CN114232715A - 一种小型电动挖掘机集成散热系统及控制方法 - Google Patents

一种小型电动挖掘机集成散热系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种小型电动挖掘机集成散热系统及控制方法，包括水箱、一个冷却水泵、冷冻液主干路和常态冷却液主干路；冷冻液主干路上设有一个温度传感器Ⅰ，冷冻液主干路通过冷冻液支路与电驱动系统及控制器、电池系统和车载充电机连接，各冷冻液支路上安装有流量电磁阀Ⅰ和温度传感器Ⅲ；常态冷却液主干路上设有一个流量电磁阀Ⅱ和一个温度传感器Ⅱ，常态冷却液主干路通过冷却液支路与温度传感器Ⅲ连接；电驱动系统及控制器、电池系统和车载充电机的出液口均安装有温度传感器Ⅳ和单向阀；冷却水泵及各流量电磁阀和温度传感器分别与散热系统控制器连接，散热系统控制器与整车控制器连接。本发明为整机各个散热单元提供稳定温度的工作环境。

Description

一种小型电动挖掘机集成散热系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种小型电动挖掘机集成散热系统及控制方法，属于新能源节能技术领域。
背景技术
随着工程机械电动化的快速推进，国内外主流厂家广泛开展纯电动挖掘机的研发。对于纯电动系列产品，电机、电池和电控对环境工作温度都有严格的要求，为了提高整机产品的工作稳定性、可靠性、安全性以及“三电”零部件的工作效率和使用寿命，需要提供稳定可靠的工作温度范围。
目前，采用的散热方式主要有空冷，风冷和液冷三种模式，其中以液冷的散热模式效果最好。采用液冷散热方式的纯电动挖掘机需要散热的介质和零部件，主要有液压油、电动机，电池系统、充电机以及控制器等，除液压油采用独立散热装置(使用散热风扇风冷方式)外，在“三电系统”上至少使用两套水泵以及相应的接头和管路，且各套散热系统采用并联方式，相互独立。各系统设置温度上限，超过设定温度后采用冷冻液快速冷却或者加大风扇转速的方式，提高散热速度。
上述方式存在以下问题：
1)占用空间大。各个散热单元都是一套完整的散热系统，零部件种类和数量比较多。对于小型电动挖机来说，前后机舱集中布置了上下车液压系统，动力驱动系统以及挖掘机各种动作阀块已经占用大量空间，预留给散热系统的空间有限。
2)消热效率低。挖掘机内零部件过多，空气流动性差，降低散热能力。
3)能量利用率低。各系统相互独立，各系统散热效率不高，调配控制能力差，能量利用效率比较低。
4)部分零部件在临界或者高温状态下工作，降低零部件的可靠性和使用寿命。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种小型电动挖掘机集成散热系统及控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用的一种小型电动挖掘机集成散热系统，包括水箱，还包括与水箱连接的冷却水泵，及分别与冷却水泵连接且相互并联的冷冻液主干路和常态冷却液主干路；
所述冷冻液主干路上设有一个温度传感器Ⅰ，冷冻液主干路通过冷冻液支路与电驱动系统及控制器、电池系统和车载充电机连接，各冷冻液支路上安装有流量电磁阀Ⅰ和温度传感器Ⅲ；
所述常态冷却液主干路上设有一个流量电磁阀Ⅱ和一个温度传感器Ⅱ，常态冷却液主干路通过冷却液支路与冷冻液支路上的温度传感器Ⅲ连接，进而与电驱动系统及控制器、电池系统和车载充电机连接；
所述电驱动系统及控制器、电池系统和车载充电机的出液口均安装有温度传感器Ⅳ和单向阀，最后与水箱连接；
所述冷却水泵及各流量电磁阀和温度传感器分别与散热系统控制器连接，散热系统控制器与整车控制器连接。
作为改进，所述冷冻液主干路与冷却液制冷系统连接，所述冷却液制冷系统包括压缩机、蒸发器、冷凝器、截止阀、电子膨胀阀、换热器、压力开关；
