控制热联接至动力电子装置的冷却剂回路的方法和设备的制作方法
【专利摘要】一种交通工具系统包括动力电子装置和热联接至动力电子装置的冷却剂回路。所述冷却剂回路包括流体泵和流体/空气热交换器、被构造成传递空气经过流体/空气热交换器的空气泵、和被构造成控制经过流体/空气热交换器的空气流的遮闭器装置。控制器控制所述流体泵，以控制穿过所述流体/空气热交换器的冷却剂流，以将来自所述动力电子装置的热排至所述冷却剂，并相应地控制所述空气泵和所述遮闭器装置，以控制经过所述流体/空气热交换器的空气流，以将来自所述冷却剂的热排出，以实现来自所述动力电子装置的优选排热。
【专利说明】控制热联接至动力电子装置的冷却剂回路的方法和设备
【技术领域】
[0001] 本公开涉及用于交通工具载置的动力电子装置的冷却系统。
【背景技术】
[0002] 本部分的陈述只是提供与本公开相关的背景信息，并且可以不构成现有技术。
[0003] 公知的交通工具动力总成系统包括联接至变速器的一个或多个扭矩致动器，所述 变速器将扭矩传递至传动系以用于牵引努力。公知的扭矩致动器包括内燃发动机和电动机 /发电机。交通工具载置的动力电子装置被采用来操作电动机/发电机，并且可在该过程中 生成废热。当暴露于超过设计规格的温度时，电子装置例如交通工具载置的动力电子装置 的使用寿命可能被缩短。交通工具载置的冷却回路可被采用来管理交通工具载置的动力电 子装置中的温度。冷却回路的元件例如风扇和泵消耗电力，从而影响总体交通工具燃料消 耗。
【发明内容】
[0004] 一种交通工具系统包括动力电子装置和热联接至动力电子装置的冷却剂回路。所 述冷却剂回路包括流体泵和流体/空气热交换器、被构造成传递空气经过流体/空气热交 换器的空气泵、和被构造成控制经过流体/空气热交换器的空气流的遮闭器装置（Shutter device)。控制器控制所述流体泵，以控制穿过所述流体/空气热交换器的冷却剂流，以将 来自所述动力电子装置的热排至所述冷却剂，并相应地控制所述空气泵和所述遮闭器装 置，以控制经过所述流体/空气热交换器的空气流，以将来自所述冷却剂的热排出，以实现 来自所述动力电子装置的优选排热。
[0005] 本公开还提供以下技术方案： 1.交通工具系统，包括： 冷却回路，其经由流体热交换器热联接至动力电子装置，所述冷却回路包括流体地连 接至流体/空气热交换器的流体泵、被构造成传递空气经过所述流体/空气热交换器的空 气泵、和被构造成控制经过所述流体/空气热交换器的空气流的遮闭器装置；和 控制器，其控制所述流体泵，以控制穿过所述流体/空气热交换器的冷却剂流，以将来 自所述动力电子装置的热排至所述冷却剂，并相应地控制所述空气泵和所述遮闭器装置， 以控制经过所述流体/空气热交换器的空气流，以将来自所述冷却剂的热排出，以实现来 自所述动力电子装置的优选排热。
[0006] 2.如技术方案1所述的交通工具系统，其中，控制所述空气泵和所述遮闭器装置 以控制经过所述流体/空气热交换器的空气流以将来自所述冷却剂的热排出以实现来自 所述动力电子装置的优选排热的所述控制器包括：当冷却回路温度有效而外部空气温度无 效时，确定空气流请求，所述空气流请求只关联于所述冷却回路的温度，所述空气流请求基 于经过所述流体/空气热交换器的空气流与所述冷却回路温度之间的直接关系。
[0007] 3.如技术方案2所述的交通工具系统，其中，确定空气流请求包括：当所述冷却 回路温度小于最小温度时，选择零空气流，并且当所述冷却回路温度大于最大温度时，选择 最大空气流。
[0008] 4.如技术方案1所述的交通工具系统，其中，控制所述空气泵和所述遮闭器装置 以控制经过所述流体/空气热交换器的空气流以将来自所述冷却剂的热排出以实现来自 所述动力电子装置的优选排热的所述控制器包括：当冷却回路温度和外部空气温度有效 时，确定空气流请求，所述空气流请求关联于冷却回路温度和外部空气温度,所述空气流请 求基于经过所述流体/空气热交换器的空气流、所述冷却回路温度和所述外部空气温度之 间的直接关系。
