S20.00-A039-79
Gestión térmica, esquema de conexiones en bloque |
A1/1 | Unidad de control cuadro de instrumentos (KI) | N33/8 | Unidad de control de la calefacción de la batería | |
A9/6 | Compresor eléctrico de agente frigorígeno | N73 | Unidad de control cerradura electrónica de encendido (EZS) | |
A79/3 | Unidad de control máquina eléctrica | N82/2 | Unidad de control del sistema de gestión de batería | |
B11/6 | Sensor de temperatura líquido refrigerante 1 | N83/3 | Unidad de control convertidor CC/CC | |
B11/7 | Sensor de temperatura líquido refrigerante 2 | N83/11 | Cargador de corriente alterna para batería de alto voltaje | |
B94/2 | Sensor térmico de la máquina eléctrica | N127 | Unidad de control cadena cinemática | |
B161/5 | Sensor de presión y temperatura radiador | S98 | Unidad de control y mando aire acondicionado (KLA-V&KLA-H) | |
B161/6 | Sensor de presión y temperatura condensador | Y19/17 | Válvulas de expansión | |
B183 | Sensor de temperatura batería de alto voltaje 1 | Y19/18 | Válvula de cierre evaporador refrigeración de la batería de alto voltaje | |
B183/1 | Sensor de temperatura batería de alto voltaje 2 | Y125/4 | Válvula de conmutación batería circuito de baja temperatura | |
B183/2 | Sensor de temperatura batería de alto voltaje 3 | CAN B | CAN de la cabina | |
G1/18 | Batería de alto voltaje 1 | CAN BAT | CAN del sistema de gestión de batería | |
G1/27 | Batería de alto voltaje 2 | CAN E | CAN del tren de rodaje | |
G1/28 | Batería de alto voltaje 3 | CAN ED | CAN del accionamiento eléctrico | |
M13/15 | Bomba adicional de agua eléctrica | CAN L | CAN híbrido | |
M75/16 | Circuito de bomba de líquido refrigerante de baja temperatura 1 | LIN B8 | LIN de la climatización | |
M75/17 | Circuito de bomba de líquido refrigerante de baja temperatura 2 | LIN C3 | LIN de la cadena cinemática | |
M91 | Ventilador eléctrico | O | Opción | |
N33/7 | Unidad de control de alto voltaje del calefactor PTC | S | Estándar |
S20.00-A040-79
Gestión térmica, representación esquemática |
1 | Depósito de expansión del circuito de baja temperatura 1 | M13/15 | Bomba adicional de agua eléctrica | |
2 | Depósito de expansión del circuito de baja temperatura 2 | M75/16 | Bomba del líquido refrigerante del circuito de baja temperatura 1 | |
3 | Condensador | M75/17 | Bomba del líquido refrigerante del circuito de baja temperatura 2 | |
4 | Radiador del circuito de baja temperatura 1 | M91 | Ventilador eléctrico | |
5 | Radiador del circuito de baja temperatura 2 | N33/7 | Unidad de control de alto voltaje del calefactor PTC | |
6 | Evaporador (espacio interior del vehículo) | N33/8 | Unidad de control de la calefacción de la batería | |
7 | Intercambiador de calor de la calefacción | N83/3 | Unidad de control convertidor CC/CC | |
8 | Evaporador/intercambiador de calor | N83/11 | Cargador de corriente alterna para batería de alto voltaje | |
9 | Intercambiador de calor de placas | Y16/10 | Válvula de conmutación prevención de condensado | |
10 | Intercambiador de calor interno | Y19/17 | Válvulas de expansión | |
11 | Válvula reguladora | Y19/18 | Válvula de cierre evaporador refrigeración de la batería de alto voltaje | |
A9/6 | Compresor eléctrico de agente frigorígeno | Y125/4 | Válvula de conmutación batería circuito de baja temperatura | |
A79/1 | Máquina eléctrica | A | Circuito de baja temperatura 1 | |
A79/3 | Unidad de control máquina eléctrica | B | Circuito de baja temperatura 2 | |
G1/18 | Batería de alto voltaje 1 | C | Circuito de calefacción | |
G1/27 | Batería de alto voltaje 2 | D | Circuito de agente frigorígeno | |
G1/28 | Batería de alto voltaje 3 |
Condición previa para el funcionamiento para la refrigeración de la red de a bordo de alto voltaje - Generalidades
Borne 30
Refrigeración de la red de a bordo de alto voltaje - Desarrollo de funcionamiento
El desarrollo de funcionamiento se ha descrito en los siguientes puntos:
Gestión térmica - Generalidades
Funcionamiento del precalentamiento del sistema de escape
Carrocería
Regímenes de funcionamiento del sistema
Refrigeración de la máquina eléctrica y de los componentes de alto voltaje (circuito de líquido refrigerante del circuito de baja temperatura 1)
Refrigeración de las baterías de alto voltaje (circuito de líquido refrigerante del circuito de baja temperatura 2)
Gestión térmica - Generalidades
Durante la conversión de la energía eléctrica en energía cinética y en la conversión de las distintas tensiones (12 V/alto voltaje/tensión alterna de 3 fases) se genera calor residual como producto secundario. Para evacuar este calor residual, la propulsión eléctrica dispone de una gestión térmica inteligente basada en agua.
