一种热管理系统及其控制方法和车辆转让专利
申请号 : CN201811503574.5
文献号 : CN109774407B
文献日 : 2022-03-18
发明人 : 徐兴 , 徐新铮 , 王峰 , 陈龙 , 杨世春
申请人 : 江苏大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种热管理系统,其特征在于,包括
发动机温度控制模块,所述发动机温度控制模块用于控制发动机(1)的温度;所述发动机温度控制模块包括第一温度传感器(18)、第一半导体制冷片(19)、散热器(22)和发动机水冷管路(27);所述发动机(1)设有散热器(22);所述第一温度传感器(18)安装在水箱(16)内,所述第一半导体制冷片(19)与水箱(16)连接,所述水箱(16)与发电机(1)的一端连接,发动机(1)的另一端依次与发动机水冷管路(27)、散热器(22)和水箱(16)连接形成回路;
ECU(7)分别与第一温度传感器(18)、第一半导体制冷片(19)和散热器(22)连接;还包括发动机尾气能量利用模块;所述发动机尾气能量利用模块包括发动机排气管(2)、半导体热电片(3)、DC/DC变换器(4)和电压检测模块(5);所述发动机水冷管路(27)与发动机排气管(2)之间设置有半导体热电片(3),所述半导体热电片(3)的冷面与发动机水冷管路(27)表面贴合,半导体热电片(3)的热面与发动机排气管(2)表面贴合;所述电压检测模块(5)分别与半导体热电片(3)和ECU(7)连接,ECU(7)与半导体热电片(3)连接;
电池包温度控制模块,所述电池包温度控制模块用于控制电池包(9)的温度;所述电池包温度控制模块包括第二温度传感器(12)、第二半导体制冷片(10)、环绕式高温水管路(8);所述第二温度传感器(12)位于电池包(9)内,电池包(9)的外表面设置有环绕式高温水管路(8);所述散热器(22)通过第一连接管(23)与发动机(1)连接,第一连接管(23)通过第二连接管(24)与环绕式高温水管路(8)的一端连通,第一连接管(23)与第二连接管(24)之间设有第一电磁阀(21),所述环绕式高温水管路(8)的另一端通过第三连接管(25)与水箱(16)相连通;所述第三连接管(25)上设置有第二电磁阀(20),所述第二电磁阀(20)通过第四连接管(26)与散热器(22)相连;同时所述电池包(9)的表面与第二半导体制冷片(10)相贴合;所述ECU(7)分别与第二温度传感器(12)、第二半导体制冷片(10)、第一电磁阀(21)、第二电磁阀(20)和散热器(22)连接;
电机温度控制模块,所述电机温度控制模块用于控制电机(14)的温度;所述电机温度控制模块包括第三温度传感器(15)和第三半导体制冷片(13);所述第三温度传感器(15)位于电机(14)内部,所述电机(14)表面设置有第三半导体制冷片(13);所述ECU(7)分别与第三温度传感器(15)和第三半导体制冷片(13)连接;
和ECU(7),所述ECU(7)分别与发动机温度控制模块、电池包温度控制模块和电机温度控制模块连接。
2.一种车辆,其特征在于,所述车辆包括权利要求1所述的热管理系统。
3.一种根据权利要求1所述的热管理系统的 控制方法,其特征在于,包括以下步骤:所述ECU(7)读取发动机(1)、电机(14)与电池包(9)工作状态以及温度信息;
并通过发动机温度控制模块、电池包温度控制模块和电机温度控制模块控制发动机(1)、电机(14)与电池包(9)的温度。
4.根据权利要求3所述的热管理系统的 控制方法,其特征在于,所述ECU(7)通过发动机温度控制模块控制发动机的温度包括以下步骤:所述ECU(7)监测发动机(1)是否已启动,若发动机未启动,所述ECU(7)监测第一温度传感器(18)信号,若水箱(16)温度小于预设理想水箱温度下限值,则经电控单元ECU(7)控制第一半导体制冷片(19)加热水箱(16);
若发动机(1)已启动,所述ECU(7)监测第一温度传感器(18)信号,若水箱(16)温度大于预设理想水箱温度,则经电控单元ECU(7)控制第一半导体制冷片(19)对水箱(16)进行冷却。
5.根据权利要求3所述的热管理系统的 控制方法,其特征在于,还包括所述ECU(7)通过发动机尾气能量利用模块进行发动机尾气能力利用的步骤:所述ECU(7)监测电压检测模块(5)信号,若半导体热电片(3)电压U达到电量回收预设值U0,则ECU(7)控制半导体热电片(3)通过DC/DC变换器(4),将回收的电能储存在电池包(9)中;若半导体热电片(3)电压U未达到电量回收预设值U0,则继续监测电压检测模块(5)的信号。
