一种车辆电驱动系统用智能散热控制方法与流程

1.本发明涉及机场服务车辆技术领域，具体而言，涉及一种车辆电驱动系统用智能散热控制方法。


背景技术：

2.随着中国乃至全球汽车电动化的日益发展，相关电动汽车的配套系统也在不断的升级优化。为了实现整车的智能、高效和高可靠性，相关配套系统的智能、简洁高效以及高可靠性变成为新时代电动汽车对相关配套系统的普遍要求，为此各个领域的配套系统都在朝着这个方向加大研发力度。
3.目前永磁电机占电动汽车装机量的90％以上，但永磁电机的性能随着温度上升而衰减。因此为了防止永磁电机中永磁体可逆和不可逆的退磁，总是期望有一个低温的转子环境，低温工作温度是延长永磁和绝缘材料的最佳策略，而这个重任不可推卸的落在了散热系统上。也就是电驱系统的高可靠性离不开良好的散热系统。同时为不增加整车成本以及整车能耗，散热系统需能准确及时的响应电驱系统的散热需求，并能够随着车辆工况的变化智能的调整系统参数，使车辆在各种工况下都拥有较高的效率。另外，电动汽车噪音很大一部分来源于散热系统风扇的噪音，如果能够按需求精准的控制风扇的转速，对于提高车辆的nvh水平也有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明就是为了解决如何提高用于电动汽车的散热系统的性能，使散热系统快速准确的响应电驱系统散热需求，降低散热系统对整车的能耗，提高车辆的nvh水平的技术问题，提供一种车辆电驱动系统用智能散热控制方法。
5.本发明提供一种车辆电驱动系统用智能散热控制方法，包括智能散热系统，所述智能散热系统包括车辆控制器、电机控制器、永磁电机、散热器、电控风扇、电子水泵、水管、水温传感器、流量传感器和环境温度传感器，所述电机控制器设有水冷散热模块，所述永磁电机设有水冷散热装置，所述水冷散热装置设有水入口和水出口；通过水管将散热器、永磁电机、电机控制器、电子水泵串联起来形成循环水路，所述电子水泵的出口与电机控制器中水冷散热模块的入口连接，所述电机控制器中水冷散热模块的出口与永磁电机的水入口连接，永磁电机的水出口与散热器的进口端连接，所述散热器的出口端与电子水泵的入口连接；所述水温传感器与水管连接，所述水温传感器位于散热器的出口端之后；所述环境温度传感器用于检测电动汽车车外的环境温度th，所述水温传感器通过信号线与车辆控制器连接，所述环境温度传感器通过信号线与车辆控制器连接，水温传感器采集的水管中水的温度ts发送给车辆控制器，所述环境温度传感器采集的环境温度th发送给车辆控制器；所述流量传感器与水管连接，流量传感器通过信号线与车辆控制器连接；
6.所述电机控制器与车辆控制器电连接，所述电机控制器能够反馈其自身温度数据tc给车辆控制器；所述永磁电机能够将自身的温度数据tm发送给车辆控制器；
29.tk5＝tk2－t
k730.tk4＝tk3－tk7。
31.优选地，所述步骤4的低散热模式下，车辆控制器依据水温ts的变化来线性调整电控风扇的转速，车辆控制器以间隔时间t读取水温ts，并计算前后水温差值
△
ts，按如下策略调整电控风扇的转速：如果水温降低，且
△
ts＜t
s1
，则保持电控风扇当前的转速不变；如果水温降低，且
△
ts≥t
s1
，则将电控风扇当前的转速降低
△
ts*a；如果水温增长，则将电控风扇当前的转速增加
△
ts*a。
32.优选地，所述步骤6的中散热模式下，
33.在散热系统进入中散热量模式，车辆控制器依据水温ts的变化来线性调整电控风扇的转速，具体调整过程是，车辆控制器以间隔时间t读取水温ts，并计算前后水温差值
△
ts，按如下策略调整电控风扇的转速：如果水温降低，且
△
ts＜t
s1
，则保持电控风扇当前的转速不变；如果水温降低，且
△
ts≥t
s1
，则将电控风扇当前的转速降低
△
ts*a；如果水温增长，则将电控风扇当前的转速增加
△
ts*a。
34.优选地，所述步骤8的高散热模式下，车辆控制器根据水温变化线性控制，具体过程是，车辆控制器以间隔时间t读取水温ts，并计算前后水温差值
△
ts，按如下策略调整电控风扇的转速：如果水温降低，且
△
ts＜t
s1
，则保持电控风扇当前的转速不变；如果水温降低，且
△
ts≥t
s1
，则将电控风扇当前的转速降低
△