La temperatura de servicio de las baterías de alto voltaje y de la máquina eléctrica debe encontrarse dentro de un rango determinado, para asegurar que se optimice y garantice la capacidad de carga, la cantidad de ciclos de carga y la vida útil de las baterías de alto voltaje o el funcionamiento de los componentes de alto voltaje. Por tanto, las baterías de alto voltaje y la máquina eléctrica forman parte de los circuitos separados de líquido refrigerante de baja temperatura:
El circuito de baja temperatura 1 protege los componentes de alto voltaje y la máquina eléctrica frente a daños por sobrecalentamiento.
El circuito de baja temperatura 2 refrigera las baterías de alto voltaje.
Mediante el circuito de líquido refrigerante de las baterías de alto voltaje y el circuito de agente frigorígeno del aire acondicionado se climatiza el espacio interior y se mantiene una temperatura de las baterías de alto voltaje entre 20 a 25 °C cuando la máquina eléctrica está activada. Para ello el calor residual de las baterías de alto voltaje se desvía adicionalmente al circuito de agente frigorígeno del aire acondicionado en caso necesario.
Durante la marcha o el precalentamiento, el circuito de líquido refrigerante del circuito de baja temperatura 1 refrigera la máquina eléctrica (A79/1), la unidad de control de la máquina eléctrica (A79/3), el cargador de corriente alterna para la batería de alto voltaje (N83/11) y la unidad de control del convertidor CC/CC (N83/3).
Mediante el circuito de baja temperatura 2 se refrigeran o atemperan las baterías de alto voltaje (G1/18, G1/27, G1/28).
La bomba del líquido refrigerante del circuito de baja temperatura 1 (M75/16) para la máquina eléctrica y la bomba del líquido refrigerante del circuito de baja temperatura 2 (M75/17) para las baterías de alto voltaje se conectan durante la marcha de forma permanente por la unidad de control de la cadena cinemática (N127). La unidad de control del sistema de gestión de la batería (N82/2) evalúa la temperatura de las baterías de alto voltaje mediante los sensores de temperatura de las baterías de alto voltaje y transmite el estado a la unidad de control de la cadena cinemática a través del CAN de híbrido (CAN L).
Otro sensor de temperatura (sensor de temperatura de la máquina eléctrica (B94/2)) se encuentra en la máquina eléctrica. La unidad de control de la máquina eléctrica transmite el valor medido de este sensor a la unidad de control de la cadena cinemática a través del CAN de propulsión eléctrica (CAN ED). En función de la temperatura medida, la unidad de control de la cadena cinemática activa la bomba del líquido refrigerante del circuito de baja temperatura 1 y la bomba del líquido refrigerante del circuito de baja temperatura 2.
Los sensores de temperatura de la máquina eléctrica, las baterías de alto voltaje y los circuitos de líquido refrigerante controlan la temperatura de servicio de la red de a bordo de alto voltaje para evitar daños por temperatura y garantizar la vida útil de los componentes. Con temperatura ambiente baja, la unidad de control de la calefacción de la batería (N33/8) calienta el líquido refrigerante en el circuito de baja temperatura 2 para alcanzar la temperatura de servicio de las baterías de alto voltaje.
El calor generado por las baterías de alto voltaje se desvía en caso necesario al circuito de calefacción y se utiliza para la calefacción del espacio interior. De esta forma se reduce el consumo energético de las baterías de alto voltaje para calentar el habitáculo y se incrementa así la autonomía del vehículo eléctrico.
Para información detallada sobre el circuito de agente frigorígeno del aire acondicionado y el circuito de calefacción del espacio interior, véase la descripción separada de funcionamiento «Climatización del vehículo eléctrico - Funcionamiento» (funcionamiento de la climatización del vehículo eléctrico).