所述换热器与冷冻液主干路连接，换热器依次与电子膨胀阀、截止阀、蒸发器、压缩机、冷凝器、压力开关连接成循环通路。
作为改进，所述冷却液制冷系统还包括电子风扇，所述电子风扇与整车控制器连接。
作为改进，所述冷却水泵的出液口与水箱间安装有安全阀。
作为改进，所述冷却水泵为一个。
另外，本发明还提供了一种所述小型电动挖掘机集成散热系统的控制方法，包括以下步骤：
先分别设定电驱动系统及控制器、电池系统和车载充电机的冷却液的理想工作温度区间；
根据各支路中实际冷却液循环后出液口相对进液口温升，实时动态调整常态冷却液和冷冻液的配比，使得电驱动系统及控制器、电池系统和车载充电机的进液口温度始终处于设定的温度区间。
作为改进，所述电池系统的温度不超过45℃，入液口温度设定在15±5℃。
作为改进，所述电驱动系统及控制器的进液温度不大于65℃，入液口温度设置在30±5℃。
作为改进，所述车载充电机不超过85℃，入液口温度设置在35±5℃。
与现有技术相比，本发明的小型电动挖掘机集成散热系统，将除液压油散热外的液冷散热系统集成，即采用一套水泵及管路，通过冷冻液和常态冷却液的流量调节混合形成多种温度的冷却液，并根据实际工况进行动态控制，为整机各个散热单元提供稳定温度的工作环境；且根据整机各部分循环后冷却液的温升变化，确定采用的散热模式，并对冷却液的流向和流量进行动态配比调节，极大提高能量利用率，与传统散热系统相比，本发明选用一套水泵散热系统，通过集成化控制技术使得散热系统的能量利用率得到明显的提升，同时稳定温度的工作环境提高电芯工作状态一致性，提高电池系统可靠性以及电机和控制器，充电机等零部件的高效性、可靠性和耐用性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中车载充电机的散热流程图；
图3为本发明中电池系统的充电散热流程图；
图4为本发明的工作状态散热流程图；
图中：1、水箱，2、冷却液制冷系统，2-1、压缩机，2-2、蒸发器，2-3、冷凝器，2-4、截止阀，2-5、电子膨胀阀，2-6、换热器，2-7、压力开关，2-8、电子风扇，3、电池系统，4、电驱动系统及控制器，5、车载充电机，6、散热系统控制器，7、整车控制器，8、温度传感器Ⅰ，9、流量电磁阀Ⅰ，10、单向阀，11、安全阀，12、冷却水泵，13、温度传感器Ⅲ，14、温度传感器Ⅳ，15、流量电磁阀Ⅱ，16、温度传感器Ⅱ。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
如图1、图4所示，一种小型电动挖掘机集成散热系统，包括水箱1，还包括与水箱1连接的一个冷却水泵12，及分别与冷却水泵12连接且相互并联的冷冻液主干路和常态冷却液主干路，所述冷却水泵1的出液口与水箱1间安装有安全阀11，所述冷冻液主干路和常态冷却液主干路用于提供冷却介质；
所述冷冻液主干路上设有一个温度传感器Ⅰ8，冷冻液主干路通过三支冷冻液支路与电驱动系统及控制器4、电池系统3和车载充电机5连接，各冷冻液支路上安装有流量电磁阀Ⅰ9和温度传感器Ⅲ13；
所述常态冷却液主干路上设有一个流量电磁阀Ⅱ15和一个温度传感器Ⅱ16，常态冷却液主干路通过冷却液支路与冷冻液支路上的温度传感器Ⅲ13连接，进而与电驱动系统及控制器4、电池系统3和车载充电机5连接；
所述电驱动系统及控制器4、电池系统3和车载充电机5的出液口均安装有温度传感器Ⅳ14和单向阀10，通过单向阀10防止回流，流出的冷却液最后回流至水箱1；
所述冷却水泵12及各流量电磁阀和温度传感器分别与散热系统控制器6连接，散热系统控制器6与整车控制器7连接。流量电磁阀的开度由散热系统控制器6总体调控。整车控制器7(型号可以为ARM7系列控制器)与散热系统控制器6(型号可以为EPEC4042系列控制器)实时数据交互，当整车需要较大散热需求时，由整车控制器7调控电子风扇2-8的转速，实现对冷冻液温度控制。
