位于空调箱总成内，均通过鼓风机31与空气换热，电池冷却回路还包括电磁膨胀阀32和Chiller18的制冷剂通道。
本实施例中，电池冷却水回路包括串联的第一换热器15的冷却水通道、电池水泵16、电池包17和Chiller18的冷却水通道，在第一换热器15的冷却水通道与电池水泵16之间还旁通有第二膨胀水壶19。
本实施例中，电机冷却油回路包括串联的电机9、第二换热器5的冷却油通道和变速箱。
本实施例中，还包括MCU冷却水回路，MCU冷却水回路包括串联的低温散热器20、第二电子水泵21、MCU22和DCDC，在低温散热器20和第二电子水泵21之间还旁通有第三膨胀水壶23。
本实施例中，还包括发动机进气回路，发动机进气回路包括进气口24、中冷器25。
本实施例中，高温散热器3、低温散热器20、中冷器25、室外冷凝器27均集成设置在汽车前端，均通过电子风扇33与空气换热。
这样，将电机冷却油回路先通过第二换热器与发动机冷却水换热，再通过高温散热器进行风冷散热，同时将高温散热器、低温散热器、中冷器、室外冷凝器均集成设置在汽车前端，均通过电子风扇进行风冷，这样可以避免将电机油冷换热器直接布置在汽车前端，减轻了汽车前端风冷的冷却需求，同时集成化设置可以大大简化汽车前端的结构和空间布局。
如图3～8所示，上述增程式混合动力汽车热管理系统的控制方法，包括如下七种控制模式：
1、低温纯电快充模式：当驱动方式为纯电模式、电池处于充电状态且电池有加热请求时，如图3所示，仅开启暖风水泵11、PTC加热器12、电池水泵16和第二电子水泵21，控制比例三通阀14的第二出口关闭，四通换向阀10中暖风水进口36和暖风水出口37连接。这样暖风水回路给电池加热，MCU冷却水回路通过自循环散热，无需开启电子风扇33，节约电能。
2、高温纯电快充模式：当驱动方式为纯电模式、电池处于充电状态且电池有冷却请求时，如图4所示，仅开启压缩机26、电磁膨胀阀32、电池水泵16、第二电子水泵21和电子风扇33。这样，电池冷却回路给电池冷却水系统冷却，MCU冷却水回路和室外冷凝器27均通过电子风扇进行风冷散热。
3、低温纯电行驶模式：当驱动方式为纯电模式、车辆处于行驶状态且电池和乘员舱均有加热请求时，如图5所示，开启第一电子水泵6、暖风水泵11、PTC加热器12、电池水泵16、第二电子水泵21和鼓风机31，控制四通换向阀中暖风水进口36和暖风水出口37连接，比例三通阀14的第一出口和第二出口均开启且优先确保第二出口的流量满足电池的加热请求。这样，暖风水回路同时给电池和乘员舱同时加热，电机和变速箱通过第二换热器将热量传递给发动机冷却水，通过发动机冷却水的自循环散热，MCU冷却水回路通过自循环散热，无需开启电子风扇33，节约电能，当电机或变速箱的温度过高时，可以开启电子风扇33对高温散热器3散热。
4、高温纯电行驶模式：当驱动方式为纯电模式，车辆处于行驶状态且电池和乘员舱均有冷却请求时，如图6所示，开启第一电子水泵6、电池水泵16、第二电子水泵21、压缩机26、第二截止阀28、热力膨胀阀29、鼓风机31、电磁膨胀阀32和电子风扇33。这样，空调制冷回路同时给电池和乘员舱冷却，且优先保证电池冷却需求，高温散热器、低温散热器和冷凝器均通过电子风扇进行散热。
5、低温增程行驶模式，当发动机暖机完成、且电池和乘员舱均有加热请求时，如图7所示，开启机械水泵4、第一电子水泵6、第一截止阀28、暖风水泵11、鼓风机31、电池水泵16、第二电子水泵21和电子风扇33，控制四通换向阀10中发动机冷却水进口34与暖风水出口37连通，发动机冷却水出口35与暖风水进口36连通，使发动机冷却水回路与暖风水回路串联，比例三通阀14的第一出口和第二出口均开启。这样，发动机冷却水通过暖风水回路给电池和乘员舱加热，高温散热器、低温散热器和中冷器均通过电子风扇散热。
在此模式下若电池和乘员舱的加热请求较大使得发动机冷却水的余热不足以满足时，还可以开启PTC加热器12提供额外的热能。
在此模式下若电池有冷却请求时，还开启压缩机26、电磁膨胀阀32，并关闭比例三通阀14的第一出口，使电池冷却回路给电池进行冷却，发动机冷却水依然通过暖风水回路给乘员舱加热。
6、低温增程启动模式，当发动机处于暖机阶段、且电池和乘员舱均有加热请求时，开启机械水泵4、第一电子水泵6、暖风水泵11、PTC加热器12、电池水泵16、第二电子水泵21和鼓风机31，关闭第一截止阀38，控制四通换向阀10使发动机冷却水回路与暖风水回路串联。这样，发动机1中的发动机冷却水经过节温器2和四通换向阀10与暖风水回路串联，最后通过机械水泵回到发动机1中形成自循环，而第二换热器5中冷却水通道的发动机冷却水通过第一电子水泵6流经高温散热器3和第一膨胀水壶8后又回流到第二换热器5中形成自循环，暖风水回路同时给发动机冷却水、乘员舱和电池进行加热，此时由于是发动机刚启动阶段，进气温度、电机温度和发动机水温不高，因此可以关闭电子风扇33。
