CN113942366A - 一种前后双电机电动汽车的冷热循环系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电动汽车冷热循环系统技术领域，具体涉及一种前后双电机电动汽车的冷热循环系统及控制方法。提供了冷热循环系统，通过将电动汽车内的电机回路、电池回路、空调暖风回路和空调冷凝回路相关联，使用电动阀门进行控制，能够实现各回路热量的综合利用，能够节约汽车冷热循环系统的零件数量和制造成本，且结构紧凑能够节省布置空间；提供了冷热循环系统控制方法，通过检测前后双电机电动汽车内各部件的温度以及环境温度，控制电动阀门执行相应动作，实时控制所述电机回路、电池回路、空调暖风回路和空调冷凝回路之间的热量交换，实现对前后双电机电动汽车内电机、电机控制器、电池和小三件温度的精确控制。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车冷热循环系统技术领域，具体涉及一种前后双电机电动汽车的冷热循环系统及控制方法。
背景技术
随着电动汽车驱动技术的发展，越来越多的电动汽车开始采用前后双电机进行驱动。与单纯的单电机驱动不同的是，双电机能够有效地提高汽车的性能与续航能力，用户体验感也比较好。单电机系统在设计时，由于考虑到汽车需要应对爬坡以及一些复杂的路况，所选择的电机功率往往是偏大的。而在实际的应用过程当中，很多情况下电机都处于低速运转点，所以电机的效率比较低，大部分能量被浪费。而双电机就不用担心这样的问题，在低速和高速时使用功率不同的电机，能够大幅提高能量利用效率，比起单电机来说更加节能环保，而且汽车的续航能力也会提升不少。
电动汽车设置前后双电机驱动后，由于电机数量增多，现有的电动汽车的前后双电机冷热循环系统往往结构复杂，占用空间大，且温度控制精度较低，难以满足双电机电动汽车的各系统对工作温度的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种前后双电机电动汽车的冷热循环系统，能够简化冷热循环系统的结构，节省占用空间，同时提供一种前后双电机电动汽车的冷热循环系统控制方法，能够实现更加精确的温度控制，以满足双电机驱动对工作温度的要求。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种前后双电机电动汽车的冷热循环系统，包括电机回路、电池回路、空调暖风回路和空调冷凝回路，所述电机回路包含前电机回路和后电机回路，所述前电机回路和后电机回路并联设置并通过三通阀Ⅰ2与低温散热器1相连，前电机回路和后电机回路分别设有水泵Ⅰ4和水泵Ⅱ5，所述水泵Ⅰ4和水泵Ⅱ5均与除气室Ⅰ3连接，所述前电机回路设于前机舱，用于冷却前电机Ⅰ6、前电机Ⅱ7、前电机Ⅰ控制器8、前电机Ⅱ控制器9和小三电10，所述后电机回路设于后机舱，用于冷却后电机Ⅰ11、后电机Ⅱ12、后电机Ⅰ控制器13和后电机Ⅱ控制器14；
所述电池回路用于加热和冷却电池包15，所述电池回路分别通过热交换器Ⅰ17和热交换器Ⅱ18与所述空调暖风回路和空调冷凝回路进行热交换，所述电池回路通过四通阀19与所述电机回路相连，所述四通阀19与除气室Ⅱ16连接；
所述空调暖风回路设有PTC加热器22和水泵Ⅲ27，所述水泵Ⅲ27与除气室Ⅲ24连接，所述空调暖风回路通过三通阀Ⅱ23与所述热交换器Ⅰ17连接；
所述空调冷凝回路设有空调压缩机21、蒸发器25和冷凝器26，所述空调压缩机21和冷凝器26之间设有热交换器Ⅲ20，用于与所述空调暖风回路进行热交换，所述空调冷凝回路通过电控阀28与所述热交换器Ⅱ18连接。
进一步的，所述前电机Ⅰ6和前电机Ⅰ控制器8的冷却管路与所述前电机Ⅱ7和前电机Ⅱ控制器9的冷却管路并联连接在所述前电机回路中并与所述小三电10冷却管路串联。
进一步的，所述小三电10具体由DC\DC变换器、车载充电机、高压配电盒组成，且所述DC\DC变换器、车载充电机、高压配电盒集成为一体。
