用于电动作业机械的冷却系统及包括其的电动作业机械的制作方法

1.本实用新型涉及电动作业机械领域，尤其涉及一种用于电动作业机械的冷却系统。


背景技术：

2.为了遵循绿色低碳的先进理念，实现“双碳”目标，推进产业转型升级和高质量发展，作为重要生产资料的作业机械(如装载机、挖掘机等)近年来逐渐从传统的燃油式向电驱电控式的电动化方向发展。
3.在电动作业机械中为了实现其电驱电控操作而存在相关的多种电气元件，包括但不限于各种电机(如驱动作业机械前进或后退的行走电机)、各种控制器(mcu)(如行走电机控制器)、对电源电力进行分配和管理的配电单元(pdu)、对电力进行转换的dc/dc变换器和dc/ac逆变器等等。另外，电动作业机械为了更好地满足其行走的需求还往往配备有变速器。电动作业机械的各种电气元件和变速器在工作时都会产生热量而导致升温，而温度升得过高会降低这些部件的工作性能和可靠性，缩短它们的寿命，进而影响电动作业机械的整体性能和工作效率。为此，在电动作业机械中需要配备进行热管理的冷却系统，以防电气元件和变速器等部件出现过高的温度。
4.然而，现有的电动作业机械冷却系统存在结构复杂、占用空间大、冷却效果不佳等问题。


技术实现要素：

5.本实用新型旨在解决现有技术中存在的上述问题和/或其它缺陷。
6.为此，本实用新型提供了一种用于电动作业机械的冷却系统，所述电动作业机械包括电气元件和变速器，所述冷却系统包括：与所述电气元件的冷却器流体连接成冷却液循环回路的散热器；和与所述变速器流体连接成油循环回路的油冷却器。其中，所述油冷却器也设置在所述冷却液循环回路中以在油与冷却液之间进行热交换。
7.根据一种示例性构型，所述电气元件可以包括所述电动作业机械的行走电机、行走电机控制器、液压电机、液压电机控制器、配电单元、dc/dc变换器、dc/ac逆变器中的一种或多种。
8.根据一种示例性构型，所述冷却液循环回路可以包括彼此并联的多条冷却液支路，每条冷却液支路中均设置有至少一个电气元件的冷却器，所述油冷却器设置在其中一条冷却液支路中并与该冷却液支路中的电气元件的冷却器串联地流体连接。
9.根据一种示例性构型，所述油冷却器可以在其所设置的冷却液支路中在冷却液的流动方向上位于该冷却液支路中的至少一个电气元件的冷却器的下游。
10.根据一种示例性构型，在设置了所述油冷却器的冷却液支路中在冷却液的流动方向上位于所述油冷却器上游的电气元件可以包括所述电动作业机械的行走电机。
11.根据一种示例性构型，所述冷却系统还可以包括为所述散热器配设的散热风扇。
12.根据一种示例性构型，所述冷却系统还可以包括设置在所述冷却系统中的预定位置处的一个或多个温度传感器，所述散热风扇配置成能根据由所述温度传感器感测到的温度而启停或调节转速。
13.根据一种示例性构型，所述冷却系统还可以包括与所述散热器流体连接的膨胀水箱。
14.本实用新型还提供了一种电动作业机械，其包括如上所述的冷却系统。
15.根据一种示例性构型，所述电动作业机械为电动装载机。
16.本实用新型至少具有以下至少一项有益效果：通过将用于冷却变速器的油冷却器设置在用于冷却电气元件的冷却液循环回路中，可利用冷却液来冷却流过变速器的油，避免了为油冷却器配备单独的散热装置，简化了冷却系统的结构，节省了冷却系统的占用空间，还可提高油的冷却效果；通过将油冷却器在冷却液的流动方向上设置在至少一个电气元件的冷却器的下游，在作业机械的低温启动过程中能利用被该电气元件的热量升温的冷却液来加热低温的油，使得油更快地升温并由此让变速器更早进入正常工作状态，从而加快了作业机械的启动过程，且避免或减少了低温启动对变速器零部件的损害；通过在冷却系统中设置一个或多个温度传感器并根据温度传感器的测温结果来调控散热器的散热风扇，能将冷却系统中的温度更快速精准地控制在期望值，改善电动作业机械的热管理效果。
附图说明
17.图1是应用了根据本实用新型的冷却系统的一种示例性的电动作业机械的立体图。
18.图2是示出根据本实用新型的冷却系统的一种示例性构型的示意图。
具体实施方式
19.图1示出了一种示例性的电动作业机械100。电动作业机械100可例如为图示的轮式装载机。电动作业机械100也可以是执行与特定行业(例如采矿、建筑、农业、运输等)相关的操作并在各种作业环境(例如矿场、建筑工地、农场和道路等)中工作和行走的任何其它类型的作业机械，例如履带式挖掘机、轮式平地机等。
20.电动作业机械100可包括主机架30、操作人员容纳空间(如驾驶室35)和工作机具36。在一个实施例中，工作机具36可以是应用于装载机的铲斗。电动作业机械100还可包括液压系统，该液压系统具有各种液压元件，例如至少一个与工作机具36操作连接并用来控制工作机具36动作的液压油缸37。在电动作业机械100的下部布置有行走装置40，用来支撑和移动电动作业机械100。在一个实施例中，行走装置40包括车轮41。
21.图1所示的电动作业机械100可包括与其电驱电控操作有关的多种电气元件，包括但不限于各种电机(如驱动电动作业机械100前进或后退的行走电机和驱动电动作业机械100的液压系统中的液压泵工作的液压电机)、各种控制器(mcu)(如行走电机控制器和液压电机控制器)、对电源电力进行分配和管理的配电单元(pdu)、对电力进行转换的dc/dc变换器和dc/ac逆变器等。电动作业机械100还可包括变速器，以将由行走电机提供的行驶驱动力按照不同的工况或需求以适当的速比/挡位传递至行走装置40。
22.为了避免电动作业机械100中的各种电气元件、变速器和液压元件等因工作时产
生的热量而升温过高，电动作业机械100配备有冷却系统。图2示意性地示出了根据本实用新型一个实施例的用于电动作业机械100的冷却系统。
23.如图2所示，该冷却系统包括通过将散热器20与各种电气元件51、52、53、54的冷却器流体连接而形成的冷却液循环回路，其中冷却液可以采用冷却水或防冻液。这里，电气元件的冷却器可以是诸如散热片、水冷板之类的的冷却装置，或者是电气元件本身的能导热(但不导电)的部分。在图2中未专门示出各电气元件的冷却器，可认为冷却器包含在相应的电气元件中。在本文中，一个部件或装置与另一个部件或装置“流体连接”并不意味着相应的流体必须与这些部件或装置直接接触，而是指流体与这些部件或装置之间能直接地或通过中间部件(如流体管道)间接地进行热交换。在图2中位于散热器20左侧的各带箭头的实线示出了冷却液循环回路中冷却液的流动路径和方向。在图示的实施例中，冷却液循环回路包括彼此并联的三条冷却液支路1、2和3。第一冷却液支路1中设置有流体泵(如电动水泵)61和电气元件51的冷却器，第二冷却液支路2中设置有流体泵62和电气元件52的冷却器，第三冷却液支路3中设置有流体泵63和电气元件53、54的冷却器。在冷却液循环回路工作时，流体泵61至63开动，使得冷却液从散热器20的出液口(见图2中散热器20左下角的小圆圈)流出，并分别进入和流过冷却液支路1至3以对其中的各电气元件进行冷却，接下来汇合流入散热器20的进液口(见图2中散热器20左上角的小圆圈)，并在散热器20中将从各冷却液支路中带出的热量散发出去，然后再次从散热器20的出液口流出以进行下一个冷却循环，如此往复流动。