6.根据权利要求3所述的热管理系统的 控制方法,其特征在于,所述ECU(7)通过电池包温度控制模块控制电池包(9)的温度,包括以下步骤:若发动机(1)未启动,所述ECU(7)监测第二温度传感器(12)信号,若电池包(9)温度小于电池包理想温度的下限值,则经电控单元ECU(7)控制第二半导体制冷片(10)加热电池包(9);若电池包(9)温度大于电池包理想温度的上限值,则经电控单元ECU(7)控制第二半导体制冷片(10)冷却电池包(9);
若发动机(1)已启动,所述ECU(7)监测第二温度传感器(12)信号,若电池包(9)温度小于电池包理想温度的下限值,则经电控单元ECU(7)控制调节第一电磁阀(21)和第二电磁阀(20)打开,通过第二连接管(24)、环绕式高温水管路(8)、第三连接管(25)、水箱(16)、发动机水冷管路(27)形成回路,加热电池包(9)。
7.根据权利要求3所述的热管理系统的 控制方法,其特征在于,所述ECU(7)通过电机温度控制模块控制电机(14)的温度,包括以下步骤:所述ECU(7)监测第三温度传感器(15)信号,若电机(14)温度大于电机理想温度的上限值,则经电控单元ECU(7)控制第三半导体制冷片(13)对电机(14)进行冷却。
说明书 :
一种热管理系统及其控制方法和车辆
技术领域
背景技术
电池包和电机作为混合动力汽车的关键部件,它们的综合性能成为制约混合动力汽车进一
步实现节油减排的关键之一。
影响较大,通常在环境温度过低或者过高的地区,电池包都无法正常工作,很大程度上影响
了整车的工作状态。于此同时,汽车发动机工作时产生大量的热量堆积和散耗,影响发动机
的工作状态,有一定的能量浪费;并且发动机如果在水箱水温低的情况下启动,就会出现噪
音大、动力下降和费油的现象,不仅增加发动机油耗,而且会使发动机排放恶化。另外电机
作为混合动力汽车动力系统中的另一个主要部件,电机在工作过程中也会产生热量,如不
进行散热,电机温度将会不断上升,降低电机的使用寿命,严重时可烧毁电机。混合动力汽
车由于其结构特殊性,同时具有发动机、电池包和电机两大动力部件,其热管理相比于传统
燃油车和纯电动汽车也更为复杂。因此综合管理各个动力部件的热量和温度,不仅有利于
减少能量损失,提高整车燃油经济性,而且可以改善各个动力部件的性能,延长各动力部件
的使用寿命。而整车散热系统中,目前主要有风冷式、水冷式、油冷式等。风冷式电机体积
大、重量重、散热效果差而较少用于混合动力汽车。而通常的水冷式和油冷式以下统称为液
冷式的冷却装置均为独立系统,在冷却系统工作时,要同时启动电风扇和水油泵,消耗较多
电能,且长时间工作会降低电风扇的寿命。
发明内容
工作时没有震动、噪音、寿命长,安装容易。且本发明的半导体制冷片具有两种功能,既能制
冷,又能加热,而且效率很高。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。
散热器和水箱连接形成回路;
水管路的另一端通过第三连接管与水箱相连通;所述第三连接管上设置有第二电磁阀,所
述第二电磁阀通过第四连接管与散热器相连;同时所述电池包的表面与第二半导体主动制
冷模块相贴合;
加热水箱;
中;若半导体热电片电压U未达到电量回收预设值U0,则继续监测电压检测模块的信号。
度大于电池包理想温度的上限值,则经电控单元ECU控制第二半导体制冷片冷却电池包;
管、环绕式高温水管路、第三连接管、水箱、发动机水冷管路形成回路,加热电池包。
命长,安装容易。
计算机控制,便于组成自动控制系统。
大温差。并且半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小,但组合成电堆,用同类型的电堆
串、并联的方法组合成制冷系统的话,功率就可以做的很大,因此制冷功率可以做到几毫瓦
到上万瓦的范围。
综合使用进一步得到提高,改善发动机、电池包和电机的工作环境,实现既延长各发动机、
电池包和电机使用寿命又节能减排的目的。
在混合驱动模式时,可充分利用发动机排气废热发电,利用排气废热能量的同时,利用半导
体制冷片对电机进行主动散热降温,达到满足混合动力汽车电机系统冷却性能的要求,同