作为实施例的改进，所述冷冻液主干路与冷却液制冷系统2连接，所述冷却液制冷系统2包括压缩机2-1、蒸发器2-2、冷凝器2-3、截止阀2-4、电子膨胀阀2-5、换热器2-6、压力开关2-7；所述换热器2-6与冷冻液主干路连接，换热器2-6依次与电子膨胀阀2-5、截止阀2-4、蒸发器2-2、压缩机2-1、冷凝器2-3、压力开关2-7连接成循环通路。所述换热器2-6由驾驶室空调系统提供冷媒制冷。换热器2-6的作用是将常态冷却液降温，为整机散热系统提供冷冻液；工作中通过精确控制冷冻液的流量实现对设置的不同温度区间的调节控制；当入口处冷却液温度(温度传感器Ⅲ13监测的温度)达到设定温度区间后，以散热单元(电驱动系统及控制器4、电池系统3和车载充电机5等)出口处温度(温度传感器Ⅳ14监测的温度)为准，确定散热单元的具体温升，散热系统控制器6根据温升数据调整对应散热单元冷冻液的流量电磁阀Ⅰ9的开度，同时根据各个散热单元总的实际需要调整常态冷却液的流量电磁阀Ⅱ15的开度，调节总体流量。各个散热单元对入口处温度(温度传感器Ⅲ13监测的温度)再次监测核对，将混合后的温度数值传递给散热系统控制器6，散热系统控制器6根据温度状况对相应的散热单元冷冻液的流量电磁阀Ⅰ9采用相应的微量调节，保证混合后的冷却液稳态温度。
具体实现方法：
根据电池系统3、电驱动系统及控制器4和车载充电机5的理想工作环境温度分别设置进液口温度。考虑到各个散热单元工作中散热循环后温升情况，设定的入口温度普遍较低。其中电池系统3的温度不超过45℃，入液口温度设定在15±5℃，电驱动系统及控制器4的进液温度不大于65℃，入液口温度设置在30±5℃左右；车载充电机5不超过85℃，入液口温度设置在35±5℃左右。实际中可以根据不同的机型和散热装置，设定温度可以做相应的调置。
实际使用中，整机工作分为以下六种情况：
1)当常态冷却液低于0℃，整车冷却系统不工作，整机需要充电时，需要通过电池系统内部自带的电池系统控制器启动电池内部的PTC加热膜，对电芯迅速加热到允许充电温度；
2)当常态冷却液在0℃到15℃之间时，整车冷却系统启动，冷却液制冷系统2暂不启动，采用常态冷却液散热循环；
3)当常态冷却液在15℃到35℃之间时，冷却液制冷系统2启动(冷冻液)，连接电池系统3的常态冷却液流量电磁阀Ⅱ15和冷冻液流量电磁阀Ⅰ9进入工作状态，配合对流经电池系统3混合控温；电驱动系统及控制器4处于常态冷却液散热阶段；
4)当常态冷却液温度高于35℃时，三个散热单元(电驱动系统及控制器4、电池系统3和车载充电机5等)的流量电磁阀Ⅰ9处于开启状态，进入混合冷却模式；此时三个散热单元均以散热循环后出液口温度传感器Ⅳ14的温度为主要参考，通过与相应的进液口冷却液温度(温度传感器Ⅲ13监测)对比，调控冷却液流量电磁阀Ⅱ15的开度，初步确定冷冻液和常态冷却液的流量配比；同时根据对混合后进液口的温度(温度传感器Ⅳ14监测)数据，通过散热系统控制器6进行反馈控制，实现对相应散热单元冷冻液流量电磁阀Ⅰ9的开度微量调节；其中常态冷却液流量电磁阀Ⅱ15的开度根据三个散热单元总体需求量做对应的调节；
5)出液口温度会对上次的数据进行对比，温度上升变化量不超过5℃，判定处于稳定状态；如果超出5℃，散热系统控制器6给整车控制器7发出提高电子风扇转速的指令，提高制冷强度；
6)如果散热单元出液口温度超过相应零部件的警告温度，散热系统控制器6加大电子风扇和散热风扇转速的同时，会向显示屏或仪表发出温度过高报警指示。
使用慢充：即车载充电机充电时产生热量较大，车载充电机散热流程见图2，当入水口超出35℃后，启动压缩机冷却功能，同时实时调节常用冷却液和经过换热器冷却液(冷冻液)的流量，满足充电机进液口温度要求；同时电池箱内部启动散热循环，保证电芯在充电过程中热量及时的散出去，见图3。