[0009] 5.如技术方案1所述的交通工具系统，其中，控制所述流体泵以控制穿过所述流 体/空气热交换器的冷却剂流以将来自所述动力电子装置的热排至所述冷却剂的所述控 制器包括：在冷却请求无效时选择默认泵请求。
[0010] 6.如技术方案1所述的交通工具系统，其中，控制所述流体泵以控制穿过所述流 体/空气热交换器的冷却剂流以将来自所述动力电子装置的热排至所述冷却剂的所述控 制器包括：在冷却请求有效时选择受控冷却剂流量来实现优选的排热量值。
[0011] 7.如技术方案1所述的交通工具系统，其中，控制所述流体泵以控制穿过所述流 体/空气热交换器的冷却剂流以将来自所述动力电子装置的热排至所述冷却剂的所述控 制器包括：在装置温度有效而入口温度无效时基于用于所述动力电子装置的装置温度选择 泵请求。
[0012] 8.如技术方案1所述的交通工具系统，其中，控制所述流体泵以控制穿过所述流 体/空气热交换器的冷却剂流以将来自所述动力电子装置的热排至所述冷却剂的所述控 制器包括：在装置温度有效并且入口温度有效时基于所述冷却剂进入所述动力电子装置的 入口温度和所述动力电子装置的温度选择泵请求。
[0013] 9.如技术方案1所述的交通工具系统，其中，控制所述流体泵以控制穿过所述流 体/空气热交换器的冷却剂流以将来自所述动力电子装置的热排至所述冷却剂的所述控 制器包括：在所述动力电子装置的温度无效并且入口温度有效时基于所述冷却剂进入所述 动力电子装置的入口温度选择泵请求。
[0014] 10.如技术方案1所述的交通工具系统，其中，控制所述流体泵以控制穿过所述 流体/空气热交换器的冷却剂流以将来自所述动力电子装置的热排至所述冷却剂的所述 控制器包括：在所述动力电子装置的温度无效并且所述冷却剂进入所述动力电子装置的入 口温度无效时选择默认泵请求。
[0015] 11.如技术方案1所述的交通工具系统，其中，控制所述流体泵以控制穿过所述 流体/空气热交换器的冷却剂流以将来自所述动力电子装置的热排至所述冷却剂并且进 行操作以相应地控制所述空气泵和所述遮闭器装置以控制经过所述流体/空气热交换器 的空气流以将来自所述冷却剂的热排出以实现来自所述动力电子装置的优选排热的所述 控制器包括：控制所述流体泵以控制穿过所述流体/空气热交换器的冷却剂流，以及相应 地控制所述空气泵和所述遮闭器装置，以控制经过所述流体/空气热交换器的空气流，以 实现所述动力电子装置的优选操作温度。
[0016] 12.如技术方案1所述的交通工具系统，其中，控制所述流体泵以控制穿过所述 流体/空气热交换器的冷却剂流以将来自所述动力电子装置的热排至所述冷却剂并且进 行操作以相应地控制所述空气泵和所述遮闭器装置以控制经过所述流体/空气热交换器 的空气流以将来自所述冷却剂的热排出以实现来自所述动力电子装置的优选排热的所述 控制器包括：平衡经过所述动力电子装置的热传递与经过所述流体/空气热交换器的热传 递的控制器。
[0017] 13.控制器实施的方法，用于控制冷却回路，所述冷却回路经由流体热交换器热 联接至交通工具载置的动力电子装置，所述冷却回路包括流体地连接至流体/空气热交换 器的流体泵、被构造成传递空气经过所述流体/空气热交换器的空气泵、和被构造成控制 经过所述流体/空气热交换器的空气流的遮闭器装置；所述方法包括 ： 控制所述流体泵，以控制穿过所述流体/空气热交换器的冷却剂流，以将来自所述动 力电子装置的热排至所述冷却剂，并相应地控制所述空气泵和所述遮闭器装置，以控制经 过所述流体/空气热交换器的空气流，以将来自所述冷却剂的热排出，以实现来自所述动 力电子装置的优选排热。