Para información detallada sobre la calefacción de la batería de alto voltaje, véase la descripción del funcionamiento separada «Red de a bordo de alto voltaje - Funcionamiento» (funcionamiento del sistema de alto voltaje).
Funcionamiento del precalentamiento del sistema de escape
En comparación con el vehículo de combustión interna, el sistema de precalentamiento del sistema de escape en el vehículo eléctrico engloba multitud de funciones adicionales:
Refrigeración de la cadena cinemática eléctrica y de los componentes electrónicos (circuito de baja temperatura 1)
Calentamiento del circuito de calefacción para el espacio interior a través de la unidad de control del calefactor PTC de alto voltaje (N33/7)
Calefacción adicional en el circuito de calefacción para el espacio interior a través del circuito de la bomba de líquido refrigerante de baja temperatura 2 (bomba de calor)/unidad de control del calefactor PTC de alto voltaje
Uso del calor residual de la batería de alto voltaje y del evaporador a través del funcionamiento de las bombas de calor para calentar el espacio interior
Refrigeración de las baterías de alto voltaje a través del evaporador/intercambiador de calor (8) (circuito de agente frigorígeno)
Refrigeración de las baterías de alto voltaje a través del radiador del circuito de baja temperatura 2
Calefactado de las baterías de alto voltaje a través de la unidad de control de la calefacción de la batería (circuito de baja temperatura 2)
Regulación del condensador de agua (3)
Calefacción/refrigeración previas del espacio interior durante la carga
Estas funciones se dividen en gran parte entre la unidad de control de la cadena cinemática y la unidad de control y mando del aire acondicionado (KLAV&KLAH) (S98). Las funciones de precalentamiento del sistema de escape divididas exigen una comunicación intensiva entre las unidades de control.
Dicha comunicación se lleva a cabo desde la unidad de control de la cadena cinemática vía CAN del tren de rodaje (CAN E) con la unidad de control de la cerradura electrónica de encendido (EZS) (N70) y vía CAN del espacio interior (CAN B) con la unidad de control y mando del aire acondicionado (KLA-V&KLA-H) y viceversa.
El sistema de precalentamiento del sistema de escape está formado por los siguientes circuitos de agua de refrigeración:
Circuito de baja temperatura 1:
Refrigeración de la cadena cinemática eléctrica, cargador de corriente alterna para la batería de alto voltaje, unidad de control del convertidor CC/CC
Circuito de baja temperatura 2:
Baterías de alto voltaje
Circuito de calefacción:
Espacio interior, condensador del aire acondicionado
Circuito de agente frigorígeno:
Evaporador y bifurcación del intercambiador de calor
El circuito de baja temperatura 2 y el circuito de calefacción están unidos hidráulicamente entre sí.
El funcionamiento de las bombas de calor del sistema permite un modo de calefacción muy eficiente, especialmente en el ,margen de temperatura de entre 5 y 20 °C (uso del aire en circulación), aunque aumenta la complejidad del sistema y la interacción entre la unidad de control de la cadena cinemática y la unidad de control y mando del aire acondicionado (KLA-V&KLA-H).
La refrigeración de la batería de alto voltaje se lleva a cabo en función de las condiciones marginales a través del radiador del circuito de baja temperatura 2 o del evaporador/intercambiador de calor (circuito de agente frigorígeno).
Carrocería
El precalentamiento del sistema de escape está formado en esencia por los siguientes componentes:
Condensador:
El condensador es el responsable de la licuefacción (condensación) del agente frigorígeno. Esto ocurre en la forma constructiva utilizada en este caso mediante una transmisión de calor desde el agente frigorígeno al agua del circuito de calefacción (en la entrada en forma de gas a aprox. 90 °C con una presión de aprox. 18 bar). De esta forma se puede utilizar el «calor residual» del circuito de agente frigorígeno para calentar.
Evaporador/intercambiador de calor:
El evaporador/intercambiador de calor es el responsable de la evaporación del agente frigorígeno. Esto ocurre en la forma constructiva utilizada en este caso mediante una transmisión de calor desde el agente frigorígeno al agua del circuito de refrigeración de la batería (circuito de baja temperatura 2). De esta forma, el «calor residual» de las baterías de alto voltaje puede aumentar el nivel de energía en el circuito de agente frigorígeno y así utilizarlo para calentar o bien refrigerar las baterías de alto voltaje.
