УСТРОЙСТВО ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ АГРЕГАТОВ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ
DEVICE FOR LIQUID COOLING OF ELECTRIC VEHICLE COMPONENTS

Изобретение относится к транспортным средствам на электрической тяге, а именно к электромобилям. Оно может быть использовано для охлаждения агрегатов электромобиля, снабженного устройством увеличения его пробега (Range Extender).
Известно представленное в патенте JP 3292080 (В2), опубликованном 17.06.2002 г. патентным ведомством Японии, устройство жидкостного охлаждения агрегатов электромобиля, содержащее два гидравлических контура. В первом гидравлическом контуре расположен жидкостный насос для подачи теплоносителя от радиатора в рубашку охлаждения ДВС. Во втором гидравлическом контуре расположен жидкостный насос для подачи теплоносителя от отдельного радиатора в рубашку жидкостного охлаждения инвертора, в рубашку жидкостного охлаждения тягового электродвигателя и в рубашку жидкостного охлаждения генератора электрического тока. Однако в этом устройстве не предусмотрены средства для охлаждения аккумуляторной батареи.
Более близким к заявляемому изобретению является устройство жидкостного охлаждения агрегатов электромобиля, снабженного средством увеличения его пробега, включающим тепловой двигатель (ДВС) и генератор электрического тока (см. US 2015114323 А1, публ. 30.04.2015 г.). Это устройство содержит два высокотемпературных гидравлических контура. В первом высокотемпературном гидравлическом контуре расположены жидкостные насосы для подачи теплоносителя от радиатора в рубашку жидкостного охлаждения тягового электродвигателя и в рубашку жидкостного охлаждения генератора электрического тока. Во втором высокотемпературном гидравлическом контуре расположены жидкостный насос для подачи теплоносителя в рубашку жидкостного охлаждения ДВС, клапан термостата и теплообменник, посредством которого происходит теплообмен между двумя высокотемпературными контурами. Однако в связи с наличием во втором высокотемпературном гидравлическом контуре теплообменника, омываемого теплоносителем, циркулирующим в первом высокотемпературном гидравлическом контуре, происходят излишние потери тепла при охлаждении ДВС, что снижает эффективность охлаждения ДВС и, как следствие, долговечность его деталей. Кроме того, это приводит к усложнению устройства охлаждения агрегатов электромобиля в целом. Также усложняет известное устройство то, что каждая гидролиния охлаждения агрегатов электромобиля снабжена своим жидкостным насосом. Охлаждение аккумуляторной батареи и инвертора в известном устройстве охлаждения агрегатов электромобиля происходит при помощи радиатора охлаждения, расположенного в отдельном низкотемпературном гидравлическом контуре. Однако последовательное включение в цепь низкотемпературного гидравлического контура рубашек охлаждения аккумуляторной батареи и инвертора также снижает эффективность охлаждения этих агрегатов электромобиля, поскольку количество выделяемого тепла при работе аккумуляторной батареи и инвертора может быть различным, и интенсивность их охлаждения, таким образом, должна отличаться. Кроме того, в известном устройстве отсутствуют средства для сброса воздушных пузырьков, образующихся в жидком теплоносителе, что может привести к образованию воздушных пробок в контурах охлаждения.
При создании устройства жидкостного охлаждения агрегатов электромобиля решалась задача обеспечения оптимального температурного режима каждого агрегата вне зависимости от мощностной нагрузки агрегатов, режимов движения электромобиля и климатических условий, в которых эксплуатируется транспортное средство.
Технический результат, обеспечиваемый заявленным изобретением, заключается в улучшении эффективности охлаждения агрегатов электромобиля, повышении надежности их работы, а также в упрощении устройства жидкостного охлаждения агрегатов электромобиля.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство жидкостного охлаждения агрегатов электромобиля содержит два гидравлических контура охлаждения агрегатов электромобиля. В высокотемпературном гидравлическом контуре расположен насос с приводом от электродвигателя для подачи теплоносителя от радиатора в рубашку жидкостного охлаждения тягового электродвигателя, в рубашку жидкостного охлаждения теплового двигателя, в рубашку жидкостного охлаждения генератора электрического тока, имеющего привод от теплового двигателя. В гидролиниях, сообщающих упомянутые рубашки жидкостного охлаждения с радиатором, установлены краны с электромеханическим приводом, управляемым по сигналам датчиков температуры теплоносителя в указанных гидролиниях. В низкотемпературном гидравлическом контуре расположен насос с приводом от электродвигателя для подачи теплоносителя от отдельного радиатора в рубашку жидкостного охлаждения аккумуляторной батареи, в рубашку жидкостного охлаждения инвертора, в рубашку жидкостного охлаждения прибора для зарядки аккумуляторной батареи. В гидролиниях, сообщающих упомянутые рубашки жидкостного охлаждения низкотемпературного гидравлического контура с радиатором, установлены краны с электромеханическим приводом, управляемым по сигналам датчиков температуры теплоносителя в указанных гидролиниях. В каждом гидравлическом контуре имеется компенсационно-расширительный бачок, сообщенный с гидролиниями, сообщающими рубашки жидкостного охлаждения с радиатором, и с гидролинией, расположенной между радиатором и насосом.