时延长电机使用寿命;同时通过温度传感器采集发动机水箱和电池包温度,由电控单元ECU
依据传感器信号,及控制策略控制电磁阀联动,实现电池包与发动机水箱相连通环绕式高
温水管路的通断,从而当电池包温度过低时,打开电磁阀,利用水箱热量将电池加热到理想
温度;并且当电池包温度过高时,关闭电磁阀,利用半导体制冷片进行主动散热,维持电池
包温度在最佳性能温度点,既保护电池包,亦充分发挥混合动力系统节油的优势。
附图说明
13、第三半导体制冷片;14、电机;15、第三温度传感器;16、水箱;17、水泵;18、第一温度传感
器;19、第一半导体制冷片;20、第一电磁阀;21、第二电磁阀;22、发动机散热风扇;23、第一
连接管;24、第二连接管;25、第三连接管;26、第四连接管;27、发动机水冷管路。
具体实施方式
图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或
暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为
对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相
对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以
明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或
两个以上,除非另有明确具体的限定。
械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元
件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发
明中的具体含义。
发电机1的一端连接,发动机1的另一端依次与发动机水冷管路27、散热器22和水箱16连接
形成回路;所述ECU7分别与第一温度传感器18、第一半导体制冷片19和散热器22连接。
作在制热状态,迅速加热水箱16到理想温度,协助发动机1启动。当发动机1已启动,且由第
一温度传感器18检测此时发动机水箱16水温温度超过发动机水箱理想水温上限值,并且发
动机散热器22已无法满足水箱16散热要求,水箱温度持续上升,经电控单元ECU7控制第一
半导体制冷片19,使其工作在制冷模式,协助水箱16散热。
表面贴合;所述电压检测模块5分别与半导体热电片3和ECU7连接,ECU7与半导体热电片3连
接;电压检测模块5用于实时监测半导体热电片3的电压信号,并传送到ECU7,ECU7控制半导
体热电片3的开闭。
气的热能转变为电能,并通过DC/DC变换器4,直接将回收的电能储存在电池包9中。
21,所述环绕式高温水管路8的另一端通过第三连接管25与水箱16相连通;所述第三连接管
25上设置有第二电磁阀20,所述第二电磁阀20通过第四连接管26与散热器22相连;同时所
述电池包9的表面与第二半导体主动制冷模块10相贴合;具体的,所述第一电磁阀21与所述
第二电磁阀20为三位三通电磁阀;所述ECU7分别与第二温度传感器12、第二半导体制冷片
10、第一电磁阀21、第二电磁阀20和散热器22连接。
时发动机散热器22与发动机1、水箱16、水泵17、发动机水冷管路27及第一电磁阀21和第二
电磁阀20通路断开,发动机冷却水通过第二连接管24、环绕式高温水管路8、第三连接管25、
水箱16、水泵17、发动机1、发动机水冷管路27与第一电磁阀21;使其经过环绕式高温水管路
8循环,利用发动机水箱冷却水加热电池包9;若此时发动机1未启动,发动机水箱冷却水无
法提供足够热量,并且当第二温度传感器12感应电池包9温度过低时,经电控单元ECU7收到
第二温度传感器12响应的值,控制第二半导体制冷片10,此时第二半导体制冷片10工作在
制热状态,迅速加热电池包9到理想温度;反之,当第二温度传感器12感应电池包9温度过高
时,经电控单元ECU7收到第二温度传感器12响应的值,控制第二半导体制冷片10,此时第二
半导体制冷片10工作在制冷状态,迅速为电池包9散热到理想温度。
连接。当第三温度传感器15感应电机14温度过高时,经电控单元ECU7收到第三温度传感器
15响应的值,控制第三半导体制冷片13,此时第三半导体制冷片13工作在制冷状态,迅速为
电机14散热到理想温度。
执行部件的运作及各电磁阀的开闭。
