CN114499051B - 一种油冷电机冷却***及其油泵目标转速的确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油冷电机冷却***及其油泵目标转速的确定方法，其通过精细化的方式确定油泵目标转速，控制油泵按照油泵目标转速运行，将冷却油泵入油冷电机***内部对油冷电机***进行冷却。其实现了对油冷电机***的精细化冷却，减小了油泵功耗，避免了油泵冷却滞后和油冷电机温度剧烈波动，解决了油冷电机运行过程中油泵功耗大、油冷电机温度波动剧烈、油泵冷却滞后等问题。

Description

一种油冷电机冷却***及其油泵目标转速的确定方法
技术领域
本发明属于电动汽车热管理技术领域，具体涉及一种油冷电机冷却***及其油泵目标转速的确定方法。
背景技术
油冷电机运行过程中，根据其***内部的热平衡情况，可分为稳态工况及瞬态工况。对应于油泵控制，如果将其流量始终控制全开，则油冷电机、润滑油都能保证不过温，但其在油冷电机运行的整个工况范围内存在油冷电机温度变化剧烈的问题，导致油冷电机扭矩输出精度降低，且油泵功耗太大；如果油泵流量只根据油冷电机当前NTC采样温度设定，则存在油冷电机转子局部过热和冷却滞后的问题，导致油冷电机出现热失效，且油泵工作不平滑，效率较低。
CN112416030A公开了一种基于油泵电机电气特性的油温估算方法，其通过油泵电机的转速和电流，通过标定的方法得到对应的油温。但是由于油冷电机的冷却情况及冷却油的流动情况与油冷电机的当前运行工况相关，冷却情况的不同会造成标定油温与实际油温存在较大偏差，流动情况的不同会对油道阻力产生较大影响。
CN112234770A公开了一种油冷电机控制装置和方法，其描述的油冷电机温度控制方法包括：根据油冷电机的预测工况、油冷电机的温控目标以及润滑油的温控目标控制油泵的转速；根据流入换热器的冷却液的温度、集油槽内润滑油的温度、润滑油的流量以及润滑油的温控目标控制水泵的转速。这种控制方法由于其输入变量过多，导致其***过于复杂，且输入变量间存在耦合关系，其中的控制目标也未说明确定依据。
发明内容
本发明的目的是提供一种油冷电机冷却***及其油泵目标转速的确定方法，以减小油泵功耗，避免油泵冷却滞后和油冷电机温度剧烈波动。
本发明所述的油冷电机冷却***的油泵目标转速的确定方法，包括：
获取环境温度以及当前工况下的油冷电机转速、油冷电机扭矩、油冷电机定子电压、油冷电机定子电流、油冷电机定子温度、油泵实际转速和油泵电流。
根据环境温度以及当前工况下的油冷电机转速、油冷电机扭矩、油冷电机定子电压和油冷电机定子电流，确定当前油冷电机***的发热功率。
根据当前工况下的油冷电机定子温度，确定当前油冷电机等效温度，对当前油冷电机等效温度求导，得到当前油冷电机等效温度变化率。
根据当前工况下的油泵实际转速和油泵电流，确定当前油泵入口处冷却油温度。
将当前油冷电机***的发热功率、当前油冷电机等效温度、当前油冷电机等效温度变化率和当前油泵入口处冷却油温度，输入一维热管理功耗模型，经计算后输出油泵入口处冷却油目标温度和油冷电机目标等效温度变化率。
将油冷电机目标等效温度变化率与预设的油冷电机热容的乘积对时间的积分，作为目标储热量。
将当前油冷电机***的发热功率对时间的积分作为当前发热量。
将当前发热量与目标储热量的差值作为目标散热量（即目标散热量=当前发热量-目标储热量）。
根据目标散热量、油泵入口处冷却油目标温度，确定当前工况下油冷电机***综合能耗最优的目标冷却油流量。