При таком выполнении устройства жидкостного охлаждения агрегатов электромобиля обеспечивается оптимальный температурный режим каждого агрегата вне зависимости от мощностной нагрузки агрегатов, режимов движения электромобиля и климатических условий, в которых эксплуатируется транспортное средство, что позволяет улучшить эффективность охлаждения агрегатов электромобиля и повысить надежность их работы.
На фигуре 1 показана схема высокотемпературного гидравлического контура устройства жидкостного охлаждения агрегатов электромобиля.
На фигуре 2 показана схема низкотемпературного гидравлического контура устройства жидкостного охлаждения агрегатов электромобиля.
Устройство жидкостного охлаждения агрегатов электромобиля содержит высокотемпературный гидравлический контур и низкотемпературный гидравлический контур. В высокотемпературном гидравлическом контуре охлаждения агрегатов электромобиля, показанном на фигуре 1, расположен насос 1, имеющий привод от электродвигателя 2. Насос 1 осуществляет подачу теплоносителя от радиатора 3, снабженного на входе датчиком 4 температуры, в рубашки жидкостного охлаждения тягового электродвигателя 5, теплового двигателя 6 и генератора 7 электрического тока, имеющего привод от теплового двигателя 6. В гидролинии 8, сообщающей рубашку жидкостного охлаждения тягового электродвигателя 5 с радиатором 3, установлен кран 9 с электромеханическим приводом, управляемым по сигналам датчика 10 температуры теплоносителя в гидролинии 8. В гидролинии 11, сообщающей рубашку жидкостного охлаждения теплового двигателя 6 с радиатором 3, установлен кран 12 с электромеханическим приводом, управляемым по сигналам датчика 13 температуры теплоносителя в гидролинии 11. В гидролинии 14, сообщающей рубашку жидкостного охлаждения генератора 7 электрического тока с радиатором 3, установлен кран 15 с электромеханическим приводом, управляемым по сигналам датчика 16 температуры теплоносителя в гидролинии 14. В высокотемпературный гидравлический контур включена также гидролиния 17 отопления салона электромобиля, в которой установлен электронагреватель 18 жидкого теплоносителя перед его подачей в отопитель 19 салона электромобиля. Количество теплоносителя, поступающего в гидролинию 17, регулируется краном 20 с электромеханическим приводом, расположенным на выходе электронагревателя 18 и управляемым по сигналам датчика 21 температуры. В высокотемпературном гидравлическом контуре имеется компенсационно-расширительный бачок 22, сообщенный с гидролиниями 8, 11, 14, сообщающими рубашки жидкостного охлаждения тягового электродвигателя 5, теплового двигателя 6, генератора 7 с радиатором 3, и с гидролинией 23, расположенной между радиатором 3 и насосом 1.
В низкотемпературном гидравлическом контуре охлаждения агрегатов электромобиля, показанном на фигуре 2, расположен насос 24, имеющий привод от электродвигателя 25. Насос 24 осуществляет подачу теплоносителя от радиатора 26, снабженного на входе датчиком 27 температуры, в рубашки жидкостного охлаждения аккумуляторной батареи 28, инвертора 29 и прибора 30 для зарядки аккумуляторной батареи 28. В гидролинии 31, сообщающей рубашку жидкостного охлаждения аккумуляторной батареи 28 с радиатором 26, установлен кран 32 с электромеханическим приводом, управляемым по сигналам датчика 33 температуры теплоносителя в гидролинии 31. В гидролинии 34, сообщающей рубашку жидкостного охлаждения инвертора 29 с радиатором 26, установлен кран 35 с электромеханическим приводом, управляемым по сигналам датчика 36 температуры теплоносителя в гидролинии 34. В гидролинии 37, сообщающей рубашку жидкостного охлаждения прибора 30 для зарядки аккумуляторной батареи 28 с радиатором 26, установлен кран 38 с электромеханическим приводом, управляемым по сигналам датчика 39 температуры теплоносителя в гидролинии 37. В низкотемпературном гидравлическом контуре имеется компенсационно-расширительный бачок 40, сообщенный с гидролиниями 31, 34, 37, сообщающими рубашки жидкостного охлаждения аккумуляторной батареи 28, инвертора 29, прибора 30 для зарядки аккумуляторной батареи 28 с радиатором 26, и с гидролинией 41, расположенной между радиатором 26 и насосом 24.
