一种基于空调制冷的车辆应急辅助散热系统及其控制方法与流程

本发明属于车辆热管理，尤其涉及一种基于空调制冷的车辆应急辅助散热系统及其控制方法。

背景技术：

1、车辆中的发动机、动力电池、驱动电机及电控装置等部件在运行过程中会持续产生热量。现有车辆通常通过冷却液循环系统将上述部件产生的热量传递至散热器，再借助车辆行驶气流或散热风扇将热量释放至外部环境，以维持相关部件处于适宜的工作温度范围。

2、然而，车辆在高温环境、低速行驶、持续爬坡、高负荷运行等工况下，待散热部件的产热量可能明显增加，而散热器侧的空气流量及换热条件却相对受限，容易出现冷却系统散热能力不足的问题。此外，当水泵、散热风扇或冷却液循环状态发生异常时，冷却液所携带的热量也难以及时释放。由此可能造成冷却液温度持续升高，进而引起车辆动力性能受限、部件加速老化，严重时还可能触发停机保护，影响车辆运行安全。

3、针对冷却能力不足的问题，现有车辆通常采用降低动力输出、提高风扇转速或发出停车提示等方式进行保护。上述方式主要通过限制车辆运行状态减缓温升，难以主动补充冷却系统的散热能力，在持续高热负荷或冷却部件性能下降的情况下，仍可能出现温度控制滞后、降温速度较慢的问题。同时，频繁降功率或停车保护也会降低车辆的连续运行能力和使用体验。

4、另外，现有车辆通常还配置有具备制冷能力的空调系统，但该空调系统主要用于乘员舱温度调节，与车辆动力部件冷却系统之间缺乏有效协同。当常规冷却系统散热不足时，车辆已有的制冷能力难以及时用于缓解动力部件的过热状态，造成整车制冷资源利用不充分。并且，现有控制策略往往仅依据单一温度参数判断是否需要采取保护措施，难以综合反映冷却部件的实际运行状态，容易出现辅助措施启动不及时或误触发的问题。

5、因此，现有车辆热管理方案在常规冷却能力不足时，仍存在应急降温能力有限、温度控制响应滞后、整车制冷资源利用率较低以及车辆连续运行能力受到影响等问题。

技术实现思路

1、鉴于现有车辆热管理方案在常规冷却能力不足时存在应急降温能力有限、温度控制响应滞后以及整车制冷资源利用率较低的问题，本发明提供一种基于空调制冷的车辆应急辅助散热系统及其控制方法，以在车辆常规散热能力不足时，利用车辆已有的空调制冷能力补充待散热对象的散热能力，降低待散热对象持续过热的风险。

2、为达到上述目的，本发明采用下述技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供一种基于空调制冷的车辆应急辅助散热系统，包括：

4、冷却单元，包括冷却液循环回路，所述冷却液循环回路包括通过冷却液管路连通的水泵、待散热对象以及散热器，所述冷却单元用于通过冷却液循环回路中的冷却液循环，将待散热对象产生的热量传递至散热器，并通过散热器释放至外部；

5、制冷单元，包括空调制冷剂回路，所述空调制冷剂回路包括通过制冷剂管路连通的压缩机、冷凝器、膨胀组件以及蒸发器，所述制冷单元用于通过制冷剂循环实现热量转移；

6、换热器，设置于冷却液循环回路与空调制冷剂回路之间，所述换热器包括相互隔离的冷却液流道和制冷剂流道，冷却液流道与冷却液循环回路连通，制冷剂流道与空调制冷剂回路连通，用于在冷却液与制冷剂之间进行热交换；

7、制冷剂流向控制组件，设置于空调制冷剂回路，用于控制制冷剂流向蒸发器和/或换热器；

8、状态检测组件，用于采集表征冷却单元运行状态以及制冷单元工作状态的检测参数；

9、控制单元，分别与状态检测组件、制冷剂流向控制组件以及压缩机连接，用于根据所述检测参数确定冷却单元是否能够满足待散热对象的散热需求，并在确定冷却单元无法满足待散热对象的散热需求且制冷单元处于可运行状态时，控制制冷剂流向控制组件，并控制压缩机运行，使经所述膨胀组件节流降压后的制冷剂流经所述换热器。

