CN117360205A - 纯电池电力驱动的车辆的按需冷却 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于根据需要冷却纯电池电力驱动的车辆(BEV)的电力电子装置和电机的设备和方法。

Description

纯电池电力驱动的车辆的按需冷却

技术领域

本发明涉及用于按需冷却纯电池电力驱动的车辆/纯电动车辆(BEV)的电力电子装置和电机的设备和方法。

背景技术

在用于车辆的电驱动装置中，部件的冷却功能通常借助于利用水-乙二醇混合物进行水冷却来实现。该混合物由冷却剂泵以通过冷却管的一定体积流量Q输送通过无论是串联的还是并联的部件。

在确定通过电力电子装置(＝脉冲逆变器)部件以及电机所需的体积流量需求时，通常基于与当前的冷却水温度的固定相关性，并且相应地调节所需的体积流量。该体积流量使得能够达到全性能，这是因为即使在运行中产生的最大损耗功率也能够被排出。因此，例如在冷却水温度为-30℃时采用的体积流量需求为2l/min，在冷却水温度为25℃时采用的体积流量需求为5l/min，在冷却水温度为70℃时采用的体积流量需求为10l/min。由于体积流量需求与当前的水温度的固定相关性，所以不能反映在运行中电力电子装置部件和电机的实际冷却需求。冷却总是以在部件的大多数运行情况下都不是必需的体积流量Q值来进行。这是因为体积流量需求被设计成使得在任何情况下都能够提供潜在的最大性能。

JP 2008 253 098A涉及一种冷却系统和一种具有该冷却系统的车辆。基于车辆中的加速器踏板的位置，控制器基于AC电机所需的输出生成电流命令，并控制逆变器，以便根据电流命令来调整实际电机电流。控制器基于加速器踏板的位置来估计在逆变器中产生的损耗，并且基于所估计的损耗来设定在冷却剂路径中流动的冷却水的目标流量Q*。控制器控制水泵的转速，以使冷却水以所设定的目标流量Q*循环。

US 2017/144 532A1公开了一种用于混合动力车辆的冷却设备，该冷却设备具有油回路，该油回路将从电动油泵输出的油供应给第一电机、第二电机、逆变器和具有润滑需求的部件。油回路包括：第一回路，所述第一回路将从所述电动油泵输出并被HV冷却器冷却的油供应至逆变器、第一电机和第二电机；以及第二回路，所述第二回路将从电动油泵输出的油在不被HV冷却器冷却的情况下供应至需要润滑的部件。通过流量控制阀能够调节第一回路以及第二回路的油流量，从而根据例如电机的负载和润滑油的温度等车辆状态控制向第一回路以及向第二回路分配的油流量。

由EP 1 942 038 A1已知一种冷却系统，该冷却系统被设置用于动力传动系，该动力传动系具有带有产热的第一驱动源的第一驱动系统和带有产热的第二驱动源的第二驱动系统。该冷却系统包括：循环流动路径，其被布置用于使冷却介质向第一驱动系统流动；第二驱动系统流动路径，其从循环流动路径分支并布置成绕过第一驱动系统而使冷却介质向第二驱动系统流动；流量分配调节器，其被设置成，对流向第一驱动系统中的冷却介质的流量与绕过第一驱动系统流向第二驱动系统中的冷却介质的流量的分配比例进行调节；电动送压装置，其被设置成将冷却介质在压力下输送通过循环流动路径；冷却剂温度探测器，其被设置为测量所述冷却剂的温度；第一状态探测器，其被设置为检测第一驱动系统的行驶状态；第二状态探测器，其被设置为检测第二驱动系统的行驶状态；流量要求调节模块，其被配置成，基于所测得的冷却介质温度和所检测到的第一驱动系统行驶状态，调节用于冷却第一驱动系统所需的第一流量要求，并基于所测得的冷却介质温度和所检测到的第二驱动系统行驶状态，调节用于冷却第二驱动系统所需的第二流量要求；以及控制装置，其被设置成控制流量分配调节器和电动送压装置，以便分别根据第一流量要求和第二流量要求调节流入第一驱动系统的冷却介质流量和流入第二驱动系统的冷却介质流量。

发明内容

在此背景下，本发明的目的在于，提供一种设备和一种方法，利用该设备和方法可以降低BEV的电驱动装置的水冷却的能量需求并且由此可以提高BEV的续驶里程。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的设备和具有权利要求9的特征的方法来实现。本发明的设计方案和改进方案由从属权利要求、说明书和附图得出。