24.有利地，散热器20可配备有散热风扇90，以改善和/或控制散热器20的散热效果。另外，散热器20还可以配置有与其流体连接的膨胀水箱25，以便容纳散热器20中冷却液的膨胀量或者为散热器20补充冷却液。
25.本领域技术人员能够理解，冷却液支路的数量不限于三条，而是可根据待冷却的电气元件的种类、数量、位置和冷却需求(所需的冷却液流量)适当地设定，也可以是一条(这种情况下相当于只存在冷却液循环回路的干路)、两条、四条或更多条。各条冷却液支路中的流体泵可以是完全相同的，也可以是不同的类型(如扬程和/或流量不同)；各条冷却液支路中的流体泵可以彼此独立地进行控制，并且能够选择性地开动或关停；流体泵的设置也不限于每条冷却液支路中都提供一个。另外，每条冷却液支路中的电气元件的种类和/或数量也可以与对应的流体泵的扬程和/或流量相匹配地进行适当设定。
26.根据本实用新型的冷却系统还包括与电动作业机械100的变速器10流体连接成油循环回路的油冷却器15。这里所述的油可以是诸如传动油之类的任何适当种类的流体。在油循环回路中，油从变速器10流过以对变速器进行润滑和冷却，然后回流至油冷却器15将从变速器带回的热量散发出去。根据本实用新型，油冷却器15也设置在冷却液循环回路中，例如如图2所示设置在冷却液支路2中。这样，冷却液循环回路中的冷却液也流过油冷却器15，从而能够与其中的油进行热交换，换句话说，能够利用冷却液对油进行冷却或加热。在现有的电动作业机械冷却系统中，油冷却器独立于电气元件的冷却模块进行设置，需要配备单独的散热装置(如散热风扇)对油冷却器进行散热，导致冷却系统的结构繁琐、空间尺寸大、成本高。相比之下，本实用新型将油冷却器集成到对电气元件进行冷却的冷却液循环回路中，能利用冷却液对油冷却器进行散热，由此可免于为油冷却器另外配备散热装置，进而削减了冷却系统的空间尺寸和复杂度；另外，相比于现有技术中一般对油冷却器采用的
空冷式散热而言，冷却液所涉及的水冷散热方式能提高对于油冷却器的散热效果。
27.在图示的实施例中，油冷却器15在第二冷却液支路2中与电气元件52的冷却器串联地流体连接。根据一种示例性的布置，油冷却器15在第二冷却液支路2中在冷却液的流动方向上位于电气元件52的冷却器下游。这样，冷却液在流经油冷却器15之前先从电气元件52的冷却器流过，亦即在吸收了电气元件52的热量而升温后才流到油冷却器15。这对于电动作业机械的低温启动过程是有利的，因为能利用升温的冷却液来加热油冷却器15中的低温油，使得油较快地升温并由此让变速器10更早进入正常工作状态，在加快作业机械的启动过程的同时还能避免或减少低温启动对变速器零部件的损害。
28.油冷却器15具体设置在哪条冷却液支路中可取决于该冷却液支路中所设置的电气元件的种类和/或数量以及相应流体泵的流量和扬程。总的来说，在冷却液支路中油冷却器15和电气元件的总流阻(或压降)和冷却需求(所需的冷却液流量)要与该冷却液支路中的流体泵的扬程和流量相匹配。另外，在各冷却液支路采用相同的流体泵的情况下，各冷却液支路中所设置的电气元件和/或油冷却器的总流阻和总流量在各冷却液支路之间也优选基本相同。在一个实施例中，例如，电气元件51可以是一个或多个电机控制器(mcu)，电气元件52可以是行走电机，电气元件53可以是配电单元(pdu)、dc/dc变换器和dc/ac逆变器中的一者或多者，而电气元件54可以是液压电机。
29.图2所示的冷却系统还可以包括液压流体冷却器70，其与电动作业机械的液压系统中的液压油箱73流体连接成液压流体循环回路以对液压油箱73中的液压流体进行散热。液压油箱73与液压系统中的示例性液压元件75流体连接以驱动液压元件75工作。液压流体冷却器70例如也可借助于散热风扇90进行散热。在本实用新型中，也可设想将液压流体冷却器70代替用于变速器的上述油冷却器15设置在冷却液循环回路中。
30.在图2所示的冷却系统中，可在预定位置处设置一个或多个温度传感器。例如，可在电气元件51的下游位置、电气元件52的上游位置、电气元件54的上游位置和液压油箱73处分别设置温度传感器81、82、83、84，以分别感测与这些电气元件和液压油箱相关的温度。这些温度传感器可与一电子控制单元95信号连接，而电子控制单元95又与散热风扇20信号连接(参见图2中的虚线)。这样，电子控制单元95能接收由各温度传感器感测到的温度信号，并据此来控制散热风扇20的启停或转速。也就是说，能根据冷却系统中的特定元件或位置处的温度来调控散热风扇20，以增强或减少冷却系统的散热量，进而将冷却系统中的有关温度反馈调节至期望值。
31.工业实用性
32.根据本实用新型的冷却系统可用在各种电动作业机械、例如电动装载机或电动挖掘机中。
33.当该冷却系统工作时，冷却液循环回路中的各流体泵61、62、63开动，使得冷却液从散热器20的出液口流出，并分别进入和流过冷却液支路1、2、3以对相应的各电气元件51至54进行冷却。同时，冷却液在冷却液支路2中流过油冷却器15以对流过变速器的油进行冷却或加热。接下来，从各冷却液支路1、2、3流出的冷却液汇合流入散热器20的进液口，并在散热器20中将从各冷却液支路中带出的热量散发出去，然后再次从散热器20的出液口流出以进行下一个冷却循环。
34.对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型的范围或精神的情况下，可对
上文所公开的实施例作出各种修改和变型。根据本说明书所公开的对本实用新型的实践，本实用新型的其它实施例对于本领域技术人员而言是显而易见的。本说明书及其公开的示例应被认为只是例示性的，本实用新型的真正范围由所附权利要求及其等同物指定。

