CN113665334A - 一种宽温域的车载散热系统 - Google Patents

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    • B60K2001/008—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for heating the electrical propulsion units

Abstract

本发明属于柴电混动车辆散热技术领域，具体涉及一种宽温域的车载散热系统，其包括：高温环、低温环和制冷环三条冷却液循环环路，每条环路由独立的水泵来完成冷却液的循环，且各个环路冷却液相对独立，冷却空气侧共用一个电驱动的冷却风扇；其中，制冷环的冷凝器与常规散热器并置，再与低温环的低温散热器和高温环的高温散热器串联布置；系统内的冷却空气先流经常规散热器与冷凝器，然后再流经低温散热器和高温散热器，最后通过冷却风扇排出。高温环、低温环和制冷环单独配置膨胀水箱，用于平衡系统水侧压力和系统排气、补水。与传统散热系统相比，本发明技术方案可满足柴电混动车辆多散热源、多温度目标、宽温域的散热需求。

Description

一种宽温域的车载散热系统
技术领域
本发明属于柴电混动车辆散热技术领域，具体涉及一种宽温域的车载散热系统。
背景技术
随着柴电混动技术和高功率密度电池技术的快速发展，车载散热系统的散热任务越来越突出，热源部件增加同时，其温度控制目标也不断增大。如：
发动机冷却液：100～110℃；
机油：110～120℃；
增压空气：150～170℃；
控制器：105～120℃；
发电机/电机：180～200℃；
电源转换器：105～120℃；
电池：50～60℃；
从电池最高耐温要求的50～60℃到增压空气的150～170℃，其温度相差高达120℃左右，温域极为宽泛，给散热系统的设计带来相当大的技术挑战，因此，传统的散热系统已难以满足新技术的发展，散热技术必须寻求新的突破。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种可满足多个热源散热和多个温度控制目标的的散热系统。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种宽温域的车载散热系统，其用于柴电混动车辆的冷却散热，所述宽温域的车载散热系统包括：高温环、低温环和制冷环三条冷却液循环环路，每条环路由独立的水泵来完成冷却液的循环，且各个环路冷却液相对独立，冷却空气侧共用一个电驱动的冷却风扇；
所述宽温域的车载散热系统包括：高温散热器、高温膨胀水箱、发动机水泵、发动机、低温散热器、低温膨胀水箱、低温水泵1、低温水泵2、水空中冷器、发电机控制器、发电机、DC-DC转换器、风扇控制器、左驱动电机控制器、左驱动电机、右驱动电机控制器和右驱动电机、常规散热器、冷凝器、制冷膨胀水箱、制冷水泵、制冷模块、电池组和电磁换向阀；
其中，所述高温环的部件包括：高温散热器、高温膨胀水箱、发动机水泵和发动机；所述低温环的部件包括：低温散热器、低温膨胀水箱、低温水泵1、低温水泵2、水空中冷器、发电机控制器、发电机、DC-DC转换器、风扇控制器、左驱动电机控制器、左驱动电机、右驱动电机控制器和右驱动电机；所述制冷环的部件包括：常规散热器、冷凝器、制冷膨胀水箱、制冷水泵、制冷模块、电池组、电磁换向阀；
所述发动机水泵由发动机直接驱动，低温水泵1、低温水泵2和制冷水泵为电驱动，以满足纯电行驶工况需求；
所述低温环设计为双支路，分别在低温水泵1和低温水泵2驱动下完成各自循环；所述双支路共用一个低温散热器和一个低温膨胀水箱；
所述制冷环的冷凝器与常规散热器并置，再与低温环的低温散热器和高温环的高温散热器串联布置；系统内的冷却空气先流经常规散热器与冷凝器，然后再流经低温散热器和高温散热器，最后通过冷却风扇排出。