本发明涉及一种用于纯电池电力驱动的车辆/纯电动车辆(BEV)的冷却系统。在本申请的上下文中，BEV是仅由电机驱动的机动车辆，它不具有附加的内燃机，并且其中电机由至少一个电能存储器供电，所述电能存储器通常被实施为HV电池。

根据本发明的冷却系统包括具有冷却剂泵的冷却剂回路、至少一个连接到该冷却剂回路的驱动单元和冷却剂泵控制装置，所述驱动单元包括脉冲逆变器(PWR)和至少一个电机(EM)。冷却系统还包括用于测量至少一个驱动单元的电力电子构件的当前温度的器件、用于测量至少一个驱动单元中的当前冷却剂温度的器件、用于确定至少一个驱动单元的当前损耗功率的器件、以及用于计算冷却系统中的冷却剂的理论体积流量/目标体积流量的器件。冷却剂泵控制装置被设置用于如此调节冷却剂泵的输送功率，使得冷却系统中冷却剂流的流动速率符合计算出的理论体积流量。

在一个实施方式中，冷却系统还包括用于测量冷却系统中的实际冷却剂体积流量的器件。在一个实施方式中，用于测量冷却系统中的实际冷却剂体积流量的器件包括至少一个流量计。在另一实施方式中，流量计是磁感应流量计(MID)。在其它实施方式中，流量计是浮子流量计或超声流量计(USD)。在又一些实施方式中，流量计是叶轮计数器、斜齿轮计数器、涡轮流量计或沃尔曼计数器。

该冷却系统包括用于测量至少一个驱动单元的电力电子构件的当前温度的器件。在一种实施方式中，用于测量至少一个驱动单元的电力电子构件的当前温度的器件包括至少一个温度传感器。在另一实施方式中，至少一个温度传感器具有集成到电力电子构件中的半导体温度传感器(固态电路)。

冷却系统包括用于测量至少一个驱动单元中的当前冷却剂温度的器件。在一个实施方式中，用于测量在至少一个驱动单元中的当前冷却剂温度的器件包括至少一个温度传感器。在另一实施方式中，至少一个温度传感器包括负温度系数热敏电阻(NTC)或正温度系数热敏电阻(PTC)。在另一实施方式中，至少一个温度传感器包括具有作为测量元件的石英振荡器的温度传感器。振荡石英的谐振频率随温度变化，并且可以非常精确地被测量。在又一个实施方式中，至少一个温度传感器包括热电偶，该热电偶将温度差通过塞贝克效应转换成电压。在又一实施方式中，至少一个温度传感器包括光纤温度传感器，其基于拉曼效应或光纤布拉格光栅传感器(FBGS)中的折射率随温度的变化来测量沿光纤的温度分布。

本发明还涉及一种用于根据需要冷却BEV的驱动单元的方法，尤其是一种用于冷却BEV的连接到冷却系统的具有冷却剂泵的冷却剂回路的至少一个驱动单元的方法，所述驱动单元包括脉冲逆变器和至少一个电机。

在所述方法中，冷却系统中的冷却剂的理论体积流量作为至少一个驱动单元的电力电子构件的当前温度、至少一个驱动单元中的当前冷却剂温度和至少一个驱动单元的当前损耗功率的函数来计算，并且冷却剂泵的输送功率被调节为使得冷却系统中的冷却剂的实际体积流量符合计算出的理论体积流量。

电力电子装置以及电机在运行中自主地测定其当前的冷却需求，从而形成符合需求的体积流量。为此目的，在部件方面确定冷却回路的由当前确定的损耗功率以及由构件的以及冷却介质的当前温度所需的理论体积流量。在一个实施方式中，理论体积流量或者流动速率被确定为函数f(脉冲逆变器损耗功率、当前水温、当前构件温度)。如果损耗小，也就是说存在低的冷却需求，那么可以降低体积流量。如果在部件方面要求高功率，则可以相应动态地提高体积流量。

在该方法的一个实施方式中，测量冷却系统中的冷却剂的实际体积流量，并且检查实际体积流量是否符合理论体积流量。在另一实施方式中，体积流量的实际值被反馈到PWR并且进行理论体积流量与实际体积流量的比较，以便识别是否的确已达到目标值。如果实际值与目标值有偏差，则可以相应地调整冷却剂泵的输送功率，直至达到目标值。