根据当前工况下的油冷电机转速和当前油泵入口处冷却油温度，确定当前工况下油冷电机***的润滑需求流量。
取所述目标冷却油流量与所述润滑需求流量中的较大值，作为当前工况下的冷却油流量需求值。
根据当前工况下的冷却油流量需求值和油泵外特性冷却油流量，确定当前工况下的冷却油流量目标控制量。
根据当前油泵入口处冷却油温度和当前工况下的冷却油流量目标控制量，确定当前工况下的油泵目标转速。
优选的，确定当前油冷电机***的发热功率的具体方式为：
根据环境温度以及当前工况下的油冷电机转速、油冷电机扭矩，查询预设的油冷电机***效率MAP表，获得当前油冷电机***的效率值。
利用当前工况下的油冷电机定子电压和油冷电机定子电流，计算得到当前油冷电机***的输入功率。
利用公式：发热功率=输入功率×(1-效率值)，计算当前油冷电机***的发热功率。
其中，所述预设的油冷电机***效率MAP表为通过标定方式获得的环境温度、油冷电机转速、油冷电机扭矩与油冷电机***的效率值的对应关系表。
优选的，确定当前油冷电机等效温度的具体方式为：
根据当前工况下的油冷电机定子温度，查询预设的转子温度MAP表，获得当前工况下的油冷电机转子温度。
将当前工况下的冷电机定子温度与预设的定子质量系数的乘积和当前工况下的油冷电机转子温度与预设的转子质量系数的乘积相加，得到当前油冷电机等效温度。
其中，预设的转子温度MAP表为通过标定方式获得的油冷电机定子温度与油冷电机转子温度的对应关系表。
优选的，确定当前工况下的冷却油流量目标控制量的具体方式包括；
S1、判断当前工况下的冷却油流量需求值是否大于当前工况下的油泵外特性冷却油流量，如果是，则执行S2，否则执行S3。
S2、将当前工况下的油泵外特性冷却油流量作为当前工况下的冷却油流量目标控制量，然后结束。
S3、判断当前时刻的冷却油流量需求值是否大于上一时刻的冷却油流量需求值，如果是，则执行S4，否则执行S5。
S4、将当前时刻的冷却油流量需求值作为当前工况下的冷却油流量目标控制量，然后结束。
S5、将上一时刻的冷却油流量需求值作为当前工况下的冷却油流量目标控制量并维持预设时间后，再将当前时刻的冷却油流量需求值作为当前工况下的冷却油流量目标控制量，然后结束。
优选的，确定当前油泵入口处冷却油温度的具体方式为：
根据当前工况下的油泵实际转速和油泵电流，查询预设的冷却油温度MAP表，获得当前油泵入口处冷却油温度。其中，预设的冷却油温度MAP表为通过标定方式获得的油泵实际转速、油泵电流与油泵入口处冷却油温度的对应关系表。
优选的，确定当前工况下油冷电机***综合能耗最优的目标冷却油流量的具体方式为：
根据目标散热量、油泵入口处冷却油目标温度，查询预设的冷却油流量MAP表，获得当前工况下油冷电机***综合能耗最优的目标冷却油流量。其中，预设的冷却油流量MAP表为通过标定方式获得的目标散热量、油泵入口处冷却油目标温度与油冷电机***综合能耗最优的目标冷却油流量的对应关系表。
优选的，确定当前工况下油冷电机***的润滑需求流量的具体方式为：
根据当前工况下的油冷电机转速和当前油泵入口处冷却油温度，查询预设的润滑需求流量MAP表，获得当前工况下油冷电机***的润滑需求流量。其中，预设的润滑需求流量MAP表为通过标定方式获得的油冷电机转速、油泵入口处冷却油温度与油冷电机***的润滑需求流量的对应关系表。
优选的，确定当前工况下的油泵目标转速的具体方式为：