20、第一半导体制冷片19、第二半导体制冷片10、第三半导体制冷片13、半导体热电片3连
接,分别用于实现整车动力部件和电池包在不同温度状态下的温度控制,发动机水冷却回
路散热器散热控制和两个水循环回路的通断切换控制。
半导体热电片3输出电压,并将各部件实际温度将各部件预设的理想温度相比较;ECU7根据
各部件温度信号比较结果,分析选择不同的工作模式;ECU7通过控制第一电磁阀21和第二
电磁阀20的通断,实现对电池包环绕式高温水管路8的通断;ECU7通过控制半导体热电片3,
实现对发动机1高温尾气能量以电能的形式回收;ECU7通过控制第一半导体制冷片19、第二
半导体制冷片10和第三半导体制冷片13,实现对发动机水箱16温度、电池包9温度和电机14
温度的精准控制。
度下限值,则经电控单元ECU7控制第一半导体制冷片19加热水箱16,进入“发动机冷启动水
箱预热模式”;
箱_半导体协助散热模式”;
值U0,则ECU7控制半导体热电片3通过DC/DC变换器4,将回收的电能储存在电池包9中,进入
“发动机排气废热半导体温差发电模式”;若半导体热电片3电压U未达到电量回收预设值
U0,则继续监测电压检测模块5的信号。
“电池包_半导体加热模式”;若电池包9温度大于电池包理想温度的上限值,则经电控单元
ECU7控制第二半导体制冷片10冷却电池包9,进入“电池包_半导体主动冷却模式”;
通过第二连接管24、环绕式高温水管路8、第三连接管25、水箱16、发动机水冷管路27形成回
路,使得发动机水箱16冷却水经环绕式高温水管路8循环,加热电池包9,进入“电池包加热
模式”。
体主动冷却模式”。
括以下步骤:
二电磁阀工20作状态信息;
冷片19,进入“发动机冷启动水箱预热模式”;
电量回收预设值U0,则继续监测电压检测模块信号;
绕式高温水管路8,进入“电池包加热模式”;
式”;
模式”;
式”;
导体主动冷却模式”和“电机_半导体主动冷却模式”完成后,进入步骤10),
元ECU7控制第一半导体制冷片19,此时第一半导体制冷片19工作在制热状态,迅速加热水
箱16到理想温度,协助发动机1启动。
应,将热能直接转变为电能的模式,此时半导体热电片3将高温尾气的热能转变为电能,并
通过DC/DC变换器4,直接将回收的电能储存在电池包9中。
22已无法满足水箱散热要求,水箱16温度持续上升,经ECU7控制第一半导体制冷片19,使其
工作在制冷模式,协助水箱16散热。
ECU7收到第二温度传感器12响应的值,调解第一电磁阀21和第二电磁阀通路20,通过第二
连接管24、环绕式高温水管路8、第三连接管25、水箱16、水泵17、发动机1,使发动机冷却水
通过第二连接管24、环绕式高温水管路8、第三连接管25、水箱16、水泵17、发动机1、发动机
水冷管路27与第一电磁阀21,使得发动机水箱16冷却水经环绕式高温水管路循环,利用发
动机水箱16冷却水加热电池包。
器12感应电池包9温度过低时,经电控单元ECU7收到第二温度传感器12响应的值,控制第二
半导体制冷片10,此时第二半导体制冷片10工作在制热状态,迅速加热电池包9到理想温
度。
的值,控制第二半导体制冷片10,此时第二半导体制冷片10工作在制冷状态,迅速为电池包
9散热到理想温度。
器15响应的值,控制第三半导体制冷片13,此时第三半导体制冷片13工作在制冷状态,迅速
为电机14散热到理想温度。
第二电磁阀20工作状态信息,传至电控单元ECU控制调解各执行器的工作状态。
少磨损。在混合驱动模式时,可充分利用发动机1排气废热发电,利用排气废热能量的同时,
利用第三半导体制冷片13对电机进行主动散热降温,达到满足混合动力汽车电机系统冷却
性能的要求,同时延长电机使用寿命;同时通过温度传感器采集发动机水箱16和电池包9温
度,由电控单元ECU7依据传感器信号,控制电磁阀联动,实现电池包9与发动机水箱16相连
通环绕式高温水管路8的通断,从而当电池包9温度过低时,打开电磁阀,利用水箱热量将电
池加热到理想温度;并且当电池包9温度过高时,关闭电磁阀,利用第二半导体制冷片10进
行主动散热,维持电池包9温度在最佳性能温度点,既保护电池包9,亦充分发挥混合动力系
统节油的优势。
明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以
理解的其他实施方式。
均应包含在本发明的保护范围之内。