一种新能源矿用车一体式热管理控制系统的制作方法

1.本实用新型属于新能源矿用车技术领域，具体涉及一种新能源矿用车一体式热管理控制系统。


背景技术：

2.随着新能源汽车的深入发展，汽车的电动化逐渐从巴士、乘用车向物流车、卡车、矿用车、转运车等细分领域拓展；细分领域车辆主要用于载货运输，载重量较大，在车辆电动化的进程中对电池、电机的散热需求更旺盛。
3.目前新能源细分领域市场处于起步发展阶段，车辆的空调、电池热管理、电机热管理主要以独立系统为主，由不同厂家设计生产，需要多套空调及热管理系统、多套控制系统，从空调系统上来说增加了成本，各控制系统之间相互独立都需要与整车数据交互，增加了数据交互数量，增加了整车成本，使得热管理控制系统具有集成化程度低，控制效率低以及成本高等缺点，随着行业竞争的加剧，整车均需要一套产品和控制高度集成化、成本更优的整车热管理系统。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种新能源矿用车一体式热管理控制系统。
5.具体方案如下：
6.一种新能源矿用车一体式热管理控制系统，包括集成控制单元、集成热管理装置和通信网络，其中，所述集成控制单元包括空调区控制器、热管理控制器和整车控制器，所述通信网络包括外部通信总线和内部通信总线，所述整车控制器通过外部通信总线与空调区控制器通信连接，所述空调区控制器通过内部通信总线与热管理控制器通信连接，所述集成热管理装置包括空调热管理装置、电池热管理装置和电机热管理装置，所述空调热管理装置和电池热管理装置均与电机热管理装置管道连接，所述空调热管理装置与空调区控制器电连接，所述电池热管理装置和电机热管理装置均与热管理控制器电连接。
7.所述电机热管理装置包括压缩机、板式换热器和电机散热器，所述板式换热器上设置有第一换热端和第二换热端，所述空调热管理装置和电池热管理装置均通过第一换热端与所述电机热管理装置换热连接，所述电机散热器与第二换热端管道连接，所述第二换热端与压缩机管道连接，所述压缩机与电机散热器管道连接，所述电机散热器上还设置有环境温度传感器和冷凝风机，所述环境温度传感器、冷凝风机、电机散热器、板式换热器均与热管理控制器电连接，所述压缩机与热管理控制器通过内部通信总线通信连接。
8.所述电池热管理装置包括电池区循环水泵、电池冷板、三通调节阀、水箱散热器和膨胀水箱，其中，所述膨胀水箱与电池区循环水泵管道连接，所述电池区循环水泵、电池冷板、三通调节阀和第一换热端依次首尾管道连接，所述水箱散热器一端通过三通调节阀与电池冷板管道连接，所述水箱散热器的另一端与第一换热端管道连接。
9.所述三通调节阀为三通电磁调节阀，所述第一换热端上设置有出水温度传感器，所述出水温度传感器、电池区循环水泵、三通调节阀和水箱散热器均与热管理控制器电连接。
10.所述空调热管理装置包括驾驶区循环水泵、蒸发器和ptc除霜加热器、其中，所述膨胀水箱与驾驶区循环水泵管道连接，所述驾驶区循环水泵、蒸发器和第一换热端依次首尾管道连接，所述蒸发器上设置有回风温度传感器和蒸发风机，所述蒸发风机、回风温度传感器、蒸发器和驾驶区循环水泵均与空调区控制器电连接，所述ptc除霜加热器与空调区控制器通过内部通信总线通信连接。
11.所述空调区控制器包括空调面板和空调控制器，所述回风温度传感器、蒸发器、蒸发风机和驾驶区循环水泵均与所述空调控制器电连接，所述空调控制器、ptc除霜加热器和热管理控制器均通过内部通信总线与空调面板通信连接，所述空调面板通过外部通信总线与整车控制器通信连接。
12.所述空调控制器为主控制器，所述热管理控制器为从控制器，所述从控制器受控于主控制器，所述主控制器和从控制器均为mcu。
13.所述内部通信总线和外部通信总线均为can通信总线。
14.本实用新型公开了一种新能源矿用车一体式热管理控制系统，设置内外通信总线，并通过空调控制面板实现内外通信总线之间的信息传输，所述整车控制器将电机热管理需求和电池热管理需求通过空调控制面板传送至热管理控制器，热管理控制器对可以分别对电池热管理装置和电机热管理装置进行调节，以使对电机或电池进行热管理，所述空调控制器根据空调面板的设置温度调节空调热管理装置，以对空调进行热管理，所述空调热管理装置和电池热管理装置均与电机热管理装置连接，共用电机热管理装置进行温度调节，具有集成化程度高的优点，降低整车成本，并为集成控制提供了硬件支撑。
附图说明
15.图1是本实用新型的控制框图结构。
16.图2是本实用新型热管理装置的连接关系示意图。
具体实施方式
17.下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施，而不是全部的实施，基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