其中，其中低温散热器为双进双出，即两个进水口和两个出水口。
其中，所述低温环中，所述发电机控制器与发电机串联后与水空中冷器并联，该并联组件一端连接低温水泵1一端，另一端连接低温散热器的第一进水口，所述低温散热器的第一出水口连接至低温水泵1另一端；由此构成所述低温环的第一支路；
所述DC-DC转换器、左驱动电机控制器与左驱动电机串联，风扇控制器、左驱动电机控制器与左驱动电机串联，该两个串联组件再相互并联，该并联组件一端连接低温水泵2一端，另一端连接低温散热器的第二进水口，所述低温散热器的第二出水口连接至低温水泵2另一端；由此构成所述低温环的第二支路。
其中，所述高温环，即发动机高温环中，
所述高温散热器用作为发动机高温环的热交换器，用于将发动机的热量释放到大气环境；
所述高温膨胀水箱用于为发动机高温环冷却液提供补液、除汽和膨胀空间，调节系统压力平衡，维护系统可靠工作。
其中，所述低温环中，
所述低温散热器用作低温环的热交换器，用于将水空中冷器、发电机控制器的水冷板、发电机、左驱动电机控制器、左驱动电机、右驱动电机控制器、右驱动电机、DC-DC转换器、风扇控制器中的热量释放到大气环境；
所述低温膨胀水箱用于为低温环内的冷却液提供补液、除汽和膨胀空间，调节系统压力平衡，维护系统可靠工作；
所述风扇控制器用于控制冷却风扇电机的运行；所述风扇控制器的水冷板用于冷却风扇电机控制器的IGBT元件散热冷却；
所述低温水泵1用于驱动低温环内水空中冷器、发电机控制器和发电机中的冷却液流动；
所述低温水泵2用于驱动低温环内两个驱动电机及两个驱动电机控制器、风扇控制器和DC-DC转换器中的冷却液流动。
其中，所述制冷环中，工作过程设计为常规散热和制冷换热两种模式，其根据环境温度通过电磁换向阀进行切换运行；
所述冷凝器用于在制冷环工作时将电池组的热量释放到大气环境；
所述电磁换向阀用于切换制冷环的常规散热和制冷换热两种模式；
所述常规散热器用于在常规换热时，将电池组的热量释放到大气环境；
所述制冷膨胀水箱用于为制冷环冷却液提供补液、除汽和膨胀空间，调节系统压力平衡，维护系统可靠工作；
所述制冷模块用于为电池散热提供低温冷却水；
所述制冷水泵用于驱动制冷环路的冷却液流动；
所述制冷环内各部件连接处均采用全焊接方式，以降低制冷剂的泄漏。
其中，所述宽温域的车载散热系统还包括支撑机构，用作整个宽温域的车载散热系统的支撑单元。
其中，所述冷却风扇为轴流风扇，用于为散热器提供冷却风量。
其中，所述冷却风扇呈水平布置，各个散热器与水平面夹角为8°，冷却空气呈“U”型风道形式流动。
其中，所述高温散热器、低温散热器、常规散热器、冷凝器、高温膨胀水箱、低温膨胀水箱、制冷膨胀水箱、低温水泵1、低温水泵2、制冷水泵、冷却风扇集成设计在一个框架内，从而可实现一体吊装。
(三)有益效果
针对现有技术需求，本发明提供了一种可满足多个热源散热和多个温度控制目标的的散热系统，即首先将车辆热源按照自身正常工作的温度范围进行分类，温度较高的热源规划在散热系统的高温环路，温度较低的热源规划在散热系统的低温环路，对于电池组散热，由于在环境温度55℃时，常规的强制对流换热已经无法满足散热需求，必须引入相变换热来实现，由此构建成一种宽温域的车载散热系统。
与现有技术比，本发明专利达到的有益效果是：
1、本发明提供的一种车载宽温域散热系统，可解决多热源，多温度目标的柴电混动车辆宽温域散热需求。
2、本发明提供的一种车载宽温域散热系统，低温环散热器采用双进双出的水循环模式，可满足多个热源的冷却需求。
3、本发明提供的一种车载宽温域散热系统，制冷环设计为氟利昂相变制冷换热，可在55℃的高温环境时使冷却液温度达到20℃；同时该环路具备常规冷却和相变制冷切换功能，满足不同环境时的高功率密度电池组散热需求。
4、本发明提供的一种车载宽温域散热系统，高低温散热器、制冷模块、冷凝器、膨胀水箱和冷却风扇一体集成，可实现整体吊装。