10、可选的，所述冷却单元还包括与所述散热器配合设置的散热风扇，所述散热风扇用于驱动空气流经所述散热器；

11、所述检测参数包括用于表征冷却单元运行状态的第一检测参数，以及用于表征制冷单元工作状态的第二检测参数；

12、所述第一检测参数包括冷却液温度，以及所述散热风扇的运行状态、水泵转速反馈值、冷却液流量和冷却液循环回路中不同检测位置之间的冷却液温差中的至少一种；

13、所述第二检测参数包括压缩机运行状态和制冷剂压力。

14、可选的，所述控制单元用于在所述冷却液温度超过第一温度阈值，且以下异常条件中的至少一项成立时，确定冷却单元无法满足待散热对象的散热需求：

15、所述散热风扇运行状态异常；

16、所述水泵转速反馈值不满足预设水泵运行条件；

17、所述冷却液流量低于预设流量阈值；

18、所述冷却液温差超过预设温差阈值。

19、可选的，所述控制单元用于在所述压缩机运行状态表明压缩机能够启动，且所述制冷剂压力处于预设压力范围内时，确定所述制冷单元处于可运行状态；

20、所述控制单元还用于在所述冷却单元无法满足所述待散热对象的散热需求且所述制冷单元未处于可运行状态时，禁止启动所述制冷单元进行辅助散热，并输出安全停车提示信号。

21、可选的，所述膨胀组件设置于所述冷凝器的下游，所述制冷剂流向控制组件包括设置于所述膨胀组件下游的比例分流阀，所述比例分流阀具有第一出口和第二出口；

22、所述比例分流阀的第一出口通过车厢制冷支路与所述蒸发器的入口连通，所述比例分流阀的第二出口通过辅助散热支路与所述换热器的制冷剂流道入口连通，所述蒸发器的出口和所述换热器的制冷剂流道出口均与所述压缩机的入口连通；

23、所述比例分流阀用于将经所述膨胀组件节流降压后的制冷剂选择性分配至所述车厢制冷支路和所述辅助散热支路中的至少一条。

24、可选的，所述控制单元还与车辆空调控制器通信连接，用于获取所述车辆空调控制器输出的车厢制冷请求信号；

25、所述控制单元还用于在所述冷却单元无法满足待散热对象的散热需求，所述制冷单元处于可运行状态且接收到所述车厢制冷请求信号时，控制所述比例分流阀同时向所述车厢制冷支路和所述辅助散热支路分配制冷剂，以同时进行车厢制冷和对所述待散热对象的辅助散热。

26、可选的，所述换热器的冷却液流道串联设置于所述冷却液循环回路；

27、所述冷却液循环回路还包括与所述冷却液流道并联设置的旁通支路以及设置于所述旁通支路的电控旁通阀，所述控制单元还与所述电控旁通阀连接，用于在所述冷却液流量低于预设旁通流量阈值，或者所述水泵转速反馈值不满足预设水泵运行条件时，控制所述电控旁通阀开启，使冷却液分流至所述旁通支路，并控制所述制冷剂流向控制组件停止向所述换热器的制冷剂流道输送制冷剂。

28、可选的，所述膨胀组件包括电子膨胀阀，所述控制单元还分别与所述电子膨胀阀和所述比例分流阀连接；

29、所述状态检测组件还用于连续获取冷却液温度，并获取车辆运行参数，所述车辆运行参数包括发动机输出功率、动力电池放电功率、驱动电机输出功率、环境温度和车速中的至少一种；

30、所述控制单元还用于根据连续获取的冷却液温度确定冷却液温度变化率，并确定所述冷却液温度与预设目标冷却液温度之间的温度偏差；

31、所述控制单元还用于在所述辅助散热支路导通时，根据所述温度偏差、所述冷却液温度变化率以及所述车辆运行参数，调节所述压缩机的转速和/或所述电子膨胀阀的开度，以调节流经所述比例分流阀的制冷剂总流量，并调节所述比例分流阀的分流比例，以调节分配至所述辅助散热支路的制冷剂流量。