18.如图1至图2所示，一种新能源矿用车一体式热管理控制系统，包括集成控制单元、集成热管理装置和通信网络，其中，所述集成控制单元包括空调区控制器1、热管理控制器5和整车控制器6，所述通信网络包括外部通信总线4和内部通信总线3，所述整车控制器6通过外部通信总线4与空调区控制器1通信连接，所述空调区控制器1通过内部通信总线3与热管理控制器5通信连接，所述集成热管理装置包括空调热管理装置、电池热管理装置和电机热管理装置，所述空调热管理装置和电池热管理装置均与电机热管理装置管道连接，所述空调热管理装置与空调区控制器1电连接，所述电池热管理装置和电机热管理装置均与热
管理控制器5电连接。
19.所述新能源矿用车一体式热管理控制系统，不仅将空调热管理装置、电池热管理装置和电机热管理装置进行了集成，而且还将空调区控制器1、热管理控制器5和整车控制器6通过通信网络进行通信集成，保证了控制信号的共享传输，所述热管理控制器5不仅可以对电机热管理装置进行控制，还可以对电池热管理装置进行控制，具有集成度高的优点。
20.所述电机热管理装置包括压缩机7、板式换热器9和电机散热器8，所述板式换热器9上设置有第一换热端19和第二换热端20，所述空调热管理装置和电池热管理装置均通过第一换热端19与电机热管理装置换热连接，所述电机散热器8与第二换热端20管道连接，所述第二换热端20与压缩机7管道连接，所述压缩机7与电机散热器8管道连接，所述电机散热器8上还设置有环境温度传感器和冷凝风机21，所述环境温度传感器、冷凝风机21、电机散热器8、板式换热器9均与热管理控制器5电连接，所述压缩机7与热管理控制器5通过内部通信总线3通信连接。
21.所述板式换热器9是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使用寿命长等特点。
22.所述压缩机7是一种将低压气体提升为高压气体的从动的流体机械，是制冷系统的心脏。它从吸气管吸入低温低压的防冻液气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的防冻液气体，为制冷循环提供动力。
23.所述电机散热器8将电机工作时产生的热量及时排出，并通过冷凝风机21加快热量的排出，此外，在板式换热器9进行工作时，电机散热器8还具有冷凝的作用，在本实施例中，所述压缩机7、板式换热器9和电机散热器8通过管道依次连接，所述管道中流通的是冷媒介质，所述冷媒介质在电机散热器8中吸收冷媒介质的热量并通过冷凝风机21将热量排出，被吸收热量的冷媒介质变为液态冷媒介质，所述液态冷媒介质流入至板式换热器9中，所述板式换热器9中包括有第一换热端19和第二换热端20，在板式换热器9中，所述第一换热端19和第二换热端20可以进行热交换，在本实施例中，流过第一换热端19中的是防冻液，流过第二换热端20的是从电机散热器8中流出的液态冷媒介质，所述液态冷媒介质与防冻液在板式换热器9中发生热交换后，热交换后，液态冷媒介质吸收防冻液的热量，使得液态冷媒介质由液态蒸发为气态，所述防冻液被吸收热量后，所述防冻液的温度降低，而后，降温后的防冻液可以循环流通至空调热管理装置和电池热管理装置中，保证了空调热管理装置和电池热管理装置的热管理工作的正常运行。
24.在板式换热器9中蒸发为气态的冷媒介质通过压缩机7进行压缩后变为高压的气态冷媒介质，高压的气态冷媒介质通过所述电机散热器8散热后，再次变为液态的冷媒介质，所述液态冷媒介质继续循环流通至板式换热器9中以再次与防冻液进行热交换。
25.所述电池热管理装置包括电池区循环水泵12、电池冷板13、三通调节阀11、水箱散热器10和膨胀水箱17，其中，所述膨胀水箱17与电池区循环水泵12管道连接，所述电池区循环水泵12、电池冷板13、三通调节阀11和第一换热端19依次首尾管道连接，所述水箱散热器10一端通过三通调节阀11与电池冷板13管道连接，所述水箱散热器10的另一端与第一换热端19管道连接。在本实施例中，所述膨胀水箱17中存储的是防冻液，所述膨胀水箱17可以根
据管道内的防冻液的压力向管道内进行自动补充防冻液，保证管道防冻液压力的稳定。
26.所述三通调节阀11为三通电磁调节阀，所述第一换热端19上设置有出水温度传感器18，所述出水温度传感器18、电池区循环水泵12、三通调节阀11和水箱散热器10均与热管理控制器5电连接。
27.在本实施例中，所述三通调节阀11可以改变防冻液的流向，在电池工作温度较低时，可以选择开通三通调节阀11使得防冻液在水箱散热器10中进行散热，散热后再通过板式换热器9流入至电池区循环水泵12中。此时，板式换热器9不工作，仅仅起到管道的作用，使得防冻液流过板式换热器9。