进一步的，所述后电机Ⅰ11和后电机Ⅰ控制器13的冷却管路与所述后电机Ⅱ12和后电机Ⅱ控制器14的冷却管路并联连接在所述后电机回路中。
进一步的，所述前电机Ⅰ6、前电机Ⅱ7、后电机Ⅰ11和后电机Ⅱ12均为油冷结构，且均自带热交换器；所述热交换器Ⅰ17和热交换器Ⅱ18均为板式热交换器；所述电池包15内置水泵。
进一步的，所述电机回路、电池回路、空调暖风回路和空调冷凝回路的管路均绕汽车横梁集中布置。
进一步的，所述空调暖风回路中的热交换器Ⅲ20和PTC加热器22集成布置为一体，所述除气室Ⅲ24和水泵Ⅲ27集成布置为一体，所述电池回路中的三通阀Ⅰ2、四通阀19和除气室Ⅱ16集成布置为一体，所述电机回路中的水泵Ⅰ4、水泵Ⅱ5和除气室Ⅰ3集成布置为一体。
一种前后双电机电动汽车的冷热循环系统控制方法，基于如上所述的冷热循环系统，包括如下步骤：
S1，判断所述前电机回路温度是否大于预设温度A，若是，则控制三通阀Ⅰ连通前电机回路与低温散热器进行散热，若否，则控制三通阀Ⅰ断开前电机回路与低温散热器；
S2，判断所述后电机回路温度是否大于预设温度B，若是，则控制三通阀Ⅰ连通后电机回路与低温散热器进行散热，若否，则控制三通阀Ⅰ断开后电机回路与低温散热器；
S3，判断所述电池回路温度是否小于预设温度C，若是，则开启所述空调暖风回路的三通阀Ⅱ，并通过热交换器Ⅰ对电池回路进行加热处理，若否，则关闭所述三通阀Ⅱ；
S4，判断所述电池回路温度是否大于预设温度D，若是，则开启所述空调冷凝回路的电控阀，并通过热交换器Ⅱ对电池回路进行冷却处理，若否，则关闭所述电控阀；
S5，判断环境温度是否低于预设温度E，若是，则开启所述四通阀，使所述电池回路的介质流入所述电机回路中，用于加热电机回路，若否，则关闭所述四通阀。
进一步的，所述预设温度D大于预设温度C，所述热交换器Ⅰ和热交换器Ⅱ均为板式热交换器。
一种前后双电机电动汽车，包括如上所述的冷热循环系统。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
1、提供了一前后双电机电动汽车的冷热循环系统，通过将电动汽车内的电机回路、电池回路、空调暖风回路和空调冷凝回路相关联，使用电动阀门进行控制，能够实现各回路热量的综合利用，能够节约汽车冷热循环系统的零件数量和制造成本，且结构紧凑能够节省布置空间；
2、通过热交换器使电池回路分别与空调暖风回路和空调冷凝回路进行冷热交换，能够使电池包一直处于恒温状态，功能上一直处于最佳状态，且能延长电池包的使用寿命。
3、通过将电机回路、电池回路、空调暖风回路和空调冷凝回路的相关管路均绕汽车横梁集中布置，同时将各回路中的主要部件进行集成布置，能够节约相关部件的布置支架和连接管路，并能够节省车内空间。
4、提供了一种前后双电机电动汽车的冷热循环系统控制方法，通过检测前后双电机电动汽车内各部件的温度以及环境温度，控制电动阀门执行相应动作，实时控制所述电机回路、电池回路、空调暖风回路和空调冷凝回路之间的热量交换，实现对前后双电机电动汽车内电机、电机控制器、电池和小三件温度的精确控制。
附图说明
图1为本发明冷热循环系统整体示意图；
图2为本发明冷热循环系统集成布置示意图；
图3为本发明冷热循环系统控制方法流程图。
图中：1、低温散热器；2、三通阀Ⅰ；3、除气室Ⅰ；4、水泵Ⅰ；5、水泵Ⅱ；6、前电机Ⅰ；7、前电机Ⅱ；8、前电机Ⅰ控制器；9、前电机Ⅱ控制器；10、小三电；11、后电机Ⅰ；12、后电机Ⅱ；13、后电机Ⅰ控制器；14、后电机Ⅱ控制器；15、电池包；16、除气室Ⅱ；17、热交换器Ⅰ；18、热交换器Ⅱ；19、四通阀；20、热交换器Ⅲ；21、空调压缩机；22、PTC加热器；23、三通阀Ⅱ；24、除气室Ⅲ；25、蒸发器；26、冷凝器；27、水泵Ⅲ；28、电控阀。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
一、一种前后双电机电动汽车的冷热循环系统