[0018] 14.如技术方案13所述的方法，其中，控制所述流体泵以控制穿过所述流体/空 气热交换器的冷却剂流以将来自所述动力电子装置的热排至所述冷却剂并且相应地控制 所述空气泵和所述遮闭器装置以控制经过所述流体/空气热交换器的空气流以将来自所 述冷却剂的热排出以实现来自所述动力电子装置的优选排热包括：控制所述流体泵以控 制穿过所述流体/空气热交换器的冷却剂流，以及相应地控制所述空气泵和所述遮闭器装 置，以控制经过所述流体/空气热交换器的空气流，以实现所述动力电子装置的优选操作 温度。
[0019] 15.如技术方案13所述的方法，其中，控制所述流体泵以控制穿过所述流体/空 气热交换器的冷却剂流以将来自所述动力电子装置的热排至所述冷却剂并且相应地控制 所述空气泵和所述遮闭器装置以控制经过所述流体/空气热交换器的空气流以将来自所 述冷却剂的热排出以实现来自所述动力电子装置的优选排热包括：平衡经过所述动力电子 装置的热传递与经过所述流体/空气热交换器的热传递。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 现在将参考附图通过示例方式来描述一个或多个实施例，附图中： 图1示出了依据本公开的交通工具，其包括动力总成系统、传动系和冷却系统，它们均 由控制系统控制； 图2示出了依据本公开的被采用在交通工具上的动力电子装置冷却回路的实施例； 图3依据本公开示出了确定第一空气流请求的基于动力电子装置冷却环（PECL)温度 的例程的以及确定第二空气流请求的基于装置温度的例程的输入和输出，以及用以确定冷 却剂流请求的流体请求控制和裁定逻辑例程的输入和输出； 图4示出了依据本公开的基于PECL温度的例程的细节，其周期性地执行用以在正进行 的交通工具和动力总成操作期间确定第一空气流请求； 图5示出了依据本公开的基于装置温度的例程的细节，其周期性地执行用以在正进行 的交通工具和动力总成操作期间确定第二空气流请求； 图6示出了依据本公开的裁定例程的细节，其周期性地执行用以在第一和第二空气流 请求之间进行裁定来确定最终空气流请求；并且 图7示出了依据本公开的用于确定冷却剂流请求的流体请求控制和裁定逻辑例程的 要素，所述冷却剂流请求可被泵控制器采用来控制冷却剂泵。
【具体实施方式】
[0021] 现在参考附图，其中图示只是为了示出某些示例性实施例的目的而不是为了限制 它们的目的，图1示意性地示出了交通工具100,其包括联接至传动系60的动力总成系统 20,所述传动系60包括动力电子装置冷却回路200,它们都由控制系统10控制。交通工具 100是非限制性实施例，其被采用来示出后续图的构思。整个描述中相似的附图标记指代相 似的元件。
[0022] 动力总成系统20包括内燃发动机40,其经由联接至曲柄轴36的输出构件机械地 联接至变速器50,并经由带轮机构38机械地联接至电动扭矩机35。电动扭矩机35和内燃 发动机40是扭矩生成装置。电动扭矩机35包括输出构件，其经由带轮机构38机械地可旋 转地联接至发动机40的曲柄轴36,所述带轮机构38在其间提供机械动力路径。变速器50 包括输出构件62,其联接至传动系60。发动机40可以在一个实施例中包括低电压电磁致 动电起动器39,用于响应于钥匙-曲柄事件而起动。
[0023] 发动机40优选为多气缸内燃发动机，其通过燃烧过程来将燃料转化成机械动力。 扭矩机35优选是高电压多相电动机/发电机，其由逆变器模块32控制，所述逆变器模块 32经由多相电动机控制电力总线31电连接至扭矩机35。扭矩机35被构造成将存储的电 能转换成机械动力，以及将机械动力转换成电能，其可以被存储在高电压电池25中。逆变 器模块32被构造有适当的控制电路，其包括功率晶体管，例如IGBT，用于将高电压DC电力 变换成高电压AC电力以及将高电压AC电力变换成高电压DC电力。逆变器模块32优选采 用脉冲宽度调制（PWM)控制，来将起源于高电压电池25中的所存储的DC电力转换成AC电 力，以驱动扭矩机35来生成扭矩。类似地，逆变器模块32将被传递至扭矩机35的机械动 力转换成DC电力，来生成电能，其可存储在高电压电池25中，包括作为再生控制策略的一 部分。应该理解的是：逆变器模块32被构造成接收电动机控制命令，并控制逆变器状态，来 提供电动机驱动和再生功能。
