一种集成冷却系统和汽车电驱动系统的制作方法

本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种集成冷却系统和汽车电驱动系统。

背景技术：

近年来随着国家政策的大力倡导，新能源车领域快速发展，行业内竞争也与日俱增，从技术角度出发提升主驱动系统的功率密度，系统的高效冷却以及系统的集成化是绕不开的方向。

专利号为zl201510488880.6的专利公开了一种电机油冷系统，该专利将带机壳的电机至于变速箱内部，将变速箱内的油采用泵喷淋在电机外表面，实现了简单的集成。电机内部的热量通过机壳传导后才能被油带走，冷却效果不佳，电机的热负荷提升有限，同时电机的控制器冷却并没有集成。

专利号201710826760.1公开一种客车用集成式电机驱动系统。该系统实现了电机、控制器、变速箱简单的一体化集成，变速箱通过花键轴以及螺栓实现壳体连接。并且该专利用的冷却介质是水，从而决定了该结构无法做到更深度的集成，热交换时介质和热源也是间接接触，换热效率不高，同时热交换速度并没有实现闭环控制，也存在换热滞后或者换热过剩。

由于现有技术中的纯电动车汽车低速爬坡或临时驻车时，主驱系统冷却液循环变慢甚至停止循环导致温升变高的问题；电机、变速箱、减速器三套独立冷却系统，占用机舱空间大的问题；主驱系统冷却液循环动力来源的传统做法是电池供电给电子泵或动力泵直耦发动机，冷却液固定流速在冷却回路中流动，无法根据发热源的实际温升实时调节换热速度，浪费了电能，但是没有达到预期的冷却效果等技术问题，因此本发明研究设计出一种集成冷却系统和汽车电驱动系统。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的电动车汽车存在电机、变速箱、减速器三套独立冷却系统占用机舱空间较大的缺陷，从而提供一种集成冷却系统和汽车电驱动系统。

本发明提供一种集成冷却系统，其包括：

第一冷却管路，所述第一冷却管路能够对汽车的电机进行冷却；

第二冷却管路，所述第二冷却管路能够对汽车的变速箱进行冷却；

第三冷却管路，所述第三冷却管路能够对汽车的控制器进行冷却；

其中所述第一冷却管路与所述第二冷却管路为并联或串联的结构；和/或，所述第一冷却管路与所述第三冷却管路为并联或串联的结构；和/或，所述第二冷却管路与所述第三冷却管路为并联或串联的结构。

优选地，

所述第一冷却管路、所述第二冷却管路和所述第三冷却管路均为并联；或者所述第一冷却管路、所述第二冷却管路并联后再与第三冷却管路串联；或者所述第一冷却管路、所述第二冷却管路和所述第三冷却管路均为串联。

优选地，

还包括动力泵，所述动力泵能够与所述第一冷却管路、所述第二冷却管路和所述第三冷却管路中的至少之一连接，对所述第一冷却管路、所述第二冷却管路和所述第三冷却管路中的至少之一泵送冷却液。

优选地，

还包括壳体，所述第一冷却管路、所述第二冷却管路和所述第三冷却管路均设置于所述壳体内。

优选地，

当还包括动力泵时，所述动力泵也设置于所述壳体内或设置于所述壳体上。

优选地，

还包括冷却液箱，所述冷却液箱与所述动力泵通过管路连接，所述第一冷却管路、所述第二冷却管路和所述第三冷却管路中的至少之一和所述冷却液箱、所述动力泵串联而形成闭环回路。

优选地，

当所述第一冷却管路、所述第二冷却管路和所述第三冷却管路均为并联时：所述第一冷却管路上设置有第一控制阀，所述第二冷却管路上设置有第二控制阀，所述第三冷却管路上设置有第三控制阀；

当所述第一冷却管路、所述第二冷却管路和所述第三冷却管路均为串联时：所述第一冷却管路、所述第二冷却管路和所述第三冷却管路相串联的管路上设置有第四控制阀。

优选地，

还包括能够对所述电机的温度进行检测的第一温度传感器，还包括能够对所述变速箱的温度进行检测的第二温度传感器，还包括能够对所述控制器的温度进行检测的第三温度传感器；

还包括温度处理器，所述温度处理器能够同时与所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第三温度传感器电连接，以获得所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第三温度传感器的温度信号；

还包括阀门控制单元，所述阀门控制单元与所述温度处理器电连接；所述阀门控制单元还同时分别与所述第一控制阀、所述第二控制阀和所述第三控制阀电连接，以分别对所述第一控制阀、所述第二控制阀和所述第三控制阀进行控制；或者所述阀门控制单元还同时与所述第四控制阀电连接，以对所述第四控制阀进行控制。