根据当前油泵入口处冷却油温度和当前工况下的冷却油流量目标控制量，查询预设的油泵转速MAP表，获得当前工况下的油泵目标转速。其中，预设的油泵转速MAP表为通过标定方式获得的油泵入口处冷却油温度、冷却油流量目标控制量与油泵目标转速的对应关系表。
本发明所述的油冷电机冷却***，包括油冷电机***、换热器、油滤、油泵、油冷电机控制器和油泵控制器，换热器、油滤、油泵、油冷电机***连通形成冷却油道，油冷电机控制器与油冷电机***、油泵控制器连接，油泵控制器与油泵连接，油冷电机控制器控制油冷电机***工作，确定油泵目标转速，并将油泵目标转速发送给油泵控制器，油泵控制器控制油泵按照该油泵目标转速运行，以将冷却油泵入油冷电机***内部对油冷电机***进行冷却；所述油冷电机控制器采用上述确定方法来确定油泵目标转速。
采用本发明实现了对油冷电机***的精细化冷却，减小了油泵功耗，避免了油泵冷却滞后和油冷电机温度剧烈波动，解决了油冷电机运行过程中油泵功耗大、油冷电机温度波动剧烈、油泵冷却滞后等问题。
附图说明
图1为本实施例中油冷电机冷却***的原理框图。
图2为本实施例中确定油泵目标转速的策略图。
图3为本实施例中油泵目标转速的确定流程图。
图4为本实施例中确定当前工况下的冷却油流量目标控制量的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例中的油冷电机冷却***，包括油冷电机***、换热器1、油滤2（即油过滤器）、油泵3、油冷电机控制器5和油泵控制器6，油冷电机***包括油冷电机7和与油冷电机7连接的减速器4，换热器1、油滤2、油泵3、减速器4、油冷电机7连通形成冷却油道，油冷电机控制器5与油冷电机7、油泵控制器6连接，油泵控制器6与油泵3连接，油冷电机控制器5控制油冷电机7工作，确定油泵目标转速，并将油泵目标转速发送给油泵控制器6，油泵控制器6控制油泵3按照该油泵目标转速运行，油泵3将经过油滤2的冷却油泵入减速器油道中，冷却油经减速器油道进入油冷电机7，并对油冷电机7的定子绕组和转子进行冷却，对油冷电机7的定子绕组和转子冷却过后的冷却油将流入减速器油道，从减速器油道流出的冷却油进入换热器1进行散热，散热之后的冷却油进入油滤2进行过滤。
如图2至图4所示，油冷电机控制器5确定油泵目标转速的方法包括：
第一步、获取环境温度以及当前工况下的油冷电机转速、油冷电机扭矩、油冷电机定子电压、油冷电机定子电流、油冷电机定子温度、油泵实际转速和油泵电流。
第二步、根据环境温度以及当前工况下的油冷电机转速、油冷电机扭矩、油冷电机定子电压和油冷电机定子电流，确定当前油冷电机***的发热功率。
具体方式为：
首先，根据环境温度以及当前工况下的油冷电机转速、油冷电机扭矩，查询预设的油冷电机***效率MAP表，获得当前油冷电机***的效率值。
然后，利用当前工况下的油冷电机定子电压和油冷电机定子电流，计算（即将该油冷电机定子电压与油冷电机定子电流相乘）得到当前油冷电机***的输入功率。
最后，利用公式：发热功率=输入功率×(1-效率值)，计算当前油冷电机***的发热功率。
其中，预设的油冷电机***效率MAP表为通过标定方式获得的环境温度、油冷电机转速、油冷电机扭矩与油冷电机***的效率值的对应关系表。
第三步、根据当前工况下的油冷电机定子温度，确定当前油冷电机等效温度，对当前油冷电机等效温度求导，得到当前油冷电机等效温度变化率。
确定当前油冷电机等效温度的具体方式为：
首先，根据当前工况下的油冷电机定子温度，查询预设的转子温度MAP表，获得当前工况下的油冷电机转子温度。