根据本发明实施的一种前后双电机电动汽车的冷热循环系统，用于装有“2+2”前后双电机驱动系统的电动汽车，所述电动汽车共设有4组驱动电机对应4个车轮，如图1所示，所述冷热循环系统包括电机回路、电池回路、空调暖风回路、空调冷凝回路。
1.电机回路
所述电机回路作为最重要的回路，负责给大三电(电机、电控系统、电池)中的电机、电控系统和小三电(DC\DC变换器、车载充电机、高压配电盒)进行冷却。
本发明的电机回路包含前电机回路和后电机回路，所述前电机回路和后电机回路并联设置并通过三通阀Ⅰ2与低温散热器1相连，前电机回路和后电机回路分别设有水泵Ⅰ4和水泵Ⅱ5，所述水泵Ⅰ4和水泵Ⅱ5均与除气室Ⅰ3连接。
其中，所述前电机回路设于前机舱，用于冷却前电机Ⅰ6、前电机Ⅱ7、前电机Ⅰ控制器8、前电机Ⅱ控制器9和小三电10，所述前电机Ⅰ及其控制器与前电机Ⅱ及其控制器并联连接在前电机回路中并与小三电串联；所述后电机回路设于后机舱，用于冷却后电机Ⅰ11、后电机Ⅱ12、后电机Ⅰ控制器13和后电机Ⅱ控制器14，所述后电机Ⅰ及其控制Ⅰ与后电机Ⅱ及其控制器并联连接在后电机回路中。
进一步的，所述前电机Ⅰ、前电机Ⅱ、后电机Ⅰ和后电机Ⅱ均为油冷结构，且均自带板式热交换器可进行散热；
更进一步的，当检测到电机回路部件温度低时，所述三通阀Ⅰ2不通电，所述前电机回路和后电机回路均通过电机自带的热交换器进行散热；当检测到电机回路部件温度过高时，所述三通阀Ⅰ2通电，所述前电机回路和后电机回路通过低温散热器1进行辅助散热。
所述小三电由DC\DC变换器、车载充电机和高压配电盒组成。
其中，所述DC\DC变换器(DC\DC)是将某一直流电源电压转换为任意直流电压的变换器，为动力转向系统、空调以及其他辅助设备提供所需的电力，在复合电源系统中与超级电容串联，起到调节电源输出、稳定母线电压的作用；
所述车载充电机(OBC)是固定安装在电动汽车上的控制和调整蓄电池充电的电能转换装置。其依据电池管理系统(BMS)提供的数据，动态调节充电电流或电压参数，执行相应的动作，完成充电过程；
所述高压配电盒(PDU)即高压电源分配单元；
本发明的冷热循环系统中的小三电集成了DC\DC、OBC、PDU三种功能。
2.电池回路
所述电池回路是对电池包15进行冷却和加热的回路，所述电池包15自带内置水泵，所述电池回路分别通过板式热交换器Ⅰ17和板式热交换器Ⅱ18与空调暖风回路和空调冷凝回路进行冷热交换。
当环境温度过低时，空调暖风回路三通阀Ⅱ23开启，通过板式热交换器Ⅰ17对电池回路进行加热处理；当环境温度过高时，空调冷凝回路电控阀28开启，通过板式热交换器Ⅱ18对电池包进行冷却处理，这样使得电池包一直处于恒温状态，功能上一直处于最佳状态。
同时，所述电池回路通过四通阀19与所述电机回路连接，所述四通阀19与除气室Ⅱ16相连，当环境温度正常时，四通阀不通电，所述电池回路与电机回路相互独立；当环境温度过低时，由于电池回路处于恒温，此时电池回路中的介质温度高于电机回路中的介质温度，四通阀通电，所述电池回路与电机回路连通，所述电池回路中的介质流入电机回路中，对电机回路进行加热，进而能够防止温度过低影响电机、电机控制器及小三电的工作。
3.空调暖风回路
由于前后双电机电动汽车中没有发动机这个热源，需要从外部获取热源，所述空调暖风回路通过热交换器Ⅲ20交换空调冷凝回路中空调压缩机21产生的高温高压气体的热能，并且所述空调暖风回路中设有PTC加热器22，当温度过低时，可通过PTC加热器22加热空调暖风回路中的介质。
同时，所述空调暖风回路通过三通阀Ⅱ23与所述板式热交换器Ⅰ17连接，当三通阀Ⅱ23断电时，空调暖风回路独自循环；当三通阀Ⅱ23通电时，空调暖风回路通过板式热交换器Ⅰ17给电池回路提供热量。
所述空调暖风回路中设有水泵Ⅲ27，所述水泵Ⅲ27与除气室Ⅲ24连接。
4.空调冷凝回路
