CN113665348B - 一种冷却系统及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车技术领域，公开了一种冷却系统及冷却方法。冷却系统包括散热器、第一风扇、第二风扇、循环水泵以及水冷控制器，第一风扇和第二风扇均设置在散热器上，循环水泵、散热器、动力电池、电机控制器以及动力电机串联，循环水泵连接于散热器的进水口，动力电池连接于散热器的出水口，第一风扇、第二风扇、循环水泵、动力电池以及电机控制器均电连接于水冷控制器。本发明提供的冷却方法，包括四个步骤，分别对应了四种工作模式，车辆启动时，水冷控制器根据采集的各个温度，综合计算判断、统筹协调，控制循环水泵和风扇工作在相应的模式下。

Description

一种冷却系统及冷却方法

技术领域

本发明涉及技术领域汽车技术领域，尤其涉及一种冷却系统及冷却方法。

背景技术

新能源汽车(即电动汽车)以电机作为直接动力源。在行驶过程中，新能源汽车的驱动电机、电机控制器以及动力电池都会产生大量的热量，为保证新能源汽车的性能，需要对驱动电机、电机控制器以及动力电池进行冷却。

目前，汽车的冷却系统包括散热器、多个散热风扇以及多个循环水泵，将电机、电机控制器、以及电池与冷却系统串联起来进行冷却。但是，冷却系统对应多个散热风扇和多个循环水泵配置有多个散热风扇控制器和多个水泵控制器，从而分别控制散热风扇和循环水泵，冷却系统的集成度低、成本高、不利于布置和装配。而且，散热风扇和循环水泵独立工作，统筹协调性差，能耗高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷却系统，增大冷却系统的集成度，降低汽车的能耗。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种冷却系统，包括散热器、第一风扇、第二风扇、循环水泵以及水冷控制器，所述第一风扇和所述第二风扇均设置在所述散热器上，所述循环水泵、所述散热器、动力电池、电机控制器以及动力电机串联，所述循环水泵连接于所述散热器的进水口，所述动力电池连接于所述散热器的出水口，所述第一风扇、所述第二风扇、所述循环水泵、所述动力电池以及所述电机控制器均电连接于所述水冷控制器。

作为优选，所述水冷控制器包括信号采集模块，所述动力电池和所述电机控制器均电连接于所述信号采集模块。

作为优选，所述水冷控制器上设置有多个输出管脚，所述循环水泵、所述第一风扇、所述第二风扇一一对应分别连接于所述输出管脚。

本发明的另一个目的在于提供一种冷却方法，使用上述所述冷却系统，从而降低汽车的能耗。

一种采用如上所述冷却系统的冷却方法，包括以下步骤：

S1、通电一定时间后，所述水冷控制器采集所述动力电池的温度和所述电机控制器的温度，如果所述动力电池的温度和所述电机控制器的温度均低于第一温度设定值，所述第一风扇、所述第二风扇以及所述循环水泵均关闭；

S2、所述水冷控制器持续采集所述动力电池的温度和所述电机控制器的温度，如果所述动力电池的温度或者所述电机控制器的温度大于所述第一温度设定值，开启所述循环水泵，一定时间后，再次判断，如果所述动力电池的温度和所述电机控制器的温度均低于所述第一温度设定值，关闭所述循环水泵，如果所述动力电池的温度或者所述电机控制器的温度大于所述第一温度设定值，维持状态；

S3、如果所述动力电池的温度或者所述电机控制器的温度大于第二温度设定值，开启所述第一风扇，使所述循环水泵和所述第一风扇共同工作，一定时间后，再次判断，如果所述动力电池的温度和所述电机控制器的温度均低于所述第二温度设定值，关闭第一风扇，如果所述动力电池的温度或者所述电机控制器的温度大于所述第二温度设定值，维持状态；

S4、如果所述动力电池的温度或者所述电机控制器的温度大于第三温度设定值，开启所述第二风扇，使所述循环水泵、所述第一风扇以及所述第二风扇共同工作，一定时间后，再次判断，如果所述动力电池的温度和所述电机控制器的温度均低于所述第三温度设定值，关闭所述第二风扇，如果所述动力电池的温度或者所述电机控制器的温度大于所述第三温度设定值，维持状态。

作为优选，所述水冷控制器计算所述动力电池的温升率和所述电机控制器的温升率，所述水冷控制器设置有第一温升率比较值，在步骤S1中，如果所述动力电池的温升率或者所述电机控制器的温升率大于所述第一温升率比较值，进入步骤S2，开启所述循环水泵。