然后，将当前工况下的冷电机定子温度与预设的定子质量系数的乘积和当前工况下的油冷电机转子温度与预设的转子质量系数的乘积相加，得到当前油冷电机等效温度。
其中，预设的转子温度MAP表为通过标定方式获得的油冷电机定子温度与油冷电机转子温度的对应关系表。
第四步、根据当前工况下的油泵实际转速和油泵电流，确定当前油泵入口处冷却油温度。
具体方式为：据当前工况下的油泵实际转速和油泵电流，查询预设的冷却油温度MAP表，获得当前油泵入口处冷却油温度。其中，预设的冷却油温度MAP表为通过标定方式获得的油泵实际转速、油泵电流与油泵入口处冷却油温度的对应关系表。
第五步、将当前油冷电机***的发热功率、当前油冷电机等效温度、当前油冷电机等效温度变化率和当前油泵入口处冷却油温度，输入一维热管理功耗模型，经计算后输出油泵入口处冷却油目标温度和油冷电机目标等效温度变化率。一维热管理功耗模型中加入了学习优化后的神经网络控制算法，神经网络控制算法使用油冷电机***在各种不同运行工况下的样本数据进行学习优化。
第六步、将油冷电机目标等效温度变化率与预设的油冷电机热容的乘积对时间的积分，作为目标储热量。
第七步、将当前油冷电机***的发热功率对时间的积分作为当前发热量。
第八步、将当前发热量与目标储热量的差值作为目标散热量，即目标散热量=当前发热量-目标储热量。根据热力学第一定律，以油冷电机***为研究对象，油冷电机***的散热量等于其发热量减去储热量。散热量与冷却油流量相关，油泵转速越大，冷却油流量越大，油冷电机***的散热量就越大。
第九步、根据目标散热量、油泵入口处冷却油目标温度，确定当前工况下油冷电机***综合能耗最优的目标冷却油流量。
具体方式为：根据目标散热量、油泵入口处冷却油目标温度，查询预设的冷却油流量MAP表，获得当前工况下油冷电机***综合能耗最优的目标冷却油流量。其中，预设的冷却油流量MAP表为通过标定方式获得的目标散热量、油泵入口处冷却油目标温度与油冷电机***综合能耗最优的目标冷却油流量的对应关系表。
第十步、根据当前工况下的油冷电机转速和当前油泵入口处冷却油温度，确定当前工况下油冷电机***的润滑需求流量。由于油冷电机***运行过程中存在摩擦与生热，冷却油同时需要对油冷电机***进行润滑来避免***过度磨损，从而提升***效率与可靠性；因此需要考虑油冷电机***的润滑需求流量。
具体方式为：根据当前工况下的油冷电机转速和当前油泵入口处冷却油温度，查询预设的润滑需求流量MAP表，获得当前工况下油冷电机***的润滑需求流量。其中，预设的润滑需求流量MAP表为通过标定方式获得的油冷电机转速、油泵入口处冷却油温度与油冷电机***的润滑需求流量的对应关系表。
第十一步、取当前工况下油冷电机***综合能耗最优的目标冷却油流量与当前工况下油冷电机***的润滑需求流量中的较大值，作为当前工况下的冷却油流量需求值。
第十二步、根据当前工况下的冷却油流量需求值和油泵外特性冷却油流量，确定当前工况下的冷却油流量目标控制量。
确定当前工况下的冷却油流量目标控制量的具体步骤（参见图4）包括：
S1、判断当前工况下的冷却油流量需求值是否大于当前工况下的油泵外特性冷却油流量，如果是，则执行S2，否则执行S3。
S2、将当前工况下的油泵外特性冷却油流量作为当前工况下的冷却油流量目标控制量，然后结束。
S3、判断当前时刻的冷却油流量需求值是否大于上一时刻的冷却油流量需求值，如果是，则执行S4，否则执行S5。
S4、将当前时刻的冷却油流量需求值作为当前工况下的冷却油流量目标控制量，然后结束。
S5、将上一时刻的冷却油流量需求值作为当前工况下的冷却油流量目标控制量并维持预设时间后，再将当前时刻的冷却油流量需求值作为当前工况下的冷却油流量目标控制量，然后结束。
第十三步、根据当前油泵入口处冷却油温度和当前工况下的冷却油流量目标控制量，确定当前工况下的油泵目标转速。
具体方式为：根据当前油泵入口处冷却油温度和当前工况下的冷却油流量目标控制量，查询预设的油泵转速MAP表，获得当前工况下的油泵目标转速。其中，预设的油泵转速MAP表为通过标定方式获得的油泵入口处冷却油温度、冷却油流量目标控制量与油泵目标转速的对应关系表。

Claims (9)

1.一种油冷电机冷却***的油泵目标转速的确定方法，其特征在于，包括：
获取环境温度以及当前工况下的油冷电机转速、油冷电机扭矩、油冷电机定子电压、油冷电机定子电流、油冷电机定子温度、油泵实际转速和油泵电流；
根据环境温度以及当前工况下的油冷电机转速、油冷电机扭矩、油冷电机定子电压和油冷电机定子电流，确定当前油冷电机***的发热功率；
根据当前工况下的油冷电机定子温度，确定当前油冷电机等效温度，对当前油冷电机等效温度求导，得到当前油冷电机等效温度变化率；
根据当前工况下的油泵实际转速和油泵电流，确定当前油泵入口处冷却油温度；
将当前油冷电机***的发热功率、当前油冷电机等效温度、当前油冷电机等效温度变化率和当前油泵入口处冷却油温度，输入一维热管理功耗模型，经计算后输出油泵入口处冷却油目标温度和油冷电机目标等效温度变化率；
将油冷电机目标等效温度变化率与预设的油冷电机热容的乘积对时间的积分，作为目标储热量；
将当前油冷电机***的发热功率对时间的积分作为当前发热量；
将当前发热量与目标储热量的差值作为目标散热量；
根据目标散热量、油泵入口处冷却油目标温度，确定当前工况下油冷电机***综合能耗最优的目标冷却油流量；
根据当前工况下的油冷电机转速和当前油泵入口处冷却油温度，确定当前工况下油冷电机***的润滑需求流量；
取所述目标冷却油流量与所述润滑需求流量中的较大值，作为当前工况下的冷却油流量需求值；
根据当前工况下的冷却油流量需求值和油泵外特性冷却油流量，确定当前工况下的冷却油流量目标控制量；
根据当前油泵入口处冷却油温度和当前工况下的冷却油流量目标控制量，确定当前工况下的油泵目标转速。
2.根据权利要求1所述的油冷电机冷却***的油泵目标转速的确定方法，其特征在于，确定当前油冷电机***的发热功率的具体方式为：
根据环境温度以及当前工况下的油冷电机转速、油冷电机扭矩，查询预设的油冷电机***效率MAP表，获得当前油冷电机***的效率值；
利用当前工况下的油冷电机定子电压和油冷电机定子电流，计算得到当前油冷电机***的输入功率；
利用公式：发热功率=输入功率×(1-效率值)，计算当前油冷电机***的发热功率；
其中，所述预设的油冷电机***效率MAP表为通过标定方式获得的环境温度、油冷电机转速、油冷电机扭矩与油冷电机***的效率值的对应关系表。
3.根据权利要求1或2所述的油冷电机冷却***的油泵目标转速的确定方法，其特征在于，确定当前油冷电机等效温度的具体方式为：
根据当前工况下的油冷电机定子温度，查询预设的转子温度MAP表，获得当前工况下的油冷电机转子温度；
将当前工况下的冷电机定子温度与预设的定子质量系数的乘积和当前工况下的油冷电机转子温度与预设的转子质量系数的乘积相加，得到当前油冷电机等效温度；
其中，预设的转子温度MAP表为通过标定方式获得的油冷电机定子温度与油冷电机转子温度的对应关系表。
