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CN105508020A - 发动机和制动电阻的共用冷却系统 - Google Patents

发动机和制动电阻的共用冷却系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发动机和制动电阻的共用冷却系统，包括：散热器，所述散热器分别与发动机的冷却回路和制动电阻的冷却回路连接；冷却风扇，用于对所述散热器进行冷却；其中，所述发动机的冷却液依次流经所述散热器、所述制动电阻的冷却通道和所述发动机的水道后，流向所述散热器。本发明具有如下优点：利用发动机与制动电阻两者在输出功率基本交替工作的特点，将制动电阻的水冷系统与发动机的冷却系统共用，即可以解决两者的散热问题，从而降低整个系统的体积和成本。

Description

发动机和制动电阻的共用冷却系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，具体涉及一种发动机和制动电阻的共用冷却系统。
背景技术
在现有的混合动力汽车中，发动机的散热器往往和发动机增压中冷的散热器、电机及其控制器的散热器统一布置在一起，通过冷却风扇控制空气和各散热器之间的换热。
在现有的新能源汽车动力系统中，由驱动电机及其控制器在制动过程中，可发电回馈到储能系统，从而实现制动能量回收，改善车辆的运行经济性。但由于受到储能系统的荷电状态(SOC充满)和储能系统本身容量偏小的原因，电机在制动时回馈功率可能会超过储能系统能够接受的最大功率。这时往往需要附件或者制动电阻消耗电机回馈功率，以避免储能系统(电池)发生过充而影响其寿命。
如图1所示，在储能系统可以接受全部制动回馈功率的条件下，连接制动电阻的功率开关K往往不导通，制动电阻不工作；当储能系统SOC已经充满，或者电机回馈功率大于储能系统和附件可接受的功率时，控制系统将功率开关K闭合，制动电阻即开始消耗功率，以保护储能系统不发生过充，或者总线电压超高。典型工况是在车辆下长坡或者紧急制动时，制动电阻需要辅助储能系统消耗制动电能，这对质量较大的商用车的制动安全性非常重要。
目前现有的制动电阻，往往采用风冷配置，导致其散热体积较大；如果采用水冷配置，制动电阻本身的体积可以大幅度减小，但是需要配置独立的水冷系统，导致其总共的安装体积较大或者总成本过高，在车上安装需要较大的体积和空间。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种发动机和制动电阻的共用冷却系统。
为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种发动机和制动电阻的共用冷却系统，包括：散热器，所述散热器分别与发动机的冷却回路和制动电阻的冷却回路连接；冷却风扇，用于对所述散热器进行冷却；其中，所述发动机的冷却液依次流经所述散热器、所述制动电阻的冷却通道和所述发动机的水道后，流向所述散热器。
根据本发明实施例的发动机和制动电阻的共用冷却系统，利用发动机与制动电阻两者在输出功率基本交替工作的特点，将制动电阻的水冷系统与发动机的冷却系统共用，即可以解决两者的散热问题，从而降低整个系统的体积和成本
另外，根据本发明上述实施例的发动机和制动电阻的共用冷却系统，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，当车辆处于制动工况时，所述散热器和所述冷却风扇用于对所述制动电阻进行冷却，当车辆处于正常驱动行驶工况时，所述散热器和所述冷却风扇用于对所述发动机进行冷却。
进一步地，在车辆处于下坡制动工况且当所述车辆的充满储能系统充满后，采用电机回馈制动，同时接通所述制动电阻以消耗制动功率。
进一步地，采用半导体开关器件通过脉宽调制以控制所述制动电阻消耗的平均功率。
进一步地，采用半导体开关器件通过脉宽调制以控制所述制动电阻消耗的平均功率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是相关技术的混合动力系统的发动机的冷却系统布置示意图；
图2是本发明一个具体示例的发动机和制动电阻共用冷却系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
以下结合附图描述根据本发明实施例的发动机和制动电阻的共用冷却系统。
图2是本发明一个实施例的发动机和制动电阻的共用冷却系统的结构示意图。请参考图2，一种发动机和制动电阻的共用冷却系统，包括散热器和冷却风扇。其中，发动机的冷却液依次流经散热器、制动电阻的冷却通道和发动机的水道后，流向散热器。
在本发明的一个实施例中，当车辆处于制动工况时，制动电阻基本不工作，散热器和冷却风扇用于对制动电阻进行冷却；当车辆处于正常驱动行驶工况时，发动机输出功率较小或者为零，散热器和冷却风扇用于对发动机进行冷却，即利用发动机输出功率和制动电阻消耗功率在工况上相互交替的特点，可以使它们共用一套冷却系统。
在本发明的一个实施例中，在车辆处于下坡制动工况且当车辆的充满储能系统充满后，采用电机回馈制动，同时接通所述制动电阻以消耗制动功率。
具体地，当车辆处于制动或者下长坡制动时，往往不需要发动机本身再输出很大的功率，发动机往往工作在怠速工况或者干脆停机，这时发动机的冷却和散热系统往往有较大的工作余量，可以用来冷却制动电阻的发热；对于100kW输出功率的发动机，其冷却系统的冷却能力往往也在100kW以上；也就是说100kW的发动机的冷却系统可以带走制动电阻100kW的持续制动回馈功率，对其进行冷却。
当车辆处于紧急制动和下长坡制动时，电机制动回馈的功率往往比较大，需要的制动电阻短时间内耗散较大的制动回馈功率(50～100kW甚至更高)，对制动电阻的冷却系统的冷却能力也是较高的，但是平时其它大部分非制动工况，又不需要制动电阻工作，为其单独配置一个大功率的冷却系统往往不经济；而制动过程的峰值功率，以及下长坡的持续制动功率可以在50～100kW甚至更大的范围变化，采用发动机的冷却系统足以带走其产生的热量。
通过本发明实施例的发动机和制动电阻的共用冷却系统的优点在于：当重型车辆处于下长坡需要长时间制动时，可以先优先采用电机回馈制动，对储能系统充电，回收制动能量；当充满储能系统充满后，仍然继续采用电机回馈制动，同时接通制动电阻，消耗制动功率；由于发动机冷却系统强大的冷却能力，制动电阻可以长时间大功率消耗制动功率，也就是车辆可以长时间采用电机回馈制动，从而避免机械(摩擦盘或者摩擦鼓)制动系统过早起作用，降低了机械制动系统的磨损，提高了车辆，尤其是重型车辆的制动系统的安全性和可靠性。
在本发明的一个实施例中，采用半导体开关器件通过脉宽调制以控制所述制动电阻消耗的平均功率。
具体地，图2中控制制动电阻是否和功率总线接通的功率开关器件，可以是继电器或者半导体的功率器件，如IGBT等。如果采用IGBT，还可以通过一定频率的脉宽调制(PWM)控制信号，来控制制动电阻消耗的平均功率。即通过调整开关K的PWM波形的占空比，来控制制动电阻的平均消耗功率值，使其与电机的制动回馈功率和(储能系统+附件系统)的可以吸收的功率相匹配。
和传动的风冷制动电阻相比，采用与发动机共用冷却系统的制动电阻可以有更大的制动耗能能力，其温度变化范围更加平稳，可以在短时间吸收更大的峰值制动功率，从而为保护储能系统和维持总线电压的稳定提供更加便利的条件。在成本和可靠性方面更有优势。
图2中对制动电阻的要求为，要求制动电阻必须可以长期工作在发动机工作温度范围内，即制动电阻可在85～100℃条件下长期工作。
在本发明的一个实施例中，在车辆所处的环境温度低于预设温度的情况下，启动发动机时，从储能系统中的所述制动电阻进行放电。
具体地，在低温条件下,当发动机需要暖机启动时，可以从储能系统(例如动力电池)中对制动电阻放电，这时因为发动机冷却系统可以被制动电阻快速加热，可以加快发动机的冷却水升温过程，缩短冷机起动准备时间和起动后的暖机过程。
另外，本发明实施例的发动机和制动电阻的共用冷却系统的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (5)