优选地，

当包括动力泵时，还包括动力泵控制器，所述动力泵控制器与所述温度处理器电连接，同时动力泵控制器与所述动力泵电连接，以控制所述动力泵打开、关闭和调节打开的开度。

本发明还提供一种汽车电驱动系统，其包括前任一项所述的集成冷却系统，还包括电机、变速箱和控制器，所述集成冷却系统中的第一冷却管路能对所述电机进行冷却，所述集成冷却系统中的第二冷却管路能对所述变速箱进行冷却，所述集成冷却系统中的第三冷却管路能对所述控制器进行冷却。

优选地，

当还包括壳体时，所述电机和所述变速箱均设置于所述壳体内，所述控制器固定设置于所述壳体上。

优选地，

所述电机包括转子和定子，所述变速箱包括多个相啮合的齿轮。

优选地，所述壳体上设置有进液口和出液口，所述第一冷却管路或所述第二冷却管路与所述进液口连接，所述第三冷却管路与所述出液口连接。

本发明提供的一种集成冷却系统和汽车电驱动系统具有如下有益效果：

1.本发明通过将分别对汽车的电机进行冷却的第一冷却管路、对汽车的变速箱进行冷却的第二冷却管路和对汽车的控制器进行冷却的第三冷却管路三者之间两两进行串联或并联，能够将原有的三个相互独立的液冷系统有效地进行了三合一的集成化，使得三者的流道为并联或串联或混联拓扑结构，使得整个驱动系统结构紧凑，缩小了机舱的占用空间，解决了电机、变速箱、减速器三套独立冷却系统占用机舱空间大的问题，并且还减轻了主驱系统的重量，提升了电池的续航里程；

2.本发明还通过设置温度传感器，能够分别检测出电机、变速箱和控制器的各自温度，从而再对电机所在的第一冷却管路、变速箱所在的第二冷却管路以及控制器所在的第三冷却管路进行阀门的控制，并且配合动力泵的流量的控制，实现对电机、变速箱以及控制器的分别的冷却控制，接受发热源的温升信息改变冷却液的换热速度，形成闭环控制，减少不必要的能源浪费。解决了尤其是纯电动车汽车低速爬坡或临时驻车时，主驱系统冷却液循环变慢甚至停止循环导致温升变高的问题；

3.本发明通过将多个冷却管路均设置于壳体内，大大减小了管路长度过长而带来的热阻，换热效率显著提升，相比常规冷却方式，直冷驱动系统的许用热负荷可以大大提高，相关实验数据表明，可以做到常规冷却方式的1.5～3倍，这样就可以缩小驱动系统的体积/重量，达到大幅提高功率密度的目标。

附图说明

图1是本发明的三合一集成闭环控制冷却系统的第一种连接方式的结构示意图；

图2是图1中的冷却液循环结构示意图；

图3是本发明的三合一集成闭环控制冷却系统的第二种连接方式的结构示意图；

图4是图3中的冷却液循环结构示意图；

图5a是本发明的三合一的汽车电驱动系统的正面结构示意图；

图5b是本发明的三合一的汽车电驱动系统的背面结构示意图；

图6是图5a的俯视内部结构示意图。

图中附图标记表示为：

11、第一冷却管路；12、第二冷却管路；13、第三冷却管路；21、电机；211、定子；22、变速箱；221、变速齿轮；23、控制器；231、控制器管路；3、动力泵；31、动力泵管路；4、壳体；41、进液口；42、出液口；5、冷却液箱；61、第一控制阀；62、第二控制阀；63、第三控制阀；64、第四控制阀；7、温度处理器；8、阀门控制单元；9、动力泵控制器；10、滤芯。

具体实施方式

如图1-6所示，本发明提供一种集成冷却系统，其包括：

第一冷却管路11，能够对汽车的电机21进行冷却；第二冷却管路12，能够对汽车的变速箱22进行冷却；第三冷却管路13，能够对汽车的控制器23进行冷却；所述第一冷却管路11、所述第二冷却管路12和所述第三冷却管路13中均流动冷却液；冷却液优选为油；

其中所述第一冷却管路11与所述第二冷却管路12为并联或串联的结构；和/或，所述第一冷却管路11与所述第三冷却管路13为并联或串联的结构；和/或，所述第二冷却管路12与所述第三冷却管路13为并联或串联的结构。

本发明通过将分别对汽车的电机进行冷却的第一冷却管路、对汽车的变速箱进行冷却的第二冷却管路和对汽车的控制器进行冷却的第三冷却管路三者之间两两进行串联或并联，能够将原有的三个相互独立的液冷系统有效地进行了三合一的集成化，使得三者的流道为并联或串联或混联拓扑结构，使得整个驱动系统结构紧凑，缩小了机舱的占用空间，解决了电机、变速箱、减速器三套独立冷却系统占用机舱空间大的问题，并且还减轻了主驱系统的重量，提升了电池的续航里程。混联拓扑结构解释为流道并联结构和流道串联结构同时存在，例如下：电机、变速箱流道并联之后再与控制器流道串联。

优选地，

所述第一冷却管路11和所述第二冷却管路12并联后再与所述第三冷却管路13均为并联；或者所述第一冷却管路11、所述第二冷却管路12并联后再与第三冷却管路串联(参见图1-2，第一种实施方式)，或者所述第一冷却管路11、所述第二冷却管路12和所述第三冷却管路13均为串联(参见图3-4，第二种实施方式)。这是本发明的三个冷却管路之间的优选连接方式，即三者可以串联、并联或者是混联拓扑结构，能够同时对电机、变速箱、控制器进行冷却；现有技术结构基本是电机水冷、控制器水冷、变速箱油冷或是电机变速箱分别采用油冷，控制器水冷等独立冷却的结构，本发明能够有效地减小体积结构、结构紧凑，减小重量，提升电池的续航里程。

优选地，

还包括动力泵3，所述动力泵3能够与所述第一冷却管路11、所述第二冷却管路12和所述第三冷却管路13中的至少之一连接，对所述第一冷却管路11、所述第二冷却管路12和所述第三冷却管路13中的至少之一泵送冷却液。通过动力泵能够为三个冷却管路提供动力，驱动冷却液进入三个冷却管路，以分别对电机、变速箱和控制器进行冷却。

优选地，

还包括壳体4，所述第一冷却管路11、所述第二冷却管路12和所述第三冷却管路13均设置于所述壳体4内。本发明通过将多个冷却管路均设置于壳体内，进一步的减小了三个管路的占用空间，使得结构更为紧凑，并且还大大减小了管路长度过长而带来的热阻，换热效率显著提升，相比常规冷却方式，直冷驱动系统的许用热负荷可以大大提高，相关实验数据表明，可以做到常规冷却方式的1.5～3倍，这样就可以缩小驱动系统的体积/重量，达到大幅提高功率密度的目标。

优选地，

当还包括动力泵3时，所述动力泵3也设置于所述壳体4内或设置于所述壳体4上。将动力泵设置于壳体内或壳体上能够进一步地实现动力泵与多个管路以及壳体之间的集成作用，进一步地减小占用空间，使得结构更为紧凑。

优选地，

还包括冷却液箱5，所述冷却液箱5与所述动力泵3通过管路连接，所述第一冷却管路11、所述第二冷却管路12和所述第三冷却管路13中的至少之一和所述冷却液箱5、所述动力泵3串联而形成闭环回路。这是本发明的集成冷却系统的进一步的优选结构形式，即通过冷却液箱能够对冷却液进行储存的同时还与动力泵和三个冷却管路一起组成闭环回路，实现冷却液循环使用，减少不必要的能源浪费，并且使得整体回路结构更为紧凑、占用空间更小，提升电池续航里程。

优选地，

当所述第一冷却管路11和所述第二冷却管路12并联后再与所述第三冷却管路13为并联时：所述第一冷却管路11上设置有第一控制阀61，所述第二冷却管路12上设置有第二控制阀62，所述第三冷却管路13上设置有第三控制阀63；

当所述第一冷却管路11、所述第二冷却管路12和所述第三冷却管路13均为串联时：所述第一冷却管路11、所述第二冷却管路12和所述第三冷却管路13相串联的管路上设置有第四控制阀64。

这是本发明的集成冷却系统的优选结构形式，通过设置第一、第二和第三控制阀能够对第一、第二和第三冷却管路独立时分别实现控制作用，从而根据需要对电机、变速箱和控制器进行冷却和降温作用，通过设置第四控制阀能够对第一、第二和第三冷却管路串联时实现总的控制作用，从而根据需要同时对电机、变速箱和控制器进行冷却和降温作用。

优选地，

还包括能够对所述电机21的温度进行检测的第一温度传感器，还包括能够对所述变速箱22的温度进行检测的第二温度传感器，还包括能够对所述控制器23的温度进行检测的第三温度传感器；

还包括温度处理器7，所述温度处理器7能够同时与所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第三温度传感器电连接，以获得所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第三温度传感器的温度信号；

还包括阀门控制单元8，所述阀门控制单元8与所述温度处理器7电连接；所述阀门控制单元8还同时分别与所述第一控制阀61、所述第二控制阀62和所述第三控制阀63电连接，以分别对所述第一控制阀61、所述第二控制阀62和所述第三控制阀63进行控制；或者所述阀门控制单元8还同时与所述第四控制阀64电连接，以对所述第四控制阀64进行控制。

这是本发明的集成冷却系统的进一步的优选结构形式，即通过温度传感器、温度处理器以及阀门控制单元，能够将电机、变速箱以及控制器的温度进行检测，将其反馈至温度处理器中，进行比较和运算，根据需要再通过各个阀门对三个冷却管路进行控制，从而实现根据实际情况而对电机、变速箱和控制器进行控制，对其降温和冷却，实现智能控制的作用。

本发明还通过设置温度传感器，能够分别检测出电机、变速箱和控制器的各自温度，从而再对电机所在的第一冷却管路、变速箱所在的第二冷却管路以及控制器所在的第三冷却管路进行阀门的控制，并且配合动力泵的流量的控制，实现对电机、变速箱以及控制器的分别的冷却控制，接受发热源的温升信息改变冷却液的换热速度，形成闭环控制，减少不必要的能源浪费。解决了尤其是纯电动车汽车低速爬坡或临时驻车时，主驱系统冷却液循环变慢甚至停止循环导致温升变高的问题。

优选地，

当包括动力泵3时，还包括动力泵控制器9，所述动力泵控制器9与所述温度处理器7电连接，同时动力泵控制器9与所述动力泵3电连接，以控制所述动力泵3打开、关闭和调节打开的开度。这是本发明集成冷却系统中包括动力泵时的优选结构形式，即还设置动力泵控制器，并将信号源连接到温度处理器，能够根据电机、变速箱以及控制器的温度而控制动力泵的开度大小或开闭的动作，从而实现对电机、变速箱以及控制器中流过冷却液的流量的控制，实现智能控制器降温和冷却的作用。

本发明将电机、变速箱、控制器三者的液冷系统进行三合一集成，三者的流道为并联或串联或混联拓扑结构；因为三者冷却各需冷却流道，混联拓扑结构解释为流道并联结构和流道串联结构同时存在，例如下：电机、变速箱流道并联之后再与控制器流道串联

本发明是同时对电机、变速箱、控制器进行冷却；现有技术结构基本是电机水冷、控制器水冷、变速箱油冷或是电机变速箱分别采用油冷，控制器水冷等独立冷却的结构。

本发明的三合一集成冷却系统为闭环系统，电机、变速箱、控制器三者的实时温度作为反馈信号，闭环控制动力泵的运行或阀门的开度。

本发明还公开一种深度集成的汽车电驱动系统，电机与变速箱共用壳体，部分冷却流道也存在共享，控制器本身独立于共用壳体之外，但其冷却流道是与前两者的冷却流道存在并联或串联关系。深度集成结构指电机与变速箱共用壳体的结构，因为两者融置于同一壳体，所以两者的冷却流道在部分路径上可以公用，达到流道共享。深度集成的方法：电机、变速箱融置于同一壳体，壳体内部设置有供两者冷却的流道。控制器安装在壳体外围，控制器冷却流道也与上述共用壳体连接。整体结构如图5a-5b所示。

本发明根据接受发热源的温升信息改变冷却液的换热速度，形成闭环控制，减少不必要的能源浪费，而且将电机、控制器、变速箱各自独立的冷却润滑系统通过并联或串联的方式进行集成，整个驱动系统结构紧凑，缩小了机仓的占用空间，减轻了主驱系统的重量，提升了电池的续航里程，与此同时，冷却介质与发热源直接接触，大大减小了接触热阻，换热效率显著提升，相比常规冷却方式，直冷驱动系统的许用热负荷可以大大提高，相关实验数据表明，可以做到常规冷却方式的1.5～3倍，这样就可以缩小驱动系统的体积/重量，达到大幅提高功率密度的目标。

解决了如下技术问题：电机、变速箱、减速器三套独立冷却系统，占用机舱空间大的问题；纯电动车汽车低速爬坡或临时驻车时，主驱系统冷却液循环变慢甚至停止循环导致温升变高的问题；主驱系统冷却液循环动力来源的传统做法是电池供电给电子泵或动力泵直耦发动机，冷却液固定流速在冷却回路中流动，无法根据发热源的实际温升实时调节换热速度，浪费了电能，但是没有达到预期的冷却效果。

