一种商用车一体式整车热管理智能控制装置的制作方法

1.本实用新型涉及新能源技术领域，具体是指一种商用车一体式整车热管理智能控制装置。


背景技术：

2.当前世界范围内的能源资源一直都十分紧缺，各个国家在发展过程中都在大力研究新能源汽车。随着时代的快速发展，全球新一轮科技革命和产业变革，汽车与能源、交通、信息通信等领域有关技术加速融合，新能源汽车已经成为全球汽车产业转型发展的主要方向。
3.新能源汽车的高速发展，尤其近年来新能源商用车的发展加速，混动车、纯电动车、燃料电池车需求越来越大，高能部件的应用越来越多。高功率能量转换部件的电控和电机、高密度储能部件的电池、高集成度的氢燃料电池电堆，这些部件的安全与效率问题最为突出,是新能源商用车热管理继续解决的关键问题，新能源商用车的整车热管理面临巨大挑战。整车热管理系统中各个系统之间的相互作用关系对于整个车辆的综合性能有着较大影响。对于车辆安全性能、舒适性能、高效性能以及续航能力，消费者日益关注,这些性能表现与整车热管理密切相关,直接影响到商用车整车产品的核心竞争能力。
4.目前新能源商用车的整车热管理部件控制都相对独立，车辆空调系统、发动机散热系统、动力电池热管理系统、电机散热系统、电控散热系统、燃料电池电堆散热系统都独立一套，集成化程度不高，且不能充分利用各自的热能进行互补回收，影响整车的综合性能，尤其是整车的能效。本发明设计商用车一体式整车热管理智能控制装置来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种商用车一体式整车热管理智能控制装置，以解决现有热管理系统的控制器分散、集成化程度不高问题。
6.本使用新型采用如下技术方案：
7.一种商用车一体式整车热管理智能控制装置，包括包括热管理系统和热管理控制器；所述热管理控制器包括单片机以及与所述单片机电连接的模拟量输入电路、开关量输入电路、水泵故障pwm检测输入电路、pwm输出控制电路和电子膨胀阀驱动电路；所述模拟量输入电路用于采集所述热管理系统中的压力值、温度值和水泵位置信息；所述开关量输入电路用于检测热管理系统中各开关的状态；所述水泵故障pwm检测输入电路用于检测所述热管理系统中各水泵的故障情况；所述单片机接收所述模拟量输入电路、开关量输入电路和水泵故障pwm检测输入电路采集到的信息，从而通过pwm输出控制电路控制热管理系统中各水阀、水泵和风机的工作状态，并通过电子膨胀阀驱动电路控制热管理系统中电子膨胀阀的开度。
8.进一步，所述模拟量检测电路包括压力与水阀位置反馈电路和温度采集电路；所
述压力与水阀位置反馈电路用于检测所述热管理系统中压力传感器的压力值和各水阀的位置信息；所述温度采集电路用于采集所述热管理系统中的温度信息。
9.进一步，还包括电连接于所述单片机的电源电路；所述电源电路包括3.3v电源电路、5v电源调理电路和12v电源调理电路。
10.进一步，还包括电连接于所述单片机的can通讯电路，所述can通讯电路包括用于与整车通讯的外部can通讯电路和用于与所述热管理系统通讯的内部can通讯电路。
11.进一步，还包括电连接于所述单片机的晶振电路和接口电路，并且所述接口电路的接插件采用单个molex接插件。
12.进一步，还包括电连接于所述单片机的高边功率输出电路，并且所述高边功率输出电路采用bts4141芯片。
13.进一步，所述单片机采用stm32f105rbt6芯片。
14.进一步，所述开关量输入电路采用ulq2001a芯片。
15.进一步，所述热管理系统包括空调冷却回路、电池冷却回路和电机冷却回路；所述空调冷却回路包括依次连接的压缩机、冷凝器、电磁阀、热力膨胀阀和空调蒸发器，还包括并联于所述冷凝器和压缩机之间的电子膨胀阀和制冷器；所述电池冷却回路包括依次连接的动力电池、所述制冷器、四通水阀和第一水泵；所述电机冷却回路包括依次连接的驱动电机、所述四通水阀、第二水泵和三通水阀，还包括并联于所述第二水泵和三通水阀之间的电控部件。
16.更进一步，所述热管理系统还包括依次连接的发动机或燃料电池电堆、两通水阀和换热器，并且所述换热器设置于动力电池和制冷器之间。
17.由上述对本实用新型结构的描述可知，和现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
18.本实用新型将热管理系统中各个部件的管理集成于同一个热管理控制器中，从而实现了热管理系统的集成化和智能化控制，有效提高了热管理系统的稳定性，并充分降低控制难度和控制成本，有利于实现热管理系统的热能回收互补。