通过经由体积流量目标预定对电力电子装置和电机的按需冷却功能，可以降低电驱动单元水冷却的能量需求。通常，所有相关部件(如冷却剂泵和切换阀)都由低压能量网络供给，由此通过减小的体积流量Q也降低了所使用的冷却剂泵的能量需求。由于对于大多数运行情况都可以选择减小的体积流量，这使冷却剂泵功率消耗更少，所以通过更高的车辆总效率，这又导致更高的车辆电续驶里程。所述运行情况对应于通过驾驶员期望力矩限定的对电力电子装置和电机的力矩要求，该力矩要求又由加速踏板的当前值导出。本发明的其它优点和设计方案由说明书和附图得出。

不言而喻，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征不仅能够以各自给定的组合使用、而且也能够以其他组合使用或单独使用。

附图说明

本发明借助于实施方式在附图中示意性地示出并且参考附图进一步描述。附图示出：

图1示出了根据本发明的冷却系统的一个实施方案的示意图。

附图标记列表：

10冷却系统

11驱动单元(脉冲逆变器和电机)

12冷却控制装置

13驱动件

14冷却剂泵

101理论体积流量[l/min]

102实际体积流量[l/min]

103冷却剂流

具体实施方式

图1示出根据本发明的冷却系统10的一个实施方式的示意图。示出了被冷却的驱动单元11，该驱动单元包括脉冲逆变器和至少一个电机，以及用于测量驱动单元11的电力电子构件的当前温度的器件、用于测量驱动单元11中的当前冷却剂温度的器件和用于确定驱动单元11的当前损耗功率的器件、以及用于计算目标冷却剂体积流量101的器件。冷却控制装置12被设置成接收冷却系统10中的目标冷却剂体积流量的值101，并且经由驱动件(Treiber)13控制冷却剂泵14的转速，以调节冷却系统10中的对驱动单元11的构件进行冷却的冷却剂流103的流动速率Q。冷却控制装置12还设置用于测量冷却系统10中的实际冷却剂体积流量102，并且将该测量值传输至驱动单元11。

Claims (10)

1.一种用于纯电池电力驱动的车辆的冷却系统(10)，该冷却系统包括带有冷却剂泵(14)的冷却剂回路、至少一个连接到所述冷却剂回路的驱动单元(11)和冷却剂泵控制装置(12)，所述驱动单元包括脉冲逆变器和至少一个电机，所述冷却系统还包括用于测量至少一个驱动单元(11)的电力电子构件的当前温度的器件、用于测量在至少一个驱动单元(11)中的当前冷却剂温度的器件和用于确定至少一个驱动单元(11)的当前损耗功率的器件、以及用于计算冷却系统(10)中的冷却剂的理论体积流量的器件，其中，冷却剂泵控制装置(12)被设置用于如此调节冷却剂泵(14)的输送功率，使得冷却系统(10)中的冷却剂流的流动速率符合计算出的理论体积流量。

2.根据权利要求1所述的冷却系统(10)，其特征在于，用于测量至少一个驱动单元(11)的电力电子构件的当前温度的器件包括至少一个温度传感器。

3.根据权利要求2所述的冷却系统(10)，其特征在于，所述至少一个温度传感器包括集成在电力电子构件中的半导体温度传感器(固态电路)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却系统(10)，其特征在于，用于测量在至少一个驱动单元(11)中的当前冷却剂温度的器件包括至少一个温度传感器。

5.根据权利要求4所述的冷却系统(10)，其特征在于，所述至少一个温度传感器包括负温度系数热敏电阻(NTC)或正温度系数热敏电阻(PTC)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却系统(10)，其中，该冷却系统包括用于测量冷却系统(10)中的实际冷却剂体积流量的器件。

7.根据权利要求6所述的冷却系统(10)，其特征在于，用于测量冷却系统(10)中的实际冷却剂体积流量的器件包括至少一个流量计。

8.根据权利要求7所述的冷却系统(10)，其特征在于，所述流量计是磁感应流量计(MID)。

9.一种用于冷却纯电池电力驱动的车辆的连接到冷却系统(10)的具有冷却剂泵(14)的冷却剂回路的至少一个驱动单元(11)的方法，所述驱动单元包括脉冲逆变器和至少一个电机，其中，冷却系统(10)中的冷却剂的理论体积流量作为至少一个驱动单元(11)的电力电子构件的当前温度、至少一个驱动单元(11)中的当前冷却剂温度和至少一个驱动单元(11)的当前损耗功率的函数来计算，并且冷却剂泵(14)的输送功率被调节为使得冷却系统(10)中的冷却剂的实际体积流量符合计算出的理论体积流量。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，测量冷却系统(10)中的冷却剂的实际体积流量，并且检查该实际体积流量是否符合理论体积流量。