作为优选，所述水冷控制器根据Kg×(Tg-Ts1)或者Kf×(Tf-Ts1)进行计算，以调节所述循环水泵的转速，其中，Kg表示所述动力电池的温升率，Tg表示所述动力电池的温度，Ts1表示所述第一温度预设值，Kf表示电机控制器的温升率，Tf表示所述电机控制器的温度。

作为优选，所述水冷控制器设置有第二温升率比较值，在步骤S2中，如果所述动力电池的温升率或者所述电机控制器的温升率大于所述第二温升率比较值，进入步骤S3，开启所述第一风扇。

作为优选，所述水冷控制器根据Kg×(Tg-Ts2)或者Kf×(Tf-Ts2)进行计算，以调节所述第一风扇的转速，其中，Kg表示所述动力电池的温升率，Tg表示所述动力电池的温度，Ts2表示所述第二温度预设值，Kf表示所述电机控制器的温升率，Tf表示所述电机控制器的温度。

作为优选，所述水冷控制器设置有第三温升率比较值，在步骤S3中，如果所述动力电池的温升率或者所述电机控制器的温升率大于所述第三温升率比较值，进入步骤S4，开启所述第二风扇。

作为优选，所述水冷控制器根据Kg×(Tg-Ts3)或者Kf×(Tf-Ts3)进行计算，以调节所述第二风扇的转速，其中，Kg表示所述动力电池的温升率，Tg表示所述动力电池的温度，Ts3表示所述第三温度预设值，Kf表示所述电机控制器的温升率，Tf表示所述电机控制器的温度。

本发明的有益效果：

本发明提供的冷却系统，冷却水从循环水泵加压后，从散热器进水口进入散热器，经散热器进行热交换后，由散热器的出水口流出，依次流经动力电池、电机控制器和动力电机，最后回到循环水泵进水口，至此完成一个冷却循环。将动力电池和电机控制器电连接于水冷控制器，当水冷控制器检测到动力电池和电机控制器的温度上升需要冷却时，水冷控制器控制开启循环水泵、第一风扇以及第二风扇开启，降低动力电池和电机控制器的温度。而且，水冷控制器还可以调整循环水泵、第一风扇以及第二风扇的转速，在降低温度的同时减小能耗。

本发明提供的冷却方法，包括四个步骤，分别对应了四种工作模式，分别为模式一：第一风扇、第二风扇和循环水泵关闭不工作；模式二：第一风扇和第二风扇不工作，循环水泵工作；模式三：第二风扇不工作，第一风扇和循环水泵工作；模式四：第一风扇、第二风扇和循环水泵均工作。车辆启动时，水冷控制器根据采集的各个温度，从而控制循环水泵、第一风扇和第二风扇工作在相应的模式下。

附图说明

图1是本发明实施例冷却系统提供的结构示意图。

图中：

1、散热器；

2、第一风扇；

3、第二风扇；

4、循环水泵；

5、水冷控制器；

6、动力电池；

7、电机控制器；

8、动力电机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度大于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

目前，汽车的冷却系统包括散热器、多个散热风扇以及多个循环水泵，将电机、电机控制器、以及电池与冷却系统串联起来进行冷却。但是，冷却系统对应多个散热风扇和多个循环水泵，并配置有多个散热风扇控制器和多个水泵控制器，从而分别控制散热风扇和循环水泵，冷却系统的集成度低、成本高、不利于布置和装配。而且，散热风扇和循环水泵独立工作，统筹协调性差，能耗高。

为了提供冷却系统的集成度，降低成本，本实施例提供了一种冷却系统，如图1所示，其包括散热器1、第一风扇2、第二风扇3、循环水泵4以及水冷控制器5，将第一风扇2和第二风扇3均设置在散热器1上，循环水泵4、散热器1、动力电池6、电机控制器7以及动力电机8依次串联起来，并且将循环水泵4连接于散热器1的进水口，动力电池6连接于散热器1的出水口，从而形成一个冷却循环。第一风扇2、第二风扇3、循环水泵4、动力电池6以及电机控制器7均电连接于水冷控制器5，便于实现水冷控制器5对冷却系统的控制。

本实施例提供的冷却系统，冷却水从循环水泵4加压后，从散热器1进水口进入散热器1，经散热器1进行热交换后，由散热器1的出水口流出，依次流经动力电池6、电机控制器7和动力电机8，最后回到循环水泵4进水口，至此完成一个冷却循环。将动力电池6和电机控制器7电连接于水冷控制器5，当水冷控制器5检测到动力电池6和电机控制器7的温度上升需要冷却时，水冷控制器5控制开启循环水泵4、第一风扇2以及第二风扇3开启，降低动力电池6和电机控制器7的温度。而且，水冷控制器5可以调整循环水泵4、第一风扇2以及第二风扇3的转速，在降低温度的同时减小能耗。