28.在电池工作温度较高时，所述三通调节阀11关闭，同时板式换热器9工作，使得防冻液在板式换热器9中进行换热，换热后防冻液的温度降低，降温后的防冻液在电池区循环水泵12的作用下流过电池冷板13，所述防冻液通过电池冷板13与电池进行热交换，热交换后，防冻液吸收电池工作中产生的热量而升温，升温后的防冻液通过管道再次循环流入至第一换热端19中进行换热将温，降温后的防冻液再次循环至电池区循环水泵12中，以对电池进行再次散热。
29.所述空调热管理装置包括驾驶区循环水泵16、蒸发器15和ptc除霜加热器23、其中，所述膨胀水箱17与驾驶区循环水泵16管道连接，所述驾驶区循环水泵16、蒸发器15和第一换热端19依次首尾管道连接，所述蒸发器15上设置有回风温度传感器14和蒸发风机24，所述蒸发风机24、回风温度传感器14、蒸发器15和驾驶区循环水泵16均与空调区控制器1电连接，所述ptc除霜加热器23与空调区控制器1通过内部通信总线3通信连接。
30.从板式换热器9中流出的防冻液，也可以通过驾驶区循环水泵16流入至蒸发器15中，在蒸发器15中所述防冻液吸热变为气态，吸热后蒸发器15周围空气降温，通过蒸发器风机24将降温空气吹入驾驶室内，从蒸发器15中流出的气态防冻液再次流入至板式换热器9中进行降温变成液态防冻液，以为下次制冷循环提供条件。
31.所述空调热管理装置的制热，是通过ptc除霜加热器23产生的热量来进行制热工作的。
32.所述空调区控制器1包括空调面板22和空调控制器2，所述回风温度传感器14、蒸发器15、蒸发风机24和驾驶区循环水泵16均与所述空调控制器2电连接，所述空调控制器2、ptc除霜加热器23和热管理控制器5均通过内部通信总线3与空调面板22通信连接，所述空调面板22通过外部通信总线4与整车控制器6通信连接。
33.所述空调控制器2为主控制器，所述热管理控制器5为从控制器，所述从控制器受控于主控制器，所述主控制器和从控制器均为mcu。
34.所述内部通信总线3和外部通信总线4均为can通信总线。
35.所述新能源矿用车一体式热管理控制系统的具体工作过程如下：
36.在仅有空调有制冷需求时，用户打开空调面板22，空调面板22自动按照上次记忆的制冷模式参数运行，同时空调面板22将用户信息通过内部通信总线4传递给空调控制器2，所述空调控制器2打开驾驶区循环水泵16，而后，所述空调控制器2通过空调面板22的设定温度、回风温度传感器14和环境温度的比较计算判定压缩机7的启停和蒸发器15的的风速大小，同时将压缩机7和蒸发器15的工作状态传输给空调面板22，所述空调面板22显示空调运行状态。
37.在仅有空调制热需求时，用户操作空调面板22上对应的加热按键，空调面板22通过内部通信总线3将控制指令传送到ptc除霜加热器23中，ptc除霜加热器23根据用户设置参数自动运行，并通过内部通信总线将运行数据上传到空调面板22上，所述空调面板22再将运行数据通过外部通信总线上传到整车控制器6中。
38.在电池有制冷需求时，电池热管理系统将目标温度、运行模式等信息传递给整车控制器6，整车控制器6再通过外部通信总线4将需求信息转发给空调面板22，空调面板22作为热管理系统的网关，将电池需求信息通过内部通信总线3传递给热管理控制器5，热管理控制器5打开电池区循环水泵12，根据出水温度传感器18进行判断，当出水温度传感器18的温度大于某一值时，热管理控制器5将三通调节阀11对应的水箱散热器10部分水通道关闭，同时根据设定温度与出水温度传感器18相比较，计算压缩机7的转速和冷凝风机21的转速，通过内置变频算法将压缩机和冷凝风机控制在高效运行区间，既满足电池的冷却需求同时也实现了整车节能；当出水温度传感器18的温度小于某一值，热管理控制器5无法启动压缩机7制冷时，热管理控制器5将三通调节阀11对应的水箱散热器10部分水通道打开，水箱散热器10的散热风机运行，实现对电池降温。
39.在电机有制冷需求时，电机控制器将电机及电机控制器的温度等信息传递给整车控制器6，整车控制器6通过外部通信总线4将需求信息转发给空调面板22，空调面板22作为热管理系统的网关，将电机及电机控制器温度信息通过内部通信总线3传递给热管理控制器5，所述热管理控制器5根据收到的电机及电机控制器温度等信息，运算确定冷凝风机转速，实现对电机及电机控制器的冷却散热。
40.当空调、电池和电机同时有需求时，空调控制器1和热管理控制器5会同时响应各部分的组合需求。
41.本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。