1.一种发动机和制动电阻的共用冷却系统，其特征在于，包括：
散热器，所述散热器分别与发动机的冷却回路和制动电阻的冷却回路连接；
冷却风扇，用于对所述散热器进行冷却；
其中，所述发动机的冷却液依次流经所述散热器、所述制动电阻的冷却通道和所述发动机的水道后，流向所述散热器。
2.根据权利要求1所述的发动机和制动电阻的共用冷却系统，其特征在于，当车辆处于制动工况时，所述散热器和所述冷却风扇用于对所述制动电阻进行冷却，当车辆处于正常驱动行驶工况时，所述散热器和所述冷却风扇用于对所述发动机进行冷却。
3.根据权利要求1所述的发动机和制动电阻的共用冷却系统，其特征在于，在车辆处于下坡制动工况且当所述车辆的充满储能系统充满后，采用电机回馈制动，同时接通所述制动电阻以消耗制动功率。
4.根据权利要求1所述的发动机和制动电阻的共用冷却系统，其特征在于，采用半导体开关器件通过脉宽调制以控制所述制动电阻消耗的平均功率。
5.根据权利要求1所述的发动机和制动电阻的共用冷却系统，其特征在于，在所述车辆所处的环境温度低于预设温度的情况下，启动所述发动机时，从储能系统中的所述制动电阻进行放电。
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