在此模式下若发动机水温或电池包温度过低，则关闭鼓风机31，优先保证电池包温度和发动机水温的快速升高。
在此模式下若电池有冷却请求时，还开启压缩机26、电磁膨胀阀32，并关闭比例三通阀14的第一出口，使电池冷却回路给电池进行冷却，暖风水回路依然为乘员舱和发动机冷却水加热，使发动机水温尽快升高。
7、高温增程行驶模式，当发动机运行、且电池和乘员舱均有冷却请求时，如图8所示，开启机械水泵4、第一电子水泵6、第一截止阀28、第二电子水泵21、电子风扇33、压缩机26、第二截止阀28、热力膨胀阀29、鼓风机31和电磁膨胀阀32，控制四通换向阀10使发动机冷却水回路与暖风水回路独立运行。这样，乘员舱制冷回路和电池冷却回路分别给乘员舱和电池冷却，电机冷却油和发动机冷却水通过高温散热器进行散热，高温散热器3、低温散热器20、中冷器25和冷凝器27均通过电子风扇散热。

Claims (3)

1.一种增程式混合动力汽车热管理系统的控制方法，其特征在于：所述增程式混合动力汽车热管理系统包括发动机冷却水回路、暖风水回路、电机冷却油回路、空调制冷回路、电池冷却水回路、所述发动机冷却水回路与所述暖风水回路通过四通换向阀（10）实现串联或独立运行，所述发动机冷却水回路与所述电机冷却油回路通过第二换热器（5）实现换热，所述暖风水回路与所述电池冷却水回路通过第一换热器（15）实现换热，所述空调制冷回路与所述电池冷却水回路通过Chiller（18）换热；
所述发动机冷却水回路包括高温散热器（3），所述高温散热器（3）的出口分别并联有第一膨胀水壶（8）和第二换热器（5）的冷却水通道，所述第一膨胀水壶（8）的出水口串联有第一截止阀（38）、机械水泵（4）、发动机（1）、电子节温器（2）和高温散热器（3）的进口，所述第一膨胀水壶（8）的出水口还串联有第二换热器（5）的冷却水通道、第一电子水泵（6）、单向阀（7）和高温散热器（3）的进口；
所述四通换向阀（10）包括发动机冷却水进口（34）、发动机冷却水出口（35）、暖风水进口（36）、暖风水出口（37），所述发动机冷却水进口（34）与机械水泵连接，所述发动机冷却水出口（35）与电子节温器（2）连接，所述暖风水进口（36）和所述暖风水出口（37）串联在暖风水回路中；
所述暖风水回路包括与暖风水出口（37）串联的暖风水泵（11）、PTC加热器（12）、暖风芯体（13）、比例三通阀（14）的入口，所述比例三通阀（14）的第一出口与第一换热器（15）的暖风水通道和暖风水进口（36）依次串联，所述比例三通阀（14）的第二出口直接与暖风水进口（36）连接；
所述空调制冷回路包括乘员舱制冷回路和电池冷却回路，所述乘员舱制冷回路和电池冷却回路均包括串联的压缩机（26）、室外冷凝器（27），所述乘员舱制冷回路还包括第二截止阀（28）、热力膨胀阀（29）、室内蒸发器（30），所述电池冷却回路还包括电磁膨胀阀（32）和Chiller（18）的制冷剂通道；
所述电池冷却水回路包括串联的第一换热器（15）的冷却水通道、电池水泵（16）、电池包（17）和Chiller（18）的冷却水通道；
还包括MCU冷却水回路，所述MCU冷却水回路包括串联的低温散热器（20）、第二电子水泵（21）、MCU（22）和DCDC；
所述控制方法包括低温增程行驶模式，当发动机暖机完成、且电池和乘员舱均有加热请求时，开启机械水泵（4）、第一电子水泵（6）、第一截止阀（38）、暖风水泵（11）和电池水泵（16），控制四通换向阀（10）使发动机冷却水回路与暖风水回路串联；当此模式下电池有冷却请求时，还开启电池冷却回路，并关闭比例三通阀（14）的第一出口。
2.根据权利要求1所述的增程式混合动力汽车热管理系统的控制方法，其特征在于：还包括低温增程启动模式，当发动机处于暖机阶段、且电池和乘员舱均有加热请求时，开启机械水泵（4）、第一电子水泵（6）、暖风水泵（11）、PTC加热器（12）和电池水泵（16），关闭第一截止阀（38），控制四通换向阀（10）使发动机冷却水回路与暖风水回路串联；当此模式下电池有冷却请求时，还开启电池冷却回路，并关闭比例三通阀（14）的第一出口。
3.根据权利要求1所述的增程式混合动力汽车热管理系统的控制方法，其特征在于：还包括高温增程行驶模式，当发动机运行、且电池和乘员舱均有冷却请求时，开启机械水泵（4）、第一电子水泵（6）、第一截止阀（38）、乘员舱制冷回路和电池冷却回路，控制四通换向阀（10）使发动机冷却水回路与暖风水回路独立运行。
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