32、可选的，所述待散热对象包括发动机、动力电池、驱动电机和电控装置中的至少一种。

33、第二方面，本发明提供一种基于空调制冷的车辆应急辅助散热控制方法，应用于第一方面所述的基于空调制冷的车辆应急辅助散热系统，包括：

34、通过所述状态检测组件获取用于表征冷却单元运行状态的第一检测参数，以及用于表征制冷单元工作状态的第二检测参数；

35、根据所述第一检测参数确定冷却单元是否能够满足待散热对象的散热需求；

36、在确定冷却单元无法满足所述待散热对象的散热需求时，根据所述第二检测参数确定制冷单元是否处于可运行状态；

37、在确定制冷单元未处于可运行状态时，禁止启动所述制冷单元进行辅助散热，并输出安全停车提示信号；

38、在确定制冷单元处于可运行状态时，控制所述制冷剂流向控制组件使经所述膨胀组件节流降压后的制冷剂流经所述换热器，并控制所述压缩机运行，以使冷却单元中的冷却液与制冷单元中的制冷剂通过所述换热器进行热交换，并通过所述冷凝器将制冷剂吸收的热量释放至外部。

39、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

40、本发明提供一种基于空调制冷的车辆应急辅助散热系统及其控制方法，通过在车辆原有的冷却液循环回路与空调制冷剂回路之间设置换热器，并利用制冷剂流向控制组件控制制冷剂流向蒸发器和/或换热器，使车辆空调制冷系统除用于车厢制冷外，还能够用于待散热对象的辅助散热。控制单元根据状态检测组件采集的检测参数判断冷却单元能否满足待散热对象的散热需求，并在冷却单元无法满足散热需求且制冷单元处于可运行状态时，控制经膨胀组件节流降压后的制冷剂流经换热器，使制冷剂通过换热器吸收冷却液携带的热量，再通过空调制冷剂回路将所吸收的热量释放至外部。由此，本发明能够在车辆原有冷却系统（冷却单元）散热能力不足时，利用车辆已有的空调制冷能力主动补充散热能力，减缓冷却液及待散热对象的温升，降低因持续过热而引起车辆动力受限、部件损伤或停机保护的风险，提高车辆在高温、高负荷或常规冷却性能下降工况下的应急散热能力和运行可靠性。

41、进一步地，本发明通过结合冷却液温度以及散热风扇运行状态、水泵转速反馈值、冷却液流量和冷却液温差中的至少一种判断冷却单元的实际散热状态，能够从温度结果、空气侧散热状态和冷却液循环状态等多个方面识别散热能力不足，提高辅助散热触发判断的准确性。

42、进一步地，本发明通过结合压缩机运行状态和制冷剂压力判断制冷单元是否处于可运行状态，并在制冷单元不具备运行条件时禁止启动辅助散热及输出安全停车提示信号，能够避免制冷系统异常情况下强制运行，提高系统安全性。

43、进一步地，本发明通过将经膨胀组件节流降压后的制冷剂选择性分配至车厢制冷支路和辅助散热支路，能够实现车厢制冷、辅助散热以及二者同时运行，并在存在车厢制冷请求时兼顾乘员舱制冷需求和待散热对象的散热需求。

44、进一步地，本发明通过设置与换热器冷却液流道并联的旁通支路，能够在冷却液流量不足或水泵运行异常时降低换热器对冷却液循环造成的影响，并停止向换热器输送制冷剂，减少低流量状态下换热异常的风险；

45、进一步地，本发明通过根据冷却液温度变化率、温度偏差及车辆运行参数调节压缩机转速、电子膨胀阀开度和比例分流阀分流比例，能够分别调节制冷剂总流量和辅助散热支路的制冷剂分配量，使辅助散热能力与车辆实时热负荷相适配，减少制冷能力不足或过度制冷。

46、进一步地，本发明能够适用于发动机、动力电池、驱动电机和电控装置中的一种或多种待散热对象，具有较好的适用性。