使用快充时，发热体主要是电芯，快充电流较高，发热量比较大，此时整车冷却系统启动，除连接电池系统的电磁流量阀开启外，其他散热回路电磁阀关闭。在快充中仅对电池系统液冷散热，并根据散热需求进行散热调节，过程见图3。
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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种小型电动挖掘机集成散热系统，包括水箱(1)，其特征在于，还包括与水箱(1)连接的冷却水泵(12)，及分别与冷却水泵(12)连接且相互并联的冷冻液主干路和常态冷却液主干路；
所述冷冻液主干路上设有一个温度传感器Ⅰ(8)，冷冻液主干路通过冷冻液支路与电驱动系统及控制器(4)、电池系统(3)和车载充电机(5)连接，各冷冻液支路上安装有流量电磁阀Ⅰ(9)和温度传感器Ⅲ(13)；
所述常态冷却液主干路上设有一个流量电磁阀Ⅱ(15)和一个温度传感器Ⅱ(16)，常态冷却液主干路通过冷却液支路与冷冻液支路上的温度传感器Ⅲ(13)连接，进而与电驱动系统及控制器(4)、电池系统(3)和车载充电机(5)连接；
所述电驱动系统及控制器(4)、电池系统(3)和车载充电机(5)的出液口均安装有温度传感器Ⅳ(14)和单向阀(10)，最后与水箱(1)连接；
所述冷却水泵(12)及各流量电磁阀和温度传感器分别与散热系统控制器(6)连接，散热系统控制器(6)与整车控制器(7)连接。
2.根据权利要求1所述的一种小型电动挖掘机集成散热系统，其特征在于，所述冷冻液主干路与冷却液制冷系统(2)连接，所述冷却液制冷系统(2)包括压缩机(2-1)、蒸发器(2-2)、冷凝器(2-3)、截止阀(2-4)、电子膨胀阀(2-5)、换热器(2-6)、压力开关(2-7)；
所述换热器(2-6)与冷冻液主干路连接，换热器(2-6)依次与电子膨胀阀(2-5)、截止阀(2-4)、蒸发器(2-2)、压缩机(2-1)、冷凝器(2-3)、压力开关(2-7)连接成循环通路。
3.根据权利要求2所述的一种小型电动挖掘机集成散热系统，其特征在于，所述冷却液制冷系统(2)还包括电子风扇(2-8)，所述电子风扇(2-8)与整车控制器(7)连接。
4.根据权利要求1所述的一种小型电动挖掘机集成散热系统，其特征在于，所述冷却水泵(12)的出液口与水箱(1)间安装有安全阀(11)。
5.根据权利要求1所述的一种小型电动挖掘机集成散热系统，其特征在于，所述冷却水泵(12)为一个。
6.一种权利要求1-5任一项所述小型电动挖掘机集成散热系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
先分别设定电驱动系统及控制器(4)、电池系统(3)和车载充电机(5)的冷却液的理想工作温度区间；
根据各支路中实际冷却液循环后出液口相对进液口温升，实时动态调整常态冷却液和冷冻液的配比，使得电驱动系统及控制器(4)、电池系统(3)和车载充电机(5)的进液口温度始终处于设定的温度区间。
7.根据权利要求6所述的一种小型电动挖掘机集成散热系统的控制方法，其特征在于，所述电池系统(3)的温度不超过45℃，入液口温度设定在15±5℃。
8.根据权利要求6所述的一种小型电动挖掘机集成散热系统的控制方法，其特征在于，所述电驱动系统及控制器(4)的进液温度不大于65℃，入液口温度设置在30±5℃。
9.根据权利要求6所述的一种小型电动挖掘机集成散热系统的控制方法，其特征在于，所述车载充电机(5)不超过85℃，入液口温度设置在35±5℃。
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