附图说明
图1为本发明宽温域散热系统的工作原理图。
图2及图3为本发明宽温域车载散热结构示意图。
其中，1、高温散热器；2、低温散热器；3、冷凝器；4、常规散热器；5、高温膨胀水箱；6、低温膨胀水箱；7、制冷膨胀水箱；8、制冷模块；9、风扇控制器；10、风扇控制器的水冷板；11、支撑机构；12、冷却风扇；13、蜗壳；14、低温水泵1；15、低温水泵2；16、制冷水泵。
其中，所述蜗壳用于形成散热器与风扇间的连接气道。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决上述技术问题，本发明提供一种宽温域的车载散热系统，其用于柴电混动车辆的冷却散热，如图1至图3所示，所述宽温域的车载散热系统包括：高温环、低温环和制冷环三条冷却液循环环路，每条环路由独立的水泵来完成冷却液的循环，且各个环路冷却液相对独立，冷却空气侧共用一个电驱动的冷却风扇；
所述宽温域的车载散热系统包括：高温散热器、高温膨胀水箱、发动机水泵、发动机、低温散热器、低温膨胀水箱、低温水泵1、低温水泵2、水空中冷器、发电机控制器、发电机、DC-DC转换器、风扇控制器、左驱动电机控制器、左驱动电机、右驱动电机控制器和右驱动电机、常规散热器、冷凝器、制冷膨胀水箱、制冷水泵、制冷模块、电池组和电磁换向阀；
其中，所述高温环的部件包括：高温散热器、高温膨胀水箱、发动机水泵和发动机；所述低温环的部件包括：低温散热器、低温膨胀水箱、低温水泵1、低温水泵2、水空中冷器、发电机控制器、发电机、DC-DC转换器、风扇控制器、左驱动电机控制器、左驱动电机、右驱动电机控制器和右驱动电机；所述制冷环的部件包括：常规散热器、冷凝器、制冷膨胀水箱、制冷水泵、制冷模块、电池组、电磁换向阀；
所述发动机水泵由发动机直接驱动，低温水泵1、低温水泵2和制冷水泵为电驱动，以满足纯电行驶工况需求；
所述低温环设计为双支路，分别在低温水泵1和低温水泵2驱动下完成各自循环；所述双支路共用一个低温散热器和一个低温膨胀水箱；
所述制冷环的冷凝器与常规散热器并置，再与低温环的低温散热器和高温环的高温散热器串联布置；系统内的冷却空气先流经常规散热器与冷凝器，然后再流经低温散热器和高温散热器，最后通过冷却风扇排出。
其中，其中低温散热器为双进双出，即两个进水口和两个出水口。
其中，所述低温环中，所述发电机控制器与发电机串联后与水空中冷器并联，该并联组件一端连接低温水泵1一端，另一端连接低温散热器的第一进水口，所述低温散热器的第一出水口连接至低温水泵1另一端；由此构成所述低温环的第一支路；
所述DC-DC转换器、左驱动电机控制器与左驱动电机串联，风扇控制器、左驱动电机控制器与左驱动电机串联，该两个串联组件再相互并联，该并联组件一端连接低温水泵2一端，另一端连接低温散热器的第二进水口，所述低温散热器的第二出水口连接至低温水泵2另一端；由此构成所述低温环的第二支路。
其中，所述高温环，即发动机高温环中，
所述高温散热器用作为发动机高温环的热交换器，用于将发动机的热量释放到大气环境；
所述高温膨胀水箱用于为发动机高温环冷却液提供补液、除汽和膨胀空间，调节系统压力平衡，维护系统可靠工作。
其中，所述低温环中，
所述低温散热器用作低温环的热交换器，用于将水空中冷器、发电机控制器的水冷板、发电机、左驱动电机控制器、左驱动电机、右驱动电机控制器、右驱动电机、DC-DC转换器、风扇控制器中的热量释放到大气环境；
所述低温膨胀水箱用于为低温环内的冷却液提供补液、除汽和膨胀空间，调节系统压力平衡，维护系统可靠工作；
所述风扇控制器用于控制冷却风扇电机的运行；所述风扇控制器的水冷板用于冷却风扇电机控制器的IGBT元件散热冷却；
所述低温水泵1用于驱动低温环内水空中冷器、发电机控制器和发电机中的冷却液流动；
所述低温水泵2用于驱动低温环内两个驱动电机及两个驱动电机控制器、风扇控制器和DC-DC转换器中的冷却液流动。
其中，所述制冷环中，工作过程设计为常规散热和制冷换热两种模式，其根据环境温度通过电磁换向阀进行切换运行；
所述冷凝器用于在制冷环工作时将电池组的热量释放到大气环境；
所述电磁换向阀用于切换制冷环的常规散热和制冷换热两种模式；
所述常规散热器用于在常规换热时，将电池组的热量释放到大气环境；
所述制冷膨胀水箱用于为制冷环冷却液提供补液、除汽和膨胀空间，调节系统压力平衡，维护系统可靠工作；
所述制冷模块用于为电池散热提供低温冷却水；
所述制冷水泵用于驱动制冷环路的冷却液流动；
所述制冷环内各部件连接处均采用全焊接方式，以降低制冷剂的泄漏。
其中，所述宽温域的车载散热系统还包括支撑机构，用作整个宽温域的车载散热系统的支撑单元。
其中，所述冷却风扇为轴流风扇，用于为散热器提供冷却风量。
其中，所述冷却风扇呈水平布置，各个散热器与水平面夹角为8°，冷却空气呈“U”型风道形式流动。
其中，所述高温散热器、低温散热器、常规散热器、冷凝器、高温膨胀水箱、低温膨胀水箱、制冷膨胀水箱、低温水泵1、低温水泵2、制冷水泵、冷却风扇集成设计在一个框架内，从而可实现一体吊装。
实施例1
本实施例以一种车载宽温域散热系统为例，如图1所示，本实施例提供的一种车载宽温域散热系统，用于解决高功率密度柴电混动车辆的散热问题，包括：高温环、低温环和制冷环三条冷却液循环环路，每条环路由独立的水泵来完成冷却液的循环，且各个环路冷却液相对独立，冷却空气侧共用一个轴流风扇。
第一，将车辆热源按照自身正常工作的温度范围进行分类，温度较高的热源规划在散热系统的高温环，温度较低的热源规划在散热系统的低温环，所需冷却液温度低于环境温度的热源规划在制冷环，由此构建成一种宽温域的车载散热系统；
第二，高温环换热部件包括发动机、高温散热器、发动机水泵和连接管路；低温环部件包括水空中冷器、发电机及发电机控制器、DC-DC转换器、左驱动电机控制器、左驱动电机、风扇控制器、右驱动电机控制器、右驱动电机、电子水泵、低温散热器和连接管路。
其中，制冷环部件包括电池组、制冷模块、冷凝器、常规散热器、冷凝器、制冷水泵、电磁换向阀和管路。
第三，每条环路由独立的水泵来完成冷却液的循环，且各个环路冷却液相对独立，冷却空气侧共用一个轴流风扇；
第四，制冷环冷凝器与常规散热器并置，再与低温散热器和高温散热器串联布置；
第五，冷却风扇和低温环水泵采用电驱动，可满足车辆纯电行驶的散热需求；
第六，高温环、低温环和制冷环单独配置膨胀水箱，用于平衡系统水侧压力和系统排气、补水。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种宽温域的车载散热系统，其特征在于，其用于柴电混动车辆的冷却散热，所述宽温域的车载散热系统包括：高温环、低温环和制冷环三条冷却液循环环路，每条环路由独立的水泵来完成冷却液的循环，且各个环路冷却液相对独立，冷却空气侧共用一个电驱动的冷却风扇；
所述宽温域的车载散热系统包括：高温散热器、高温膨胀水箱、发动机水泵、发动机、低温散热器、低温膨胀水箱、低温水泵1、低温水泵2、水空中冷器、发电机控制器、发电机、DC-DC转换器、风扇控制器、左驱动电机控制器、左驱动电机、右驱动电机控制器和右驱动电机、常规散热器、冷凝器、制冷膨胀水箱、制冷水泵、制冷模块、电池组和电磁换向阀；
其中，所述高温环的部件包括：高温散热器、高温膨胀水箱、发动机水泵和发动机；所述低温环的部件包括：低温散热器、低温膨胀水箱、低温水泵1、低温水泵2、水空中冷器、发电机控制器、发电机、DC-DC转换器、风扇控制器、左驱动电机控制器、左驱动电机、右驱动电机控制器和右驱动电机；所述制冷环的部件包括：常规散热器、冷凝器、制冷膨胀水箱、制冷水泵、制冷模块、电池组、电磁换向阀；
所述发动机水泵由发动机直接驱动，低温水泵1、低温水泵2和制冷水泵为电驱动，以满足纯电行驶工况需求；
所述低温环设计为双支路，分别在低温水泵1和低温水泵2驱动下完成各自循环；所述双支路共用一个低温散热器和一个低温膨胀水箱；
所述制冷环的冷凝器与常规散热器并置，再与低温环的低温散热器和高温环的高温散热器串联布置；系统内的冷却空气先流经常规散热器与冷凝器，然后再流经低温散热器和高温散热器，最后通过冷却风扇排出。
2.如权利要求1所述的宽温域的车载散热系统，其特征在于，其中低温散热器为双进双出，即两个进水口和两个出水口。
3.如权利要求2所述的宽温域的车载散热系统，其特征在于，所述低温环中，所述发电机控制器与发电机串联后与水空中冷器并联，该并联组件一端连接低温水泵1一端，另一端连接低温散热器的第一进水口，所述低温散热器的第一出水口连接至低温水泵1另一端；由此构成所述低温环的第一支路；
所述DC-DC转换器、左驱动电机控制器与左驱动电机串联，风扇控制器、左驱动电机控制器与左驱动电机串联，该两个串联组件再相互并联，该并联组件一端连接低温水泵2一端，另一端连接低温散热器的第二进水口，所述低温散热器的第二出水口连接至低温水泵2另一端；由此构成所述低温环的第二支路。
4.如权利要求1所述的宽温域的车载散热系统，其特征在于，
所述高温环，即发动机高温环中，
所述高温散热器用作为发动机高温环的热交换器，用于将发动机的热量释放到大气环境；
所述高温膨胀水箱用于为发动机高温环冷却液提供补液、除汽和膨胀空间，调节系统压力平衡，维护系统可靠工作。
5.如权利要求1所述的宽温域的车载散热系统，其特征在于，
所述低温环中，
所述低温散热器用作低温环的热交换器，用于将水空中冷器、发电机控制器的水冷板、发电机、左驱动电机控制器、左驱动电机、右驱动电机控制器、右驱动电机、DC-DC转换器、风扇控制器中的热量释放到大气环境；
所述低温膨胀水箱用于为低温环内的冷却液提供补液、除汽和膨胀空间，调节系统压力平衡，维护系统可靠工作；
所述风扇控制器用于控制冷却风扇电机的运行；所述风扇控制器的水冷板用于冷却风扇电机控制器的IGBT元件散热冷却；
所述低温水泵1用于驱动低温环内水空中冷器、发电机控制器和发电机中的冷却液流动；
所述低温水泵2用于驱动低温环内两个驱动电机及两个驱动电机控制器、风扇控制器和DC-DC转换器中的冷却液流动。
6.如权利要求1所述的宽温域的车载散热系统，其特征在于，
所述制冷环中，工作过程设计为常规散热和制冷换热两种模式，其根据环境温度通过电磁换向阀进行切换运行；
所述冷凝器用于在制冷环工作时将电池组的热量释放到大气环境；
所述电磁换向阀用于切换制冷环的常规散热和制冷换热两种模式；
所述常规散热器用于在常规换热时，将电池组的热量释放到大气环境；
所述制冷膨胀水箱用于为制冷环冷却液提供补液、除汽和膨胀空间，调节系统压力平衡，维护系统可靠工作；
所述制冷模块用于为电池散热提供低温冷却水；
所述制冷水泵用于驱动制冷环路的冷却液流动；
所述制冷环内各部件连接处均采用全焊接方式，以降低制冷剂的泄漏。
7.如权利要求1所述的宽温域的车载散热系统，其特征在于，所述宽温域的车载散热系统还包括支撑机构，用作整个宽温域的车载散热系统的支撑单元。
8.如权利要求1所述的宽温域的车载散热系统，其特征在于，所述冷却风扇为轴流风扇，用于为散热器提供冷却风量。
9.如权利要求1所述的宽温域的车载散热系统，其特征在于，所述冷却风扇呈水平布置，各个散热器与水平面夹角为8°，冷却空气呈“U”型风道形式流动。
10.如权利要求1所述的宽温域的车载散热系统，其特征在于，所述高温散热器、低温散热器、常规散热器、冷凝器、高温膨胀水箱、低温膨胀水箱、制冷膨胀水箱、低温水泵1、低温水泵2、制冷水泵、冷却风扇集成设计在一个框架内，从而可实现一体吊装。
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