附图说明
19.图1为本实用新型中热管理控制器的结构框图。
20.图2为本实用新型中热管理系统的结构示意图。
21.图3为本实用新型中单片机的电路图。
22.图4为本实用新型中压力与水阀位置反馈电路的电路图。
23.图5为本实用新型中水泵故障pwm检测输入电路的电路图。
24.图中：1、热管理系统；11、空调冷却回路；111、压缩机；112、冷凝器；113、电磁阀；114、热力膨胀阀；115、空调蒸发器；116、电子膨胀阀；117、制冷器；118、第一风扇；119、第二风扇；12、电池冷却回路；121、动力电池；122、四通水阀；123、第一水泵；13、电机冷却回路；131、驱动电机；132、第二水泵；133、三通水阀；134、电控部件；135、发动机或燃料电池电堆；136、两通水阀；137、换热器。
25.2、热管理控制器；20、单片机；211、压力与水阀位置反馈电路；212、温度采集电路；22、开关量输入电路；23、水泵故障pwm检测输入电路；24、pwm输出控制电路；25、电子膨胀阀
驱动电路；26、高边功率输出电路；271、3.3v电源电路；272、5v和12v电源调理电路；281、外部can通讯电路；282、内部can通讯电路；29、晶振电路；30、接口电路。
具体实施方式
26.下面参照附图说明本实用新型的具体实施方式。为了全面理解本实用新型，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本实用新型。
27.如图1和图2所示，一种商用车一体式整车热管理智能控制装置，包括热管理系统1以及用于控制热管理系统1的热管理控制器2。
28.以下先对热管理系统1的结构进行详细介绍：
29.如图2所示，热管理系统1包括空调冷却回路11、电池冷却回路12和电机冷却回路13。具体地，空调冷却回路11包括依次连接的压缩机111、冷凝器112、电磁阀113、热力膨胀阀114和空调蒸发器115，还包括并联于冷凝器112和压缩机111之间的电子膨胀阀116和制冷器117。此外，还包括设置于冷凝器112旁侧的第一风扇118以及设置于空调蒸发器115旁侧的第二风扇119。电池冷却回路12包括依次连接的动力电池121、制冷器117、四通水阀122和第一水泵123。空调冷却回路11和电池冷却回路12之间通过制冷器117并联热交换。电机冷却回路13包括依次连接的驱动电机131、四通水阀122、第二水泵132和三通水阀133，还包括并联于第二水泵132和三通水阀133之间的电控部件134。电机冷却回路13和电池冷却回路12之间通过四通水阀122并联热交换。
30.如图2所示，若该车型为混合动力车型或者氢燃料电池车型，则热管理系统1还包括依次连接的发动机或燃料电池电堆135、两通水阀136和换热器137，并且换热器137设置于动力电池121和制冷器117之间，从而通过换热器137与电池冷却回路12并联热交换。
31.以下基于上述热管理系统1，对热管理控制器2进行详细介绍：
32.如图1所示，热管理控制器2包括单片机20以及与单片机20电连接的模拟量输入电路、开关量输入电路22、水泵故障pwm检测输入电路23、pwm输出控制电路24、电子膨胀阀驱动电路25、高边功率输出电路26、电源电路、can通讯电路、晶振电路29和接口电路30。
33.如图1和图2所示，模拟量输入电路用于采集热管理系统1中的压力值、温度值和水泵位置信息。具体地，模拟量检测电路包括压力与水阀位置反馈电路211和温度采集电路212，其中，压力与水阀位置反馈电路211用于检测热管理系统1中压力传感器的压力值和各水阀的位置信息；温度采集电路212用于采集热管理系统1中重要节点处的温度信息。本实施例中，压力与水阀位置反馈电路211共有4路，分别用于电子膨胀阀116过热度计算的压力传感器的压力值采集、四通水阀122的位置反馈、三通水阀133的位置反馈和两通水阀136位置反馈。压力与水阀位置反馈电路211的电路图详见图4。温度采集电路212共7路，分别用于采集电池进水温度、电池出水温度、电机进水温度、电机出水温度、电控出水温度、环境温度以及用于电子膨胀阀116计算过热度的蒸发器出口温度。