[0024] 在一个实施例中，DC/DC电力转换器34电连接至低电压电力总线28和低电压电 池27,并且电连接至高电压总线29。这种电力连接是公知的，从而不做详细描述。低电压 电池27电连接至辅助动力系统45,以向交通工具上的低电压系统提供低电压电力，所述低 电压系统包括例如电动窗、HVAC风扇、座椅、和低电压电磁致动电起动器39。
[0025] 变速器50优选包括一个或多个差动齿轮组和可激活离合器，其被构造成在发动 机40与输出构件62之间在一定范围的速度比之内在多个固定齿轮操作模式之一中实现扭 矩传递。变速器50包括任何适当的构造，并且优选被构造为自动变速器，以在固定齿轮操 作模式之间自动地切换，从而以在操作者扭矩请求与发动机操作点之间实现优选匹配的齿 轮比进行操作。在一个实施例中，传动系60可以包括差动齿轮装置65,其机械地联接至轮 轴64或半轴，其机械地联接至轮66。传动系60在变速器50与路面之间传递牵引动力。
[0026] 控制系统10包括控制模块12,其信号地连接至操作者界面14。控制模块12优选 直接地或经由通信总线18信号地且操作地连接至动力总成系统20的个体元件。控制模块 12信号地连接至高电压电池25、逆变器模块32、扭矩机35、发动机40、变速器50和动力电 子装置冷却回路200中的每个的传感装置，以监测操作并确定其参数状态。交通工具100 的操作者界面14包括多个人/机界面装置，通过其，交通工具操作者命令交通工具100的 操作，包括例如用以允许操作者转动曲柄并起动发动机40的点火开关、加速器踏板、制动 踏板、变速器范围选择器（PRNDL)、方向盘和头灯开关等等。
[0027] 动力总成系统20包括通信方案，其包括通信总线18,用以在控制系统10与动力总 成系统20的元件之间实现呈传感器信号和致动器命令信号形式的通信。通信方案使用一 个或多个通信系统和装置来实现去往和来自控制系统10的信息传递，所述一个或多个通 信系统和装置包括例如通信总线18、直接连接、局部区域网络总线、串行外围接口总线、和 无线通信。
[0028] 控制模块、模块、控制装置、控制器、控制单元、处理器和类似术语意指以下中的任 一个或一个或多个的各种组合：专用集成电路（ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或 固件程序或例程的中央处理器（优选为微处理器）和相关联的内存和存储器（只读、可编 程只读、随机存取、硬盘驱动器等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、适当的信号调 节和缓冲电路、以及用以提供所描述功能的其它部件。软件、固件、程序、指令、例程、代码、 算法和类似术语意指包括校准和查询表的任何指令组。控制模块具有被执行用以提供所需 功能的一组控制例程。例程比如通过中央处理器被执行，并且是可操作的，用以监测来自传 感装置和其它网络控制模块的输入，并执行控制和诊断例程，用以控制致动器的操作。可以 以一定间隔来执行例程，例如在正进行的发动机和交通工具操作期间每3. 125、6. 25、12. 5、 25和100毫秒。替代地，可以响应于事件的发生来执行例程。
[0029] 图2示意性地示出了被采用在交通工具例如图1的交通工具100上的动力电子装 置冷却回路200的实施例。动力电子装置冷却回路200优选分离且不同于发动机冷却回路， 包括采用分离的流体/空气热交换器（散热器）240和分离的冷却剂泵230。动力电子装置 冷却回路200 -个或多个动力电子装置220、泵230、散热器240、可控空气泵（风扇）250、 和可控空气遮闭器系统（遮闭器）260。控制器210控制动力电子装置冷却回路200的操 作，并且可以信号地和/或物理地集成到图1的控制系统10中。信号地连接至控制器210 的温度传感器212可以被采用来监测环境空气温度。