具体地，水冷控制器5包括信号采集模块，将动力电池6和电机控制器7均电连接于水冷控制器5的信号采集模块，便于收集动力电池6和电机控制器7的实时温度。

具体地，水冷控制器5上设置有多个输出管脚，循环水泵4、第一风扇2以及第二风扇3一一对应分别连接于输出管脚。水冷控制器5上设置有第一输出引脚、第二输出引脚以及第三输出引脚，将循环水泵4对应连接第一输出引脚，第一风扇2对应连接第二输出引脚，第二风扇3对应连接第三输出引脚，便于水冷控制器5控制循环水泵4、第一风扇2以及第二风扇3的启停和转速。

更具体地，第一风扇2的电机和第二风扇3的电机均采用PWM控的高速无刷电机，将第一风扇2的电机控制线对应连接第二输出引脚，第二风扇3的电机控制线对应连接第三输出引脚，从而实现水冷控制器5对第一风扇2和第二风扇3的控制。循环水泵4采用大扬程PWM控高速水泵，将循环水泵4控制线对应连接第一输出管脚连接，从而给实现水冷控制器5对循环水泵4的控制。

具体地，本实施例中，散热器1、循环水泵4以及水冷控制器5的数量均为一个，相比于现有的冷却系统，本实施例提供冷却系统元件更少，便于集成安装。

本实施例还提供一种冷却方法，使用上述冷却系统，从而降低汽车的能耗。水冷控制器5设置有第一温度预设值、第二温度预设值、以及第三温度预设值，其中Ts1表示第一温度预设值，Ts2表示第二温度预设值，Ts3表示第三温度预设值，且Ts1<Ts2<Ts3。Tg表示动力电池6的温度，Tf表示电机控制器7的温度。

使用上述冷却系统的冷却方法包括以下步骤：

S1、通电一定时间后，水冷控制器5通过信号采集模块采集动力电池6的温度和电机控制器7的温度，如果动力电池6的温度和电机控制器7的温度均低于第一温度设定值，即Kf<Ts1且Tf<Ts1，水冷控制器5控制第一输出引脚、第二输出引脚以及第三输出引脚输出的PWM占空比均为0，从而使第一风扇2、第二风扇3以及循环水泵4均关闭；

S2、水冷控制器5持续采集动力电池6的温度和电机控制器7的温度，如果动力电池6的温度或者电机控制器7的温度大于第一温度设定值，即Tg>Ts1或者Tf>Ts1，则说明动力电机8、电机控制器7或者动力电池6在大量产生热量，需要冷却系统提前介入工作，水冷控制器5控制开启循环水泵4，实现提前给电机控制器7、动力电机8或者动力电池6降温，防止温度聚集上升后短时间内降温冷却系统负荷过大，能耗过高。一定时间后，水冷控制器5再次判断，如果动力电池6的温度和电机控制器7的温度均低于第一温度设定值，即Tg<Ts1且Tf<Ts1，水冷控制器5控制第一输出引脚输出的PWM占空比为0，关闭循环水泵4；如果动力电池6的温度或者电机控制器7的温度仍旧大于第一温度设定值，即Tg>Ts1或者Tf>Ts1，维持状态，循环水泵4持续开启，对电机控制器7、动力电机8或者动力电池6进行降温；

S3、如果动力电池6的温度或者电机控制器7的温度大于第二温度设定值，即Tg>Ts2或者Tf>Ts2，则说明冷却系统只开启循环水泵4降温不能满足动力系统的散热需求，水冷控制器5控制开启第一风扇2，使循环水泵4和第一风扇2共同工作，以增大散热器1的热交换量，尽快降低水温。一定时间后，再次判断，如果动力电池6的温度和电机控制器7的温度均低于第二温度设定值，即Tg<Ts2且Tf<Ts2，水冷控制器5信号控制第二输出引脚输出的PWM占空比为0，关闭第一风扇2，只开启循环水泵4进行工作，如果动力电池6的温度或者电机控制器7的温度仍旧大于第二温度设定值，即Kf>Ts2或者Tf>Ts2，维持状态，循环水泵5和第一风扇2共同工作，对电机控制器7、动力电机8或者动力电池6进行降温；