34.如图1和图2所示，开关量输入电路22用于检测热管理系统1中各开关的状态。具体地，本实施例中开关量输入电路22共有7路，分别用于检测压缩机111排气温度开关、冷媒管路高压开关、冷媒管路低压开关、高压上电启动继电器jk1粘连信号、高压上电预充继电器jk2粘连信号和防冻液水位开关的状态检测以及整车给定的唤醒信号检测。作为优选方案：本实施例中开关量输入电路22采用ulq2001a芯片。
35.如图1和图2所示，水泵故障pwm检测输入电路23用于检测所述热管理系统1中各水泵的故障情况。具体地，本实施例的水泵故障pwm检测输入电路23共设有2路，当第一水泵123或第二水泵132发生故障后会有对应的故障pwm信号输出，通过检测判定水泵pwm输出的占空比，从而判定水泵的具体故障，进而精准确定水泵目前的故障信息。水泵故障pwm检测输入电路23的电路图详见图5。
36.如图1和图2所示，本实施例中pwm输出控制电路24包括7路pwm脉宽调制输出，其中三路水阀pwm分别用于控制两通水阀136、三通水阀133和四通水阀122开启以及水阀开度；两路水泵pmw分别用于控制第一水泵123和第二水泵132的启动以及转速；两路风机pwm分别用于控制第一风扇118和第二风扇119的风机启动以及风机转速。
37.如图1和图2所示，本实施例中的电子膨胀阀驱动电路25共1路，用来控制电子膨胀阀116开度。作为优选方案：电子膨胀阀驱动电路25采用uln2001a芯片。
38.如图1和图2所示，本实施例中的高边功率输出电路26共有4路，分别用于控制高压上电启动继电器jk1、高压上电预充继电器jk2、启动信号输出和电磁阀113。优选地，本实施例中高边功率输出电路26采用bts4141芯片。
39.如图1和图2所示，本实施例中电源电路包括3.3v电源电路271、5v和12v电源调理电路272，从而可兼容24v和12v元器件控制。
40.如图1和图2所示，本实施例中can通讯电路包括用于与整车通讯的外部can通讯电路281和用于与热管理系统1通讯的内部can通讯电路282，其中内部can通讯电路282自带120ω终端电阻，外部can通讯电路281作为整车can总线通讯，不带终端电阻。优选地，can通讯电路采用mcp2561e芯片。
41.如图1和图2所示，优选地，接口电路30的接插件采用单个molex接插件，型号为：5007620481，满足ip67防护要求。
42.如图1和图2所示，优选地，单片机20为32位嵌入式单片机，具体采用stm32f105rbt6芯片。单片机20的电路图详见图3。热管理控制过程中，单片机20接收水泵故障pwm检测输入电路23、模拟量输入电路和开关量输入电路22采集到的信息，从而通过pwm输出控制电路24控制热管理系统1中各水阀、水泵和风机的工作状态，并通过电子膨胀阀驱动电路25控制热管理系统1中电子膨胀阀116的开度。
43.如图1和图2所示，以下说明热管理控制器2的具体工作方式：
44.（1）当车辆空调需要制冷时，仪表通过整车can总线发送命令给热管理控制器2，热管理控制器2通过风机pwm脉宽调制输出启动冷凝风扇，通过高边功率输出打开电磁阀113，并通过内部can通讯电路282启动压缩机111，由此使得空调系统开始制冷。
45.（2）当动力电池121需要降温时，bms通过整车can总线发送命令给热管理控制器2，热管理控制器2通过pmw输出控制电路控制第一水泵123开启，并通过电子膨胀阀驱动电路25调节电子膨胀阀116的开度，从而利用空调冷却回路11为动力电池121降温。
46.（3）当驱动电机131需要降温时，电机通过整车can总线发送降温需求给热管理控制器2，热管理控制器2通过pmw输出控制电路控制第二水泵132开启，并切换4四通阀流向，使得防冻液流向驱动电机131后通过三通水阀133流向四通水阀122最后通过制冷器117进行热交换；当电控部件134需要降温时，则开启三通水阀133，并调节三通水阀133的流向，从而利用制冷器117对电控部件134进行降温。
47.（4）当动力电池121需要加热时，bms通过整车can总线发送加热需求给热管理控制器2，热管理控制器2通过电子膨胀阀驱动电路25将电子膨胀阀116的开度调整为0，如果车辆为混动车型或者氢燃料电池车，则开启两通水阀136和第一水泵123，从而利用发动机或者燃料电池电堆产生的热量为动力电池121加热；当车辆为纯电动车型，则开启第一水泵123和第二水泵132，并切换四通水阀122流向，从而利用驱动电机131产生的热量对动力电池121进行加热。
48.上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。