ts*a；如果水温增长，使电控风扇保持以最高转速nf3运行。
35.优选地，所述智能散热系统还包括副水箱，所述副水箱的顶部设有排气阀，所述散热器的顶部设有排气口，所述散热器顶部的排气口通过一根管与副水箱的侧面连接；所述副水箱的底部通过补水管与散热器的出口和电子水泵的入口之间的管路连接。
36.本发明的有益效果是：(1)控制方法可以智能的调节散热系统参数，快速准确的响应电驱系统散热需求；(2)有效保护电驱系统，免于因局部过热而导致零部件遭到破坏；(3)考虑环境温度影响，相应调整散热系统参数，使散热系统在各个环境温度下都具有较高效率；(4)可以有效降低散热系统对整车的能耗；(5)提高整车nvh水平；(6)全方面监控散热系统各项参数，便于故障诊断维修。
37.nvh是噪声(noise)、振动(vibration)、声振粗糙度(harshness)的英文缩写。
38.本发明进一步的特征和方面，将在以下参考附图的具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。
附图说明
39.图1是智能散热系统的原理框图；
40.图2是智能散热系统控制方法的控制模式图；
41.图3是智能散热系统控制方法的具体流程图。
42.图中符号说明：
43.1.散热器，2.电控风扇，3.流量传感器，4.车辆控制器，5.环境温度传感器，6.副水箱，7.液位传感器，8.水温传感器，9.电子水泵，10.电机控制器，11.永磁电机，12.水管。
具体实施方式
44.以下参照附图，以具体实施例对本发明作进一步详细说明。
45.如图1所示，本发明公开的智能散热系统主要有待散热部件：电机控制器10和永磁电机11；散热部件：散热器1、电控风扇2、电子水泵9、水管12和副水箱6；控制系统：车辆控制器4、水温传感器8、流量传感器3、液位传感器7和环境温度传感器5。为了提高车辆控制系统的集成度，散热系统直接采用车辆控制器直接控制，在简化系统的同时也降低了整车成本。图1中的箭头指向是水循环方向，电机控制器10设有水冷散热模块；永磁电机11具有水冷散热装置，水冷散热装置设有水入口和水出口；通过水管12将散热器1、永磁电机11、电机控制器10、电子水泵9串联起来形成循环水路，电子水泵9的出口与电机控制器10中水冷散热模块的入口连接，电机控制器10中水冷散热模块的出口与永磁电机11的水入口连接，永磁电机11的水出口与散热器1的进口端连接，散热器1的出口端与电子水泵9的入口连接；水温传感器8安装在水管12上，水温传感器8位于散热器1的出口端之后，水温传感器8用于检测水管12中经过散热器1降温后的水的温度；环境温度传感器5安装在电动汽车的底盘车架或者车身上，环境温度传感器5用于检测电动汽车车外的环境温度th；水温传感器8通过信号线与车辆控制器4连接，环境温度传感器5通过信号线与车辆控制器4连接，水温传感器8采集的水管12中水的温度ts发送给车辆控制器4，环境温度传感器5采集的环境温度th发送给车辆控制器4。流量传感器3与水管12连接，流量传感器3通过信号线与车辆控制器4连接，流量传感器3采集的水管12中循环水流量数据发送给车辆控制器4。液位传感器7与副水箱6连接，液位传感器7通过信号线与车辆控制器4连接，液位传感器7采集的副水箱6中的冷却液的液位数据发送给车辆控制器；副水箱6用于补偿系统冷却水、排出液体中的气泡以及提供一定的膨胀空间，散热器1顶部的排气口通过一根管与副水箱6的侧面连接，从而使散热器1顶部的排气口通过管与副水箱6的内腔连通，副水箱6顶部设有排气阀，散热器顶部的排气口输出的气体进入副水箱6中然后从排气阀排出；设置一根补水管，补水管的一端与副水箱6底部连接，补水管的另一端与散热器1的出口和电子水泵9的入口之间的管路连接，实现副水箱6的内腔与散热器1的出口和电子水泵9的入口之间的管路的连通。
46.电机控制器10与车辆控制器4电连接，电机控制器10本身具有反馈其自身温度数据tc给车辆控制器4的功能。
47.永磁电机11自身就设置有检测其绕组线圈温度的温度传感器，该温度传感器通过信号线与车辆控制器4电连接。永磁电机11自身的温度数据tm发送给车辆控制器4。
48.散热器1、电控风扇2、副水箱6、电子水泵9、电机控制器10、水管12均安装布置在电动车的底盘上，电控风扇2正对散热器1。电控风扇2在车辆控制器4的控制下工作，电控风扇2从车体外侧吸取温度较低的空气并吹向散热器1，当空气流经散热器时与温度较高的散热器进行热交换，带走一定热量，从而使散热器1中的水温降低，空气流量越大，则带走的热量越多，水温则降低的越多。
49.依据所采集的各项信息车辆控制器4会通过一定的控制策略实时调整散热系统各项参数，如电控风扇2和电子水泵9的启停，或者电控风扇2的转速，或者电子水泵9的转速，即系统循环冷却水的流量。通过调整以上参数使散热系统进入不同的散热模式，具体散热模式分为预散热模式、低散热量模式、中散热量模式和高散热量模式，如图2所示，散热系统各散热模式之间的切换逻辑为逐级递增或递减。每种散热模式还会依据水温信息来线性调
整散热量的大小，从而可以动态快速准确的响应电驱系统对散热的需求，避免散热系统响应不及时造成的电驱系统零部件因过热而损坏，或者过度散热带来的整车能耗和成本的增加。
50.基于上述智能散热系统，本发明公开的智能散热控制方法通过直接信息(永磁电机11本身的温度以及电机控制器4本身的温度)来快速定位系统散热需求大小，而后通过间接信息(水温)来微调散热量以准确匹配散热需求，具体流程如图3所示：
51.步骤s1，车辆上电初始化。
52.步骤s2，只要车辆控制器4和电机控制器10上电，车辆控制器4就指令电子水泵9按预定转速ns1低速运行(转速ns1是电子水泵的额定转速的30％以下)，使水管12中的冷却水低速循环，开启预散热模式。此时电控风扇处于停止运转状态，转速是零。
53.步骤s3，车辆控制器4会一直监控永磁电机11的温度、电机控制器10的温度以及电动汽车的挂挡信号；一旦永磁电机11的温度tm≥td1，或者电机控制器10的温度tc≥tk1,则进入步骤s4，否则进入步骤s10。
54.步骤s4，车辆控制器4使电子水泵9的转速提高至预定转速ns2，使系统冷却水流量达到系统所要求的额定流量q。事先通过实验得到电子水泵的转速与冷却水流量之间的关系曲线，再根据该关系曲线确定期望的额定流量q，额定流量q对应的转速就是ns2。同时车辆控制器4指令电控风扇2启动，电控风扇2按预定转速nf1运行，此时散热系统开始以低散热量模式运行。
55.所述电控风扇2的开启转速nf1与环境温度th有关，环境温度th与风扇开启转速nf1成正比例关系，环境温度越高则风扇开启转速则越高，反之环境温度越低则风扇开启转速则越低。因为环境温度的高低会影响散热系统散热功率的大小，所以为了使启动时散热功率尽可能不受环境温度影响，电控风扇的开启转速需考虑环境温度的变化。准确的说nf1是th通过相关公式计算而来，当环境温度th≤th1时，nf1＝nf4，nf4为电控风扇的最低转速(最低转速nf4是由风扇本身的特性决定的，一般是额定转速的25％)，环境温度th＞th1时，nf1＝nf4+(t
h-th1)*f，其中th1是经验值一般取10℃～15℃，系数f通过实验标定获得。
56.在散热系统进入低散热量模式，车辆控制器4会监控散热器1出水口处的水温ts,并依据水温ts的变化来线性调整电控风扇2的转速，以此来达到散热量与系统散热需求尽可能相匹配的目的。具体调整过程是，车辆控制器4以间隔时间t(t一般取5-10秒)读取水温ts，并计算前后水温差值
△
ts，按如下策略调整电控风扇的转速：如果水温降低(即如果后水温值小于前水温值)，且
△
ts＜t
s1
，则保持电控风扇当前的转速不变；如果水温降低(即如果后水温值小于前水温值)，且
△
ts≥t
s1
，则将电控风扇当前的转速降低
△
ts*a；如果水温增长(即如果后水温值大于前水温值)，则将电控风扇当前的转速增加
△
ts*a。t
s1
和a系数是通过实验标定得到的。
57.步骤s5，当永磁电机11的温度tm≥td2，或电机控制器10的温度tc≥tk2，则进入步骤s6，否则进入步骤s11。
58.步骤s6，车辆控制器4指令电控风扇2的转速先提高至nf2，散热系统进入中散热量模式，nf2是th通过相关公式计算而来，当环境温度th≤th1时，nf2＝(nf3-nf1)/2+nf1，当环境温度th＞th1时，nf2＝(nf3-nf1)/2+nf1，其中th1是经验值一般取10℃～15℃，系数f通过实验标定获得，nf3表示电控风扇的最高转速。