S4、如果动力电池6的温度或者电机控制器7的温度大于第三温度设定值，即Tg>Ts3或者Tf>Ts3，则说明冷却系统只开启循环水泵4和第一风扇2共同降温不能满足动力系统的散热需求，水冷控制器5控制开启第二风扇3，使循环水泵4、第一风扇2以及第二风扇3共同工作，以继续增大散热器1的热交换量，尽快降低水温。一定时间后，再次判断，如果动力电池6的温度和电机控制器7的温度均低于第三温度设定值，即Tg<Ts3且Tf<Ts3，水冷控制器5信号控制第三输出引脚输出的PWM占空比为0，关闭第二风扇3，如果动力电池6的温度或者电机控制器7的温度大于第三温度设定值，即Tg>Ts3或者Tf>Ts3，维持状态，循环水泵5、第一风扇2以及第二风扇3共同工作，对电机控制器7、动力电机8或者动力电池6进行降温。

本实施例提供的冷却方法，包括四个步骤，分别对应了四种工作模式，分别为模式一：第一风扇2、第二风扇3和循环水泵4均关闭不工作；模式二：第一风扇2和第二风扇3不工作，循环水泵4工作；模式三：第二风扇3不工作，第一风扇2和循环水泵4工作；模式四：第一风扇2、第二风扇3和循环水泵4均工作。车辆启动时，水冷控制器5根据采集的各个温度，控制循环水泵4和、第一风扇2和第二风扇3工作在相应的模式下。

进一步地，水冷控制器5根据信号采集模块采集的动力电池6的温度和电机控制器7的温度，并计算动力电池6的温升率和电机控制器7的温升率，其中，Kg表示动力电池6的温升率，Kf表示电机控制器7的温升率。水冷控制器5设置有第一温升率比较值、第二温升率比较值以及第三温升率比较值，其中，Ks1表示第一温升率比较值，Ks2表示第二温升率比较值，Ks3表示第三温升率比较值，且Ks1<Ks2<Ks3。

具体地，在步骤S1中，如果动力电池6的温升率或者电机控制器7的温升率大于第一温升率比较值，即Kg>Ks1或者Kf>Ks1，则说明动力电机8、电机控制器7或者动力电池6在大量产生热量，需要冷却系统提前介入工作，进入步骤S2，水冷控制器5控制开启循环水泵4。更具体地，水冷控制器5的第一输出引脚输出的PWM占空比根据公式Kf×(Tf-Ts1)或者Kg×(Tg-Ts1)进行计算，从而调节循环水泵4的转速。

具体地，在步骤S2中，如果动力电池6的温升率或者电机控制器7的温升率大于第二温升率比较值，即Kg>Ks2或者Kf>Ks2，则说明冷却系统只开启循环水泵4降温不能满足动力系统的散热需求，进入步骤S3，水冷控制器5控制开启第一风扇2，使循环水泵4和第一风扇2共同工作，以增大散热器1的热交换量，尽快降低水温。更具体地，水冷控制器5的第二输出引脚输出的PWM占空比根据公式Kf×(Tf-Ts2)或者Kg×(Tg-Ts2)进行计算，以调节第一风扇2的转速。

具体地，在步骤S3中，如果动力电池6的温升率或者电机控制器7的温升率大于第三温升率比较值，即Kg>Ks3或者Kf>Ks3，则说明冷却系统只开启循环水泵4和第一风扇2共同降温不能满足动力系统的散热需求，进入步骤S4，水冷控制器5控制开启第二风扇3。更具体地，水冷控制器5的第三输出引脚输出的PWM占空比根据公式Kf×(Tf-Ts3)或者Kg×(Tg-Ts3)进行计算，以调节第二风扇3的转速。

需要说明的是，在步骤S2中，已经根据公式Kf×(Tf-Ts1)或者Kg×(Tg-Ts1)进行计算，调节了循环水泵4的转速，所以在步骤S3中，循环水泵4已经工作在最高转速，不再需要调节循环水泵4的转速。同理，在步骤S4中，第一风扇2已经工作在最高转速，不再需要对第一风扇2的转速进行调节。在步骤S3和步骤S4中，减少了调节循环水泵4的转速和第一风扇2的转速的步骤，提供了工作效率。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种冷却系统的冷却方法，其特征在于，所述冷却系统包括散热器(1)、第一风扇(2)、第二风扇(3)、循环水泵(4)以及水冷控制器(5)，所述第一风扇(2)和所述第二风扇(3)均设置在所述散热器(1)上，所述循环水泵(4)、所述散热器(1)、动力电池(6)、电机控制器(7)以及动力电机(8)串联，所述循环水泵(4)连接于所述散热器(1)的进水口，所述动力电池(6)连接于所述散热器(1)的出水口，所述第一风扇(2)、所述第二风扇(3)、所述循环水泵(4)、所述动力电池(6)以及所述电机控制器(7)均电连接于所述水冷控制器(5)；

所述冷却方法，包括以下步骤：

S1、通电一定时间后，所述水冷控制器(5)采集所述动力电池(6)的温度和所述电机控制器(7)的温度，如果所述动力电池(6)的温度和所述电机控制器(7)的温度均低于第一温度设定值，所述第一风扇(2)、所述第二风扇(3)以及所述循环水泵(4)均关闭；

S2、所述水冷控制器(5)持续采集所述动力电池(6)的温度和所述电机控制器(7)的温度，如果所述动力电池(6)的温度或者所述电机控制器(7)的温度大于所述第一温度设定值，开启所述循环水泵(4)，一定时间后，再次判断，如果所述动力电池(6)的温度和所述电机控制器(7)的温度均低于所述第一温度设定值，关闭所述循环水泵(4)，如果所述动力电池(6)的温度或者所述电机控制器(7)的温度大于所述第一温度设定值，维持状态；

S3、如果所述动力电池(6)的温度或者所述电机控制器(7)的温度大于第二温度设定值，开启所述第一风扇(2)，使所述循环水泵(4)和所述第一风扇(2)共同工作，一定时间后，再次判断，如果所述动力电池(6)的温度和所述电机控制器(7)的温度均低于所述第二温度设定值，关闭第一风扇(2)，如果所述动力电池(6)的温度或者所述电机控制器(7)的温度大于所述第二温度设定值，维持状态；

S4、如果所述动力电池(6)的温度或者所述电机控制器(7)的温度大于第三温度设定值，开启所述第二风扇(3)，使所述循环水泵(4)、所述第一风扇(2)以及所述第二风扇(3)共同工作，一定时间后，再次判断，如果所述动力电池(6)的温度和所述电机控制器(7)的温度均低于所述第三温度设定值，关闭所述第二风扇(3)，如果所述动力电池(6)的温度或者所述电机控制器(7)的温度大于所述第三温度设定值，维持状态。

2.根据权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，所述水冷控制器(5)包括信号采集模块，所述动力电池(6)和所述电机控制器(7)均电连接于所述信号采集模块。

3.根据权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，所述水冷控制器(5)上设置有多个输出管脚，所述循环水泵(4)、所述第一风扇(2)、所述第二风扇(3)一一对应分别连接于所述输出管脚。

4.根据权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，所述水冷控制器(5)计算所述动力电池(6)的温升率和所述电机控制器(7)的温升率，所述水冷控制器(5)设置有第一温升率比较值，在步骤S1中，如果所述动力电池(6)的温升率或者所述电机控制器(7)的温升率大于所述第一温升率比较值，进入步骤S2，开启所述循环水泵(4)。

5.根据权利要求4所述的冷却方法，其特征在于，所述水冷控制器(5)根据Kg×(Tg-Ts1)或者Kf×(Tf-Ts1)进行计算，以调节所述循环水泵(4)的转速，其中，Kg表示所述动力电池(6)的温升率，Tg表示所述动力电池(6)的温度，Ts1表示所述第一温度预设值，Kf表示电机控制器(7)的温升率，Tf表示所述电机控制器(7)的温度。

6.根据权利要求4所述的冷却方法，其特征在于，所述水冷控制器(5)设置有第二温升率比较值，在步骤S2中，如果所述动力电池(6)的温升率或者所述电机控制器(7)的温升率大于所述第二温升率比较值，进入步骤S3，开启所述第一风扇(2)。

7.根据权利要求6所述的冷却方法，其特征在于，所述水冷控制器(5)根据Kg×(Tg-Ts2)或者Kf×(Tf-Ts2)进行计算，以调节所述第一风扇(2)的转速，其中，Kg表示所述动力电池(6)的温升率，Tg表示所述动力电池(6)的温度，Ts2表示所述第二温度预设值，Kf表示所述电机控制器(7)的温升率，Tf表示所述电机控制器(7)的温度。

8.根据权利要求4所述的冷却方法，其特征在于，所述水冷控制器(5)设置有第三温升率比较值，在步骤S3中，如果所述动力电池(6)的温升率或者所述电机控制器(7)的温升率大于所述第三温升率比较值，进入步骤S4，开启所述第二风扇(3)。

9.根据权利要求8所述的冷却方法，其特征在于，所述水冷控制器(5)根据Kg×(Tg-Ts3)或者Kf×(Tf-Ts3)进行计算，以调节所述第二风扇(3)的转速，其中，Kg表示所述动力电池(6)的温升率，Tg表示所述动力电池(6)的温度，Ts3表示所述第三温度预设值，Kf表示所述电机控制器(7)的温升率，Tf表示所述电机控制器(7)的温度。