所述空调冷凝回路设有空调压缩机21、蒸发器25和冷凝器26，用于汽车空调系统的冷却，所述空调冷凝回路中空调压缩机21和冷凝器26之间的热介质通过热交换器Ⅲ20为空调暖风回路提供热能；所述空调冷凝回路通过电控阀28与所述热交换器Ⅱ18连接，所述空调冷凝回路中经过冷凝器26后的冷介质通过板式热交换器Ⅱ18对电池回路进行冷却。
通过本发明的冷热循环系统，可以让电池包正常充放电并且不影响电池包寿命，同时电机、小三电等一系列系统都能达到很好的降温效果。
同时，通过将电动汽车内的电机回路、电池回路、空调暖风回路和空调冷凝回路相关联，并通过控制三通阀和四通阀，根据各回路的温度需求实现总热量的综合利用，能够节约汽车冷热循环系统的零件数量和制造成本，且使冷热循环系统的结构更加紧凑。
二、冷热循环系统的集成布置
如图2所示，所述电机回路、电池回路、空调暖风回路和空调冷凝回路的相关管路均绕汽车横梁集中布置，所述空调暖风回路中的热交换器Ⅲ20和PTC加热器22集成布置为一体，并集中布置在汽车横梁右侧；所述除气室Ⅲ24和水泵Ⅲ27集成布置为一体，并集中布置在汽车横梁后侧；所述电池回路中的三通阀Ⅰ2、四通阀19和除气室Ⅱ16集成布置为一体，并集中布置在汽车横梁右前侧；所述电机回路中的水泵Ⅰ4、水泵Ⅱ5和除气室Ⅰ3集成布置为一体，并集中布置在汽车横梁右后侧；通过对冷热循环系统的部件进行集成布置，能够节约相关部件的布置支架和连接管路，并能够节省车内空间。
三、冷热循环系统控制方法
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种前后双电机电动汽车的冷热循环系统控制方法，通过检测前后双电机电动汽车内各部件的温度以及环境温度，控制电动阀门执行相应动作，实时控制所述电机回路、电池回路、空调暖风回路和空调冷凝回路之间的热量交换，实现对前后双电机电动汽车内电机、电机控制器、电池和小三件(DC\DC变换器、车载充电机、高压配电盒)温度的精确控制。
如图3所示，所述冷热循环系统控制方法具体包括如下步骤：
S1，判断所述前电机回路温度是否大于预设温度A(具体为52℃)，若是，则控制三通阀Ⅰ连通前电机回路与低温散热器进行散热，若否，则控制三通阀Ⅰ断开前电机回路与低温散热器，此时前电机Ⅰ和前电机Ⅱ靠自带的热交换器进行散热；
S2，判断所述后电机回路温度是否大于预设温度B(具体为52℃)，若是，则控制三通阀Ⅰ连通后电机回路与低温散热器进行散热，若否，则控制三通阀Ⅰ断开后电机回路与低温散热器，此时前电机Ⅰ和前电机Ⅱ靠自带的热交换器进行散热；
S3，判断所述电池回路温度是否小于预设温度C(具体为10℃)，若是，则开启所述空调暖风回路的三通阀Ⅱ，并通过热交换器Ⅰ对电池回路进行加热处理，若否，则关闭所述三通阀Ⅱ；
S4，判断所述电池回路温度是否大于预设温度D(具体为40℃)，若是，则开启所述空调冷凝回路的电控阀，并通过热交换器Ⅱ对电池回路进行冷却处理，若否，则关闭所述电控阀；
S5，判断环境温度是否低于预设温度E(具体为-10℃)，若是，则开启所述四通阀，使所述电池回路的介质流入所述电机回路中，用于加热电机回路，若否，则关闭所述四通阀。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种前后双电机电动汽车，包括如上所述的冷热循环系统。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种前后双电机电动汽车的冷热循环系统，包括电机回路、电池回路、空调暖风回路和空调冷凝回路，其特征在于，所述电机回路包含前电机回路和后电机回路，所述前电机回路和后电机回路并联设置并通过三通阀Ⅰ(2)与低温散热器(1)相连，前电机回路和后电机回路分别设有水泵Ⅰ(4)和水泵Ⅱ(5)，所述水泵Ⅰ(4)和水泵Ⅱ(5)均与除气室Ⅰ(3)连接，所述前电机回路设于前机舱，用于冷却前电机Ⅰ(6)、前电机Ⅱ(7)、前电机Ⅰ控制器(8)、前电机Ⅱ控制器(9)和小三电(10)，所述后电机回路设于后机舱，用于冷却后电机Ⅰ(11)、后电机Ⅱ(12)、后电机Ⅰ控制器(13)和后电机Ⅱ控制器(14)；