技术特征：
1.一种用于电动作业机械的冷却系统，所述电动作业机械(100)包括电气元件(51，52，53，54)和变速器(10)，所述冷却系统的特征在于包括：与所述电气元件的冷却器流体连接成冷却液循环回路的散热器(20)；和与所述变速器(10)流体连接成油循环回路的油冷却器(15)，其中，所述油冷却器(15)也设置在所述冷却液循环回路中以在油与冷却液之间进行热交换。2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述电气元件(51，52，53，54)包括所述电动作业机械的行走电机、行走电机控制器、液压电机、液压电机控制器、配电单元、dc/dc变换器、dc/ac逆变器中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却液循环回路包括彼此并联的多条冷却液支路(1，2，3)，每条冷却液支路中均设置有至少一个电气元件的冷却器，所述油冷却器(15)设置在其中一条冷却液支路中并与该冷却液支路(2)中的电气元件(52)的冷却器串联地流体连接。4.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述油冷却器(15)在其所设置的冷却液支路(2)中在冷却液的流动方向上位于该冷却液支路中的至少一个电气元件的冷却器的下游。5.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，在设置了所述油冷却器(15)的冷却液支路(2)中在冷却液的流动方向上位于所述油冷却器上游的电气元件包括所述电动作业机械(100)的行走电机。6.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括为所述散热器(20)配设的散热风扇(90)。7.根据权利要求6所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括设置在所述冷却系统中的预定位置处的一个或多个温度传感器(81，82，83，84)，所述散热风扇(90)配置成能根据由所述温度传感器感测到的温度而启停或调节转速。8.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括与所述散热器(20)流体连接的膨胀水箱(25)。9.一种电动作业机械(100)，其特征在于包括根据权利要求1至8中任一项所述的冷却系统。10.根据权利要求9所述的电动作业机械，其特征在于，所述电动作业机械(100)为电动装载机。

技术总结
本实用新型涉及用于电动作业机械的冷却系统及包括其的电动作业机械。所述电动作业机械(100)包括电气元件(51，52，53，54)和变速器(10)，所述冷却系统包括：与所述电气元件的冷却器流体连接成冷却液循环回路的散热器(20)；和与所述变速器(10)流体连接成油循环回路的油冷却器(15)。其中，所述油冷却器(15)也设置在所述冷却液循环回路中以在油与冷却液之间进行热交换。进行热交换。进行热交换。


技术研发人员：孙一宁 刘更新 田国平 张海龙 黄坤 薛胜火 刘振斌
受保护的技术使用者：卡特彼勒（青州）有限公司
技术研发日：2022.08.19
技术公布日：2023/1/6