动力电子装置220可以是生成废热的 任何交通工具载置的动力电子系统，例如包括比如DC/DC电力转换器34等辅助动力模块、 比如扭矩机35等电动机/发电机单元、和/或比如逆变器模块32等电力逆变器，如图1的 那些。动力电子装置220在一个实施例中包括温度传感器222,其被构造成监测其一个或多 个温度。温度传感器222可以是热电偶、热敏电阻器或其它适当的温度监测装置，其被构造 成监测一个或多个装置温度。替代地或附加地，装置温度可以使用以下过程来确定：建模、 校准或另一分析过程，其采用与操作动力电子装置220相关联的信息。流体热交换器224 连接至动力电子装置220,以吸收和传递由其排出的热。流体热交换器224可以由分离附接 的元件构成，或者可以集成到动力电子装置220的结构中，并且在任一配置中导电地联接 至热沉，以传递和驱散由动力电子装置220生成的热。流体热交换器224经由导管225流 体地连接至散热器240。冷却剂传感器242监测流体回路中的冷却剂的温度。泵230是可 控流体泵装置，其在散热器240与动力电子装置220之间循环冷却剂。在一个实施例中，可 控流体泵230经由泵控制器232可控成关联于最大冷却剂流量的0N状态或关联于零冷却 剂流量的OFF状态。替代地，可控流体泵230可以使用由泵控制器232生成的脉冲宽度调 制（PWM)信号是可控的，以控制泵230来实现落于OFF状态与最大冷却剂流量之间的可选 择冷却剂流量。
[0030] 风扇250可以包括仅一个或多个空气泵装置，其被构造在交通工具内，以泵送环 境空气经过散热器240,来实现排热。风扇250优选由可控电动机致动，所述可控电动机由 风扇电动机致动器252控制。在一个实施例中，风扇250经由风扇电动机致动器252可控 成关联于最大空气流量的0N状态或关联于零强制空气流量的OFF状态。替代地，风扇250 可以经由风扇电动机致动器252可控成范围在OFF状态与最大空气流量之间的多个可选择 空气流量之一。
[0031] 遮闭器260可以包括仅一个或多个遮闭器元件261，其被构造成控制散热器240的 表面面积的量值，空气响应于控制遮闭器元件261的位置的遮闭器致动器262而流动经过 所述散热器240。遮闭器元件261可以被独立地控制、响应于共同命令被一起控制、或独立 和一致控制的任何适当的组合。遮闭器260和风扇250是可控的，以管理经过散热器240 的空气流的量值来实现排热。遮闭器致动器262、风扇电动机致动器252、泵控制器232、冷 却剂传感器242、装置温度传感器222和温度传感器212经由通信总线218信号地连接至控 制器210,以实现呈传感器信号和致动器命令信号形式的通信。通信总线218可包含直接连 接、局部区域网络总线、串行外围接口总线、和无线通信。
[0032] 能量守恒定律决定可相对于增加的热和增加的功确定系统中的总能量，其可表示 为以下关系： Etot = Q + W[l] 其中，Et()t是总的系统能量， Q是增加的热，和 W是增加的功。
[0033] 在采用多个热源和散热器的热交换器系统中，该关系可表示为如下： Et〇t = ^radiator + ZQdevices + W[2] 其中，Et()t是总的系统能量， AadiatOT是来自散热器的热传递， Σ QdCTi_是来自多个热源装置的热传递，而 W是增加的功。
[0034] 因此，应该理解的是：在用于多个动力电子装置的冷却系统中，经过动力电子装置 的热传递是累积的。
[0035] 由流体/空气热交换器例如散热器240排出的热的量值可依据以下关系来描述：
【权利要求】
1. 交通工具系统，包括： 冷却回路，其经由流体热交换器热联接至动力电子装置，所述冷却回路包括流体地连 接至流体/空气热交换器的流体泵、被构造成传递空气经过所述流体/空气热交换器的空 气泵、和被构造成控制经过所述流体/空气热交换器的空气流的遮闭器装置；和 控制器，其控制所述流体泵，以控制穿过所述流体/空气热交换器的冷却剂流，以将来 自所述动力电子装置的热排至所述冷却剂，并相应地控制所述空气泵和所述遮闭器装置， 以控制经过所述流体/空气热交换器的空气流，以将来自所述冷却剂的热排出，以实现来 自所述动力电子装置的优选排热。
2. 如权利要求1所述的交通工具系统，其中，控制所述空气泵和所述遮闭器装置以控 制经过所述流体/空气热交换器的空气流以将来自所述冷却剂的热排出以实现来自所述 动力电子装置的优选排热的所述控制器包括：当冷却回路温度有效而外部空气温度无效 时，确定空气流请求，所述空气流请求只关联于所述冷却回路的温度，所述空气流请求基于 经过所述流体/空气热交换器的空气流与所述冷却回路温度之间的直接关系。
3. 如权利要求2所述的交通工具系统，其中，确定空气流请求包括：当所述冷却回路温 度小于最小温度时，选择零空气流，并且当所述冷却回路温度大于最大温度时，选择最大空 气流。
4. 如权利要求1所述的交通工具系统，其中，控制所述空气泵和所述遮闭器装置以控 制经过所述流体/空气热交换器的空气流以将来自所述冷却剂的热排出以实现来自所述 动力电子装置的优选排热的所述控制器包括：当冷却回路温度和外部空气温度有效时，确 定空气流请求，所述空气流请求关联于冷却回路温度和外部空气温度，所述空气流请求基 于经过所述流体/空气热交换器的空气流、所述冷却回路温度和所述外部空气温度之间的 直接关系。
5. 如权利要求1所述的交通工具系统，其中，控制所述流体泵以控制穿过所述流体/空 气热交换器的冷却剂流以将来自所述动力电子装置的热排至所述冷却剂的所述控制器包 括：在冷却请求无效时选择默认泵请求。
6. 如权利要求1所述的交通工具系统，其中，控制所述流体泵以控制穿过所述流体/空 气热交换器的冷却剂流以将来自所述动力电子装置的热排至所述冷却剂的所述控制器包 括：在冷却请求有效时选择受控冷却剂流量来实现优选的排热量值。
7. 如权利要求1所述的交通工具系统，其中，控制所述流体泵以控制穿过所述流体/ 空气热交换器的冷却剂流以将来自所述动力电子装置的热排至所述冷却剂的所述控制器 包括：在装置温度有效而入口温度无效时基于用于所述动力电子装置的装置温度选择泵请 求。
8. 如权利要求1所述的交通工具系统，其中，控制所述流体泵以控制穿过所述流体/空 气热交换器的冷却剂流以将来自所述动力电子装置的热排至所述冷却剂的所述控制器包 括：在装置温度有效并且入口温度有效时基于所述冷却剂进入所述动力电子装置的入口温 度和所述动力电子装置的温度选择泵请求。
9. 如权利要求1所述的交通工具系统，其中，控制所述流体泵以控制穿过所述流体/空 气热交换器的冷却剂流以将来自所述动力电子装置的热排至所述冷却剂的所述控制器包 括：在所述动力电子装置的温度无效并且入口温度有效时基于所述冷却剂进入所述动力电 子装置的入口温度选择泵请求。
10.控制器实施的方法，用于控制冷却回路，所述冷却回路经由流体热交换器热联接至 交通工具载置的动力电子装置，所述冷却回路包括流体地连接至流体/空气热交换器的流 体泵、被构造成传递空气经过所述流体/空气热交换器的空气泵、和被构造成控制经过所 述流体/空气热交换器的空气流的遮闭器装置；所述方法包括： 控制所述流体泵，以控制穿过所述流体/空气热交换器的冷却剂流，以将来自所述动 力电子装置的热排至所述冷却剂，并相应地控制所述空气泵和所述遮闭器装置，以控制经 过所述流体/空气热交换器的空气流，以将来自所述冷却剂的热排出，以实现来自所述动 力电子装置的优选排热。
【文档编号】H05K7/20GK104302153SQ201410343247
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2013年7月18日
【发明者】C.D.S.鲍尔尼克, D.J.利勒, X.罗 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司