Unidad de control de alto voltaje del calefactor PTC:
La unidad de control del calefactor PTC de alto voltaje (PTC = coeficiente positivo de temperatura) es la responsable del calentamiento del agua en el circuito de calefacción. En pocas palabras, en este caso se trata de un calentador de circulación eléctrico.
Válvula de conmutación de prevención de condensado (Y16/10):
La válvula de conmutación de prevención de condensado regula conexión hidráulica entre el circuito de calefacción y el circuito de refrigeración de la batería (circuito de baja temperatura 2).
Válvula de conmutación del circuito de baja temperatura (Y125/4):
La regulación del circuito de baja temperatura 2 se realiza mediante la activación de la válvula de conmutación de la batería del circuito de baja temperatura.
Bomba adicional de agua eléctrica:
La bomba adicional de agua eléctrica hace circular el agua en el circuito de calefacción del espacio interior.
Bombas de líquido refrigerante del circuito de baja temperatura:
Las bombas del líquido refrigerante hacen circular el agente frigorígeno en los distintos circuitos de líquido refrigerante.
Compresor eléctrico de agente frigorígeno:
El compresor eléctrico de agente frigorígeno se encarga de aspirar y comprimir el agente frigorígeno.
Regímenes de funcionamiento del sistema |
Margen de temperatura del líquido refrigerante | Temperatura de la batería | Transferencia de calor | Función | Objetivo |
De -20 a -10 °C | < 15 °C | Sin extracción de calor desde las baterías de alto voltaje | Calefactado directo del circuito de calefacción y transferencia de calor desde el circuito de baja temperatura 2. | No hay calefacción de la batería o esta es muy reducida durante la marcha |
De -20 a aprox. -10 °C | > 1 °C | Se puede extraer calor de las baterías de alto voltaje. | Transferencia de calor desde el circuito de la baterías (circuito de baja temperatura 2) en el circuito de calefacción del espacio interior a través del circuito de agente frigorígeno (transformador de calor). | No hay calefacción de la batería o esta es muy reducida durante la marcha |
-10 hasta 5 °C | < 15 °C | Sin extracción de calor desde las baterías de alto voltaje | Regular la temperatura de entrada del agua de refrigeración hacia el intercambiador de calor de la calefacción mediante la unidad de control del calefactor PTC de alto voltaje. | No hay calefacción de la batería o esta es muy reducida durante la marcha |
-10 hasta 5 °C | > 15 °C | Se puede extraer calor de las baterías de alto voltaje. | Transferencia de calor desde el circuito de baja temperatura 2 al circuito de calefacción a través del circuito de agente frigorígeno (modo bomba de calor). | Las baterías de alto voltaje se mantienen como mínimo a 15 °C, se puede utilizar el calor generado. |
De 5 a aprox. 20 °C | - | Se puede extraer calor de las baterías de alto voltaje. | Modo bomba de calor: | Las baterías de alto voltaje se mantienen como mínimo a 15 °C, se puede utilizar el calor generado. |
De 20 a 28 °C | - | Se disipa calor de las baterías de alto voltaje. | Ajuste de la temperatura nominal del aire de soplado únicamente a través del modo de climatización. | Las baterías de alto voltaje se refrigeran a partir de > 25 °C mediante el radiador del circuito de baja temperatura 2. |
> 28 °C | - | Se disipa calor de las baterías de alto voltaje. | Ajuste de la temperatura nominal del aire de soplado únicamente a través del modo de climatización. | Las baterías de alto voltaje se refrigeran a partir de > 25 °C mediante el radiador del circuito de baja temperatura 2 y a partir de > 35 °C mediante el evaporador/intercambiador de calor o el circuito de agente frigorígeno |
< 35 °C | - | No se disipa calor desde la máquina eléctrica ni de los componentes electrónicos. | Circuito de baja temperatura 1: | La máquina eléctrica se mantiene a 35 °C como mínimo. |
> 35 °C | - | Se disipa calor desde la máquina eléctrica ni de los componentes electrónicos. | Circuito de baja temperatura 1: | La máquina eléctrica se refrigera a partir de > 35 °C mediante el radiador del circuito de baja temperatura 1. |
Requisitos de funcionamiento adicionales de la refrigeración de la máquina eléctrica y los componentes de alto voltaje
Propulsión eléctrica «READY», by-pass
Refrigeración de la máquina eléctrica y de los componentes de alto voltaje
La refrigeración de la máquina eléctrica y de los componentes de alto voltaje se efectúa mediante el circuito de líquