[发明专利]一种混合动力重型载货汽车的热管理系统及控制方法

权利要求书

1.一种混合动力重型载货汽车的热管理系统，其特征在于：包括高温级冷却系统、低温级冷却系统和空调冷却系统；

所述的高温级冷却系统包括发动机水循环冷却装置和发动机油循环冷却装置，所述的发动机水循环冷却装置分为包括第一电控三通球阀(4)，所述的第一电控三通球阀(4)的两个入口分别通过设置有温度传感器A的第一冷却液管路、设置有温度传感器B的第二冷却液管路连接发动机缸盖(1)内的第一冷却循环管路出口以及发动机缸体(2)内的第二冷却循环管路出口，所述的第一电控三通球阀(4)的出口与发动机冷却液主流道(29)、由第一电磁阀(5)以及EGR冷却器(7)串联组成的EGR冷却回路以及由第二电磁阀(6)和暖风换热器(9)串联组成的暖风回路汇合后的入口相连；在靠近暖风换热器(9)处设置有鼓风机(8)，第二电控三通球阀(11)的a入口与发动机冷却液主流道(29)、EGR冷却回路以及暖风回路汇合后的出口相连；

所述第二电控三通球阀(11)的b出口通过发动机冷却液小循环支路依次连接第一PTC加热器(12)和高温级电控水泵(14)后分为两路，一路连接发动机缸盖(1)内的第一冷却循环管路入口，另一路连接发动机缸体(2)内的第二冷却循环管路入口；

所述第二电控三通球阀(11)的c出口通过发动机冷却液大循环支路依次连接高温级散热器(16)和高温级电控水泵(14)后分为两路，一路连接发动机缸盖(1)内的第一冷却循环管路入口，另一路连接发动机缸体(2)内的第二冷却循环管路入口，高温级散热风扇(15)靠近高温级散热器(16)设置；

所述的发动机油循环冷却装置包括油路三通阀(13)，所述的油路三通阀(13)的a入口与发动机缸体(2)的油路出口通过安装有温度传感器E的出油管线相连，所述的油路三通阀(13)的c出口通过油路大循环管路依次连接机油散热器(31)、油底壳(34)、机油泵(3)、机油滤清器(32)以及发动机缸体(2)的油路入口，所述的油路三通阀(13)的b出口通过油路小循环管路与机油散热器(31)和油底壳(34)之间的油路大循环管路连通，机油散热器(31)设置在高温级散热器(16)的外侧；

所述低温级冷却系统包括第三电控三通球阀(22)，所述的第三电控三通球阀(22)的c出口通过第一循环管路依次连接低温级电控水泵(21)、动力电池(20)内的水冷循环管路、温度传感器C、第三电磁阀(27)、电机(28)的水冷循环管路、温度传感器D、第二PTC加热器(26)、增压进气中冷器(23)、低温级散热器(25)和所述的第三电控三通球阀(22)的a入口，电控百叶窗(33)位于散热器外侧，低温级散热风扇(24)位于散热器内侧，低温级小循环支路的一端与位于进气中冷器和第二PTC加热器(26)之间的第一循环管路连通并且另一端与第三电控三通球阀(22)的b入口连通，低温级冷却液主流道(30)进口与位于温度传感器C和第三电磁阀(27)之间的第一循环管路连通并且另一端与位于电机(28)和第二PTC加热器(26)之间的第一循环管路连通，所述的低温级电控水泵(21)与低温级散热风扇(24)的工作模式分为关闭、低速挡和高速挡；

所述空调冷却系统包括通过第二循环管路依次相连的空调冷凝器(17)的出口、空调节流阀(19)、空调蒸发器(10)、双驱动空调压缩机(18)以及空调冷凝器(17)的入口，空调冷凝器(17)布置在高温级散热器(16)的外侧，所述的双驱动空调压缩机(18)外部输入轴上安装有带有电磁离合器的从动带轮总成，所述的从动带轮总成中的从动带轮与发动机的曲轴上的带轮通过皮带相连，当空调压缩机的控制器接收到空调开启信号且判断发动机正在工作时，空调压缩机的控制器使所述的电磁离合器闭合；当空调压缩机的控制器接收到空调关闭信号时使电磁离合器断开；内置驱动电机的转轴与双驱动空调压缩机(18)的转轴相连，所述的内置驱动电机的控制线与空调压缩机的控制器相连，当空调压缩机的控制器接收到空调开启信号且发动机停机时，此时电磁离合器处于断开状态，所述空调压缩机的控制器通过控制线向内置驱动电机输出运转信号，控制内置驱动电机转动，从而带动空调压缩机工作；当空调压缩机的控制器接收到空调关闭信号时，所述空调压缩机的控制器向内置驱动电机输出停转信号控制内置驱动电机停转；内置驱动电机的电源线与动力电池(20)所在的高压电回路相连，通过动力电池(20)所在的高压电回路供电。

2.根据权利要求1所述的混合动力重型载货汽车的热管理系统，其特征在于：所述的机油泵(3)采用变排量电控机油泵(3)。

3.采用权利要求1-2之一所述的系统的混合动力重型载货汽车的热管理系统控制方法，包括车辆冷启动的暖机过程中、车辆正常工作过程中以及车辆停机过程中的冷却系统控制，所述的冷却系统控制分为高温级冷却系统控制、低温级冷却系统控制和空调冷却系统控制，所述的高温级冷却系统控制包括高温级冷却装置水循环冷却控制和高温级冷却装置油循环冷却控制：

其中：车辆冷启动的暖机过程中冷却系统控制：

高温级冷却装置水循环冷却控制过程如下：

第1a步，高温级电控水泵(14)以避免发动机局部过热的低转速模式运行，从发动机缸盖(1)中的第一冷却循环管路出口流出的冷却液以及发动机缸体(2)内第二冷却循环管路流出的冷却液依次经过第一电控三通球阀(4)、发动机冷却液主流道(29)、第二电控三通球阀(11)的a入口、第二电控三通球阀(11)全开的b出口、第一PTC加热器(12)以及高温级电控水泵(14)后分别返回发动机缸盖(1)中的第一冷却循环管路入口以及发动机缸体(2)内第二冷却循环管路入口，在此过程中根据温度传感器A及温度传感器B采集的温度信号，调节第一电控三通球阀(4)的球阀旋转角度，控制第一冷却循环管路及第二冷却循环管理的流量分配，从而控制第一冷却循环管路内冷却液与发动机缸盖(1)的换热量和第二冷却循环管路内冷却液与发动机缸体(2)的换热量，使得第二冷却循环管路的出口冷却液温度比第一冷却循环管路的出口冷却液温度高5℃；

第1b步，当检测到第二冷却循环管路的出口冷却液温度和第一冷却循环管路的出口冷却液温度均到达85℃以上时，判断为发动机暖机完毕，则第1a步中的第二电控三通球阀(11)的b出口逐渐关闭，并且关闭第一PTC加热器(12)，逐渐打开第二电控三通球阀(11)的c出口至全开，使第1a步中流入第二电控三通球阀(11)的a入口冷却液经过第二电控三通球阀(11)的c出口全部流经高温级散热器(16)以及高温级电控水泵(14)后分别返回发动机缸盖(1)内的第一冷却循环管路的入口和发动机缸体(2)内的第二冷却循环管路的入口；

高温级冷却油循环装置工作过程如下：

第2a步，机油泵(3)从油底壳(34)中吸入的机油经过机油滤清器(32)、发动机各润滑部件后流入油路三通阀(13)的a入口、油路三通阀(13)全开的b出口，机油重新回到油底壳(34)并流经机油泵(3)的入口进入下一次循环，对发动机各部件进行润滑；

第2b步，当通过温度传感器E检测到机油温度达到100℃以上时，判断机油预热完成，进入到第5a步；

低温级冷却装置的工作过程如下：

第3a步，当通过温度传感器C检测到动力电池(20)的电池包中水冷循环管路的冷却液温度低于10℃时，电控百叶窗(33)关闭，低温级散热风扇(24)关闭，低温级电控水泵(21)工作在最小功率状态，维持低温级冷却液循环具有一定流速，第三电控三通球阀(22)入口a处于全开、第三电控三通球阀(22)入口b处于关闭状态，此时首先，若电机(28)在车辆行驶过程中没有工作，则第三电磁阀(27)关闭，动力电池(20)中水冷循环管路的冷却液从低温级冷却液主流道(30)流入第二PTC加热器(26)；当电机(28)在车辆行驶过程中工作时，则第三电磁阀(27)打开，动力电池(20)中水冷循环管路中的冷却液分别从低温级冷却液主流道(30)以及由第三电磁阀(27)和电机(28)的水冷循环通道串联组成的流道流出后进入第二PTC加热器(26)；

然后，从第二PTC加热器(26)流出的冷却液流经增压进气中冷器(23)换热，换热后的冷却液依次经低温级散热器(25)、第三电控三通球阀(22)流回低温级电控水泵(21)后重新流入动力电池(20)的水冷循环管路的入口对动力电池(20)进行循环加热；

第3b步，当检测到动力电池(20)的温度高于15℃后，关闭第二PTC加热器(26)的加热功能，关闭低温级电控水泵(21)，预热完成，进入正常工况下的运行模式；

车辆在正常工况下运行时冷却系统控制：

高温级冷却装置水循环冷却控制过程如下：

第4a步，第二电控三通球阀(11)的a入口以及c出口处于全开状态，第二电控三通球阀(11)的b出口处于全关状态；首先，从发动机缸盖(1)中的第一冷却循环管路流出的冷却液以及发动机缸体(2)内第二冷却循环管路流出的冷却液经过第一电控三通球阀(4)，然后一部分经过发动机冷却液主流道(29)，另一部分通过打开的第一电磁阀(5)流经EGR冷却器(7)对再循环的废气进行冷却；随后冷却液汇入第二电控三通球阀(11)的a入口，从第二电控三通球阀(11)的c出口全部流出的冷却液在高温级散热器(16)中与环境进行充分换热后依次重新流入高温级电控水泵(14)以及第一冷却循环管路的入口以及发动机缸体(2)内第二冷却循环管路的入口，在此过程中，通过调节第一电控三通球阀(4)旋转角度分配发动机缸盖(1)与发动机缸体(2)的出口冷却液流量，使第一冷却循环管路出口流出的冷却液温度比第二冷却循环管路出口流出的冷却液温度低5℃；

高温级冷却油循环装置工作过程如下：

第5a步，机油泵(3)根据发动机状态，以标定好的油压和油量对发动机缸体(2)的油道入口供机油；具体过程为：机油从油底壳(34)被吸出，依次经过机油泵(3)、机油滤清器(32)、发动机各润滑部件后流入油路三通阀(13)的a入口，部分机油从油路三通阀(13)通过b出口流出再进入油底壳(34)，另一部分机油从油路三通阀(13)c出口流出经过机油散热器(31)后再依次进入油底壳(34)、机油泵(3)并循环对发动机各部件进行润滑，通过对油路三通阀(13)的b出口和c出口的油量控制实现油温的控制，当油温低于110℃时，减少c出口的开度，加大b出口的开度，使油温升高；当油温高于130℃时，加大c出口的开度，减少b出口的开度；

低温级冷却装置的工作过程如下：

第6a步，当动力电池(20)放电、电机(28)工作时，第三电磁阀(27)打开；当环境温度低于0℃时且流经动力电池(20)中水冷循环管路中的冷却液温度低于20℃时，关闭电控百叶窗(33)，低温级电控水泵(21)仍处于关闭状态，低温级散热风扇(24)关闭；当环境温度不低于0℃时，或当温度传感器C采集到动力电池(20)水冷循环管路中冷却液温度不低于20℃，或当温度传感器D采集到电机水冷循环管路中冷却液温度高于25℃时，电控百叶窗(33)打开，低温级电控水泵(21)处于低速状态，低温级散热风扇(24)关闭，此时通过调节第三电控三通球阀(22)的a入口和b入口的开度，当动力电池(20)水冷循环管路中冷却液温度升高时逐渐增大第三电控三通球阀(22)的a入口的开度；当动力电池(20)水冷循环管路出口冷却液温度高于30℃时，第三电控三通球阀(22)的a入口全开，开启低温级散热风扇(24)至低速挡；当动力电池(20)的水冷循环管路中冷却液温度高于40℃或电机水冷循环管路中冷却液温度超过50℃时，低温级散热风扇(24)在高速挡运转，低温级电控水泵(21)高速运转使冷却液快速散热；车辆停机过程中的冷却系统控制：

高温级水循环装置控制：

第7a步，在高温级冷却回路中，发动机停机后保持高温级电控水泵(14)以最小功耗的转速工作2min，高温级散热风扇(15)关闭；

低温级冷却装置的控制：

第8a步，低温级冷却回路由于热负荷较小，电控百叶窗(33)、低温级散热风扇(24)及低温级电控水泵(21)随整车下电后关闭；

在发动机暖机、正常工况下的空调冷却系统控制：

乘员舱有制冷需求时的控制过程：

第9a步，在制冷过程中，第二电磁阀(6)关闭，鼓风机(8)开启，通过动力电池(20)为双驱动空调压缩机(18)提供电能并带动其运转，空调冷却系统中的制冷剂经过双驱动空调压缩机(18)后升温升压，并在空调冷凝器(17)处与环境进行热交换，降温后流过空调节流阀(19)降压，最终在空调蒸发器(10)中将鼓风机(8)吹入乘员舱的空气降温，并流回双驱动空调压缩机(18)的入口完成制冷循环；

乘员舱有采暖需求时的控制过程：

第10a步，当乘员有采暖需求时，若发动机没有工作，则第二电磁阀(6)打开、第二电控三通球阀(11)的a入口全开、b出口全开、c出口全关、高温级电控水泵(14)工作在最小功耗状态，此时高温级冷却回路的冷却液经过高温级电控水泵(14)后从发动机缸盖(1)中的第一冷却循环管路出口及发动机缸体(2)内第二冷却循环管路出口流出并汇合进入第一电控三通球阀(4)，冷却液分别流经发动机冷却液主流道(29)和暖风回路上的暖风换热器(9)；鼓风机(8)开启，将暖风换热器(9)中的冷却液热量传递到进入乘员舱的空气中，随后降温后的冷却液与发动机冷却液主流道(29)中的冷却液汇合后依次流过第二电控三通球阀(11)、第一PTC加热器(12)及高温级电控水泵(14)完成采暖循环；

当乘员有采暖需求时，发动机工作且处于暖机状态，则进入第1a步，并将第二电磁阀(6)开启、鼓风机(8)打开，将流经第二电磁阀(6)、暖风换热器(9)的冷却液中的热量传递给进入乘员舱的空气中，并与发动机冷却液主流道(29)出口的冷却液汇合后继续循环；若发动机工作且处于正常工作状态，则进入第4a步，第二电磁阀(6)开启、鼓风机(8)打开，将流经第二电磁阀(6)、暖风换热器(9)的冷却液中的热量传递给进入乘员舱的空气中，并于发动机冷却液主流道(29)、EGR冷却器(7)出口的冷却液汇合后继续循环，完成暖风供给。