所述电池回路用于加热和冷却电池包(15)，所述电池回路分别通过热交换器Ⅰ(17)和热交换器Ⅱ(18)与所述空调暖风回路和空调冷凝回路进行热交换，所述电池回路通过四通阀(19)与所述电机回路相连，所述四通阀(19)与除气室Ⅱ(16)连接；
所述空调暖风回路设有PTC加热器(22)和水泵Ⅲ(27)，所述水泵Ⅲ(27)与除气室Ⅲ(24)连接，所述空调暖风回路通过三通阀Ⅱ(23)与所述热交换器Ⅰ(17)连接；
所述空调冷凝回路设有空调压缩机(21)、蒸发器(25)和冷凝器(26)，所述空调压缩机(21)和冷凝器(26)之间设有热交换器Ⅲ(20)，用于与所述空调暖风回路进行热交换，所述空调冷凝回路通过电控阀(28)与所述热交换器Ⅱ(18)连接。
2.根据权利要求1所述的一种前后双电机电动汽车的冷热循环系统，其特征在于，所述前电机Ⅰ(6)和前电机Ⅰ控制器(8)的冷却管路与所述前电机Ⅱ(7)和前电机Ⅱ控制器(9)的冷却管路并联连接在所述前电机回路中并与所述小三电(10)冷却管路串联。
3.根据权利要求2所述的一种前后双电机电动汽车的冷热循环系统，其特征在于，所述小三电(10)具体由DC\DC变换器、车载充电机、高压配电盒组成，且所述DC\DC变换器、车载充电机、高压配电盒集成为一体。
4.根据权利要求1所述的一种前后双电机电动汽车的冷热循环系统，其特征在于，所述后电机Ⅰ(11)和后电机Ⅰ控制器(13)的冷却管路与所述后电机Ⅱ(12)和后电机Ⅱ控制器(14)的冷却管路并联连接在所述后电机回路中。
5.根据权利要求1所述的一种前后双电机电动汽车的冷热循环系统，其特征在于，所述前电机Ⅰ(6)、前电机Ⅱ(7)、后电机Ⅰ(11)和后电机Ⅱ(12)均为油冷结构，且均自带热交换器；所述热交换器Ⅰ(17)和热交换器Ⅱ(18)均为板式热交换器；所述电池包(15)内置水泵。
6.根据权利要求1所述的一种前后双电机电动汽车的冷热循环系统，其特征在于，所述电机回路、电池回路、空调暖风回路和空调冷凝回路的管路均绕汽车横梁集中布置。
7.根据权利要求1所述的一种前后双电机电动汽车的冷热循环系统，其特征在于，所述空调暖风回路中的热交换器Ⅲ(20)和PTC加热器(22)集成布置为一体，所述除气室Ⅲ(24)和水泵Ⅲ(27)集成布置为一体，所述电池回路中的三通阀Ⅰ(2)、四通阀(19)和除气室Ⅱ(16)集成布置为一体，所述电机回路中的水泵Ⅰ(4)、水泵Ⅱ(5)和除气室Ⅰ(3)集成布置为一体。
8.一种前后双电机电动汽车的冷热循环系统控制方法，基于如权利要求1～7任一项所述的冷热循环系统，其特征在于，包括如下步骤：
S1，判断所述前电机回路温度是否大于预设温度A，若是，则控制三通阀Ⅰ连通前电机回路与低温散热器进行散热，若否，则控制三通阀Ⅰ断开前电机回路与低温散热器；
S2，判断所述后电机回路温度是否大于预设温度B，若是，则控制三通阀Ⅰ连通后电机回路与低温散热器进行散热，若否，则控制三通阀Ⅰ断开后电机回路与低温散热器；
S3，判断所述电池回路温度是否小于预设温度C，若是，则开启所述空调暖风回路的三通阀Ⅱ，并通过热交换器Ⅰ对电池回路进行加热处理，若否，则关闭所述三通阀Ⅱ；
S4，判断所述电池回路温度是否大于预设温度D，若是，则开启所述空调冷凝回路的电控阀，并通过热交换器Ⅱ对电池回路进行冷却处理，若否，则关闭所述电控阀；
S5，判断环境温度是否低于预设温度E，若是，则开启所述四通阀，使所述电池回路的介质流入所述电机回路中，用于加热电机回路，若否，则关闭所述四通阀。
9.根据权利要求8所述的一种前后双电机电动汽车的冷热循环系统控制方法，其特征在于，所述预设温度D大于预设温度C，所述热交换器Ⅰ和热交换器Ⅱ均为板式热交换器。
10.一种前后双电机电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1～7任一项所述的冷热循环系统。
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