59.在散热系统进入中散热量模式，车辆控制器4会监控散热器1出水口处的水温ts,并依据水温ts的变化来线性调整电控风扇2的转速，以此来达到散热量与系统散热需求尽可能相匹配的目的。具体调整过程是，车辆控制器4以间隔时间t(t一般取5-10秒)读取水温ts，并计算前后水温差值
△
ts，按如下策略调整电控风扇的转速：如果水温降低(即如果后水温值小于前水温值)，且
△
ts＜t
s1
，则保持电控风扇当前的转速不变；如果水温降低(即如果后水温值小于前水温值)，且
△
ts≥t
s1
，则将电控风扇当前的转速降低
△
ts*a；如果水温增长(即如果后水温值大于前水温值)，则将电控风扇当前的转速增加
△
ts*a。t
s1
和a系数是通过实验标定得到的。
60.步骤s7，在散热系统在处于中散热量模式，如果永磁电机11的温度tm≥td3，或电机控制器10的温度tc≥tk3，则进入步骤s8，否则进入步骤s13。
61.步骤s8，车辆控制器4指令电控风扇2的转速先提高至nf3，nf3是电控风扇2的最高转速，电子水泵9保持以转速ns2运行，即散热系统进入高散热量模式。而后根据水温变化线性控制，具体过程是，车辆控制器4以间隔时间t(t一般取5-10秒)读取水温ts，并计算前后水温差值
△
ts，按如下策略调整电控风扇的转速：如果水温降低(即如果后水温值小于前水温值)，且
△
ts＜t
s1
，则保持电控风扇当前的转速不变；如果水温降低(即如果后水温值小于前水温值)，且
△
ts≥t
s1
，则将电控风扇当前的转速降低
△
ts*a；如果水温增长(即如果后水温值大于前水温值)，则使电控风扇保持以最高转速nf3运行。t
s1
和a系数是通过实验标定得到的。
62.步骤s9，在散热系统在处于高散热量模式，如果永磁电机11的温度tm＜td4，且电机控制器10的温度tc＜tk4，则进入步骤s6，散热系统退出高散热量模式进入中散热量模式。
63.步骤s10，车辆是否挂挡，如果是则进入步骤s4，否则进入步骤s3。车辆挂挡是指从空挡n到前进挡或后退挡。
64.步骤s11，如果永磁电机11温度tm＜td6，且电机控制器10的温度tc＜tk6，进入步骤s12，否则返回步骤s5，
65.步骤s12，车辆是否挂挡，如果是则进入步骤s5，否则，进入步骤s2。
66.步骤s13，永磁电机11的温度tm＜td5，且电机控制器10的温度tc＜tk5是否成立，如果是则进入步骤s4，即散热系统退出中散热量模式进入低散热量模式；否则进入步骤s7。
67.上述流程所涉及的参数td1、td2、td3、td4、td5、td6、td7、tk1、tk2、tk3、tk4、tk5、tk6、tk7均是根据产品类型及使用工况通过实验标定获得，td1《td2＜td3，td6＝td1-td7，td5＝td2-td7，td4＝td3-td7，tk1《tk2＜tk3，tk6＝tk1-tk7，tk5＝tk2-tk7，tk4＝tk3-tk7。
68.可见，上述流程可以动态快速准确的响应电驱系统对散热的需求，避免散热系统响应不及时造成的电驱系统零部件因过热而损坏，或者过度散热带来的整车能耗和成本的增加。
69.此外，为了保证散热系统能正常运行，系统配置有多种故障报警功能。液位传感器7安装于副水箱6上，当液位低于设定的阈值时，系统发出报警提示操作人员应向副水箱中补充冷却水。电子水泵9自身具有故障报警功能，报警由水泵单独的报警针脚发出相应的方波给车辆控制器4，车辆控制器4通过识别方波类型发出相应报警类型。另外，系统具有水路清洗报警，电子水泵9转速已经调至最高，但流量传感器3反馈的流量数值低于额定值时，系统发出散热系统水路清洗报警，提示水路阻力大，水流量达不到要求，需要清洗散热系统水
路。
70.此外，系统设置有两个级别最高的控制信号，即当车辆控制器监控到电机堵转或者电机、电机控制器温度信号丢失，则车辆控制器控制电子风扇和电子水泵均以最高转速运行，以此来保护电驱系统的安全。
71.以上所述仅对本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡是在本发明的权利要求限定范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本发明的保护范围之内。