Работа устройства жидкостного охлаждения агрегатов электромобиля осуществляется следующим образом.
При включении зажигания в электромобиле перед началом его движения включаются электродвигатели 2, 25, которые приводят в действие насосы 1, 24 высокотемпературного и низкотемпературного гидравлических контуров соответственно. При этом циркуляция жидкого теплоносителя осуществляется через гидролинии 8, 11, 14 высокотемпературного гидравлического контура и гидролинии 31, 34, 37 низкотемпературного гидравлического контура по байпасным участкам через компенсационно-расширительные бачки 22, 40 этих контуров. Бачки 22, 40 служат также средствами для сброса воздушных пузырьков, образующихся в жидком теплоносителе, что препятствует возникновению воздушных пробок в гидравлических контурах. При достижении температуры теплоносителя в любой из гидролиний 8, 11, 14, 31, 34, 37 заданного значения по сигналам датчиков 10, 13, 16, 33, 36, 39 температуры, установленных в указанных гидролиниях, электромеханические приводы открывают краны 9, 12, 15, 32, 35, 38, в результате чего скорость потока и количество теплоносителя, проходящего через рубашки жидкостного охлаждения агрегатов электромобиля, увеличится, благодаря чему происходит охлаждение агрегатов электромобиля. Таким образом, поддержание требуемой температуры агрегатов электромобиля осуществляется за счет изменения расхода жидкого теплоносителя, проходящего через рубашки жидкостного охлаждения агрегатов электромобиля. Во время открытия кранов 9, 12, 15, 32, 35, 38 циркуляция теплоносителя в высокотемпературном и низкотемпературном гидравлических контурах осуществляется через радиаторы 3, 26 соответственно. Если температура теплоносителя, измеренная датчиками 4, 27, установленными на входе в радиаторы 3, 26 высокотемпературного и низкотемпературного гидравлических контуров соответственно, будет выше установленного значения, интенсивность обдува радиаторов 3, 26 вентиляторами возрастет, что увеличит сброс избыточного тепла в окружающею среду и понизит температуру теплоносителя в гидравлических контурах. В холодное время года для отопления салона электромобиля и подогрева его агрегатов перед началом движения при включении зажигания включается электронагреватель 18, который нагревает жидкий теплоноситель в гидролинии 17 перед его подачей в отопитель 19 салона. При этом скорость потока жидкого теплоносителя в гидролинии 17 и его количество регулируются краном 20 по сигналам датчика 21 температуры.
Таким образом, благодаря тому, что в высокотемпературном гидравлическом контуре устройства жидкостного охлаждения агрегатов электромобиля расположен насос с приводом от электродвигателя для подачи теплоносителя от радиатора в рубашку жидкостного охлаждения тягового электродвигателя, в рубашку жидкостного охлаждения теплового двигателя, в рубашку жидкостного охлаждения генератора электрического тока, имеющего привод от теплового двигателя, а в гидролиниях, сообщающих упомянутые рубашки жидкостного охлаждения с радиатором, установлены краны с электромеханическим приводом, управляемым по сигналам датчиков температуры теплоносителя, обеспечен оптимальный температурный режим работы тягового электродвигателя, теплового двигателя и генератора электрического тока. А вследствие того, что в низкотемпературном гидравлическом контуре расположен насос с приводом от электродвигателя для подачи теплоносителя от отдельного радиатора в рубашку жидкостного охлаждения аккумуляторной батареи, в рубашку жидкостного охлаждения инвертора, в рубашку жидкостного охлаждения прибора для зарядки аккумуляторной батареи, а в гидролиниях, сообщающих упомянутые рубашки жидкостного охлаждения низкотемпературного гидравлического контура с радиатором, установлены краны с электромеханическим приводом, управляемым по сигналам датчиков температуры теплоносителя, достигнут необходимый температурный режим работы аккумуляторной батареи, инвертора и прибора для зарядки аккумуляторной батареи. Тем самым обеспечивается оптимальная рабочая температура каждого агрегата электромобиля вне зависимости от мощностной нагрузки агрегатов, режимов движения электромобиля и климатических условий, в которых эксплуатируется транспортное средство. В результате улучшается эффективность охлаждения агрегатов электромобиля, повышается надежность их работы и упрощается устройство жидкостного охлаждения агрегатов электромобиля в целом.