4.根据权利要求3所述的油冷电机冷却***的油泵目标转速的确定方法，其特征在于，确定当前工况下的冷却油流量目标控制量的具体方式包括；
S1、判断当前工况下的冷却油流量需求值是否大于当前工况下的油泵外特性冷却油流量，如果是，则执行S2，否则执行S3；
S2、将当前工况下的油泵外特性冷却油流量作为当前工况下的冷却油流量目标控制量，然后结束；
S3、判断当前时刻的冷却油流量需求值是否大于上一时刻的冷却油流量需求值，如果是，则执行S4，否则执行S5；
S4、将当前时刻的冷却油流量需求值作为当前工况下的冷却油流量目标控制量，然后结束；
S5、将上一时刻的冷却油流量需求值作为当前工况下的冷却油流量目标控制量并维持预设时间后，再将当前时刻的冷却油流量需求值作为当前工况下的冷却油流量目标控制量，然后结束。
5.根据权利要求4所述的油冷电机冷却***的油泵目标转速的确定方法，其特征在于，确定当前油泵入口处冷却油温度的具体方式为：
根据当前工况下的油泵实际转速和油泵电流，查询预设的冷却油温度MAP表，获得当前油泵入口处冷却油温度；其中，预设的冷却油温度MAP表为通过标定方式获得的油泵实际转速、油泵电流与油泵入口处冷却油温度的对应关系表。
6.根据权利要求4所述的油冷电机冷却***的油泵目标转速的确定方法，其特征在于，确定当前工况下油冷电机***综合能耗最优的目标冷却油流量的具体方式为：
根据目标散热量、油泵入口处冷却油目标温度，查询预设的冷却油流量MAP表，获得当前工况下油冷电机***综合能耗最优的目标冷却油流量；
其中，预设的冷却油流量MAP表为通过标定方式获得的目标散热量、油泵入口处冷却油目标温度与油冷电机***综合能耗最优的目标冷却油流量的对应关系表。
7.根据权利要求4所述的油冷电机冷却***的油泵目标转速的确定方法，其特征在于，确定当前工况下油冷电机***的润滑需求流量的具体方式为：
根据当前工况下的油冷电机转速和当前油泵入口处冷却油温度，查询预设的润滑需求流量MAP表，获得当前工况下油冷电机***的润滑需求流量；
其中，预设的润滑需求流量MAP表为通过标定方式获得的油冷电机转速、油泵入口处冷却油温度与油冷电机***的润滑需求流量的对应关系表。
8.根据权利要求4所述的油冷电机冷却***的油泵目标转速的确定方法，其特征在于，确定当前工况下的油泵目标转速的具体方式为：
根据当前油泵入口处冷却油温度和当前工况下的冷却油流量目标控制量，查询预设的油泵转速MAP表，获得当前工况下的油泵目标转速；
其中，预设的油泵转速MAP表为通过标定方式获得的油泵入口处冷却油温度、冷却油流量目标控制量与油泵目标转速的对应关系表。
9.一种油冷电机冷却***，包括油冷电机***、换热器（1）、油滤（2）、油泵（3）、油冷电机控制器（5）和油泵控制器（6），换热器（1）、油滤（2）、油泵（3）、油冷电机***连通形成冷却油道，油冷电机控制器（5）与油冷电机***、油泵控制器（6）连接，油泵控制器（6）与油泵（3）连接，油冷电机控制器（5）控制油冷电机***工作，确定油泵目标转速，并将油泵目标转速发送给油泵控制器（6），油泵控制器（6）控制油泵（3）按照该油泵目标转速运行，以将冷却油泵入油冷电机***内部对油冷电机***进行冷却；其特征在于：所述油冷电机控制器（5）采用如权利要求1至8任一项所述的确定方法来确定油泵目标转速。
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