本发明还提供一种汽车电驱动系统，其包括前任一项所述的集成冷却系统，还包括电机21、变速箱22和控制器23，所述集成冷却系统中的第一冷却管路11能对所述电机21进行冷却，所述集成冷却系统中的第二冷却管路12能对所述变速箱22进行冷却，所述集成冷却系统中的第三冷却管路13能对所述控制器23进行冷却。

本发明通过将分别对汽车的电机进行冷却的第一冷却管路、对汽车的变速箱进行冷却的第二冷却管路和对汽车的控制器进行冷却的第三冷却管路三者之间两两进行串联或并联，能够将原有的三个相互独立的液冷系统有效地进行了三合一的集成化，使得三者的流道为并联或串联或混联拓扑结构，使得整个驱动系统结构紧凑，缩小了机舱的占用空间，解决了电机、变速箱、减速器三套独立冷却系统占用机舱空间大的问题，并且还减轻了主驱系统的重量，提升了电池的续航里程。

优选地，当还包括壳体4时，所述电机21和所述变速箱22均设置于所述壳体4内，所述控制器23固定设置于所述壳体4上。本发明还公开一种深度集成的汽车电驱动系统，电机与变速箱共用壳体，部分冷却流道也存在共享，控制器本身独立于共用壳体之外，但其冷却流道是与前两者的冷却流道存在并联或串联关系，这样能够进一步使得多个结构被集成到壳体内，使得进一步深度集成化，使得占用空间更加小、结构更为紧凑。深度集成结构指电机与变速箱共用壳体的结构，因为两者融置于同一壳体，所以两者的冷却流道在部分路径上可以公用，达到流道共享。深度集成的方法：电机、变速箱融置于同一壳体，壳体内部设置有供两者冷却的流道。控制器安装在壳体外围，控制器冷却流道也与上述共用壳体连接。整体结构如图5a-5b所示。

优选地，所述电机21包括转子和定子211，所述变速箱22包括多个相啮合的变速齿轮221。这是本发明的电机和变速箱的优选结构形式。

优选地，如图5a-6所示，所述壳体4上设置有进液口41和出液口42，所述第一冷却管路11或所述第二冷却管路12与所述进液口41连接，所述第三冷却管路13与所述出液口42连接。这是本发明的壳体上的优选结构形式，即通过进液口能够与第一或第二冷却管路连接，以通入冷却液进入壳体内部而对电机或变速箱进行冷却，然后再通过出液口通出壳体并通至第三冷却管路以对控制器进行冷却，实现对三个驱动部件的分别冷却散热的作用，提高智能控制的效果。

图5a-5b直观的展示了本发明提及的三合一冷却系统及主驱电机结构图，可以看出，主驱电机和变速齿轮置于公用壳体内，两者可以实现冷却液的互通共享，控制器和动力泵都设置于公用壳体上，从而实现了冷却系统和主驱系统结构的深度集成，是实现轻量化、小型化的理想技术路线。

如图1-4所示，揭示了本发明的三合一闭环控制冷却系统。图中箭头指示了冷却液的流动方向，流经汽车主驱系统，冷却液箱、滤芯、动力泵，其中汽车主驱系统由电机、变速箱、控制器组成。汽车主驱系统的温度反馈至温度处理分析器，温度处理分析控制器一方面判断主驱系统的整体温升情况，决定是否输入动作信号至动力泵控制器调整冷却液的循环速度；另外一方面判断主驱系统三个部件各自的温升情况，决定是否输入动作信号至阀门控制单元，调整每条循环支路上的第一、第二和第三控制阀的开度进而实现冷却液的合理分流。阀门控制单元、温度分析、支路阀门处理器形成闭环一，动力泵控制器、温度分析处理器、动力泵形成闭环二，闭环一是闭环二的子环。本发明实现了实时在线监测主驱系统中的温升，根据电机、变速箱、控制器的实际温升情况调整冷却液的循环速度，换热效果优良，节约能源。

如图1所示，揭示了冷却液循环在主驱系统中的流动情况。从动力泵并联的三路分别进入主驱系统，同时在主驱系统中，电机和变速齿轮存在流道互通，冷却液在变速齿轮处汇聚后流入控制器，在回流到动力泵。

如图6所示，更加清晰的揭示了主驱系统功用壳体的情况(图中至于壳体之外的控制没有画出)，壳体的出液口与控制器的进液口相连通，由此图可以看出电机、变速齿轮置于同一壳体内，因此两者可以实现流道、冷却液的共享，集成度更加彻底，共用壳体的方案具有结构紧凑，系统功率/体积密度大的优势。而且将三者的独立冷却系统，进行流道的共享实现了三合一集成冷却。本发明提及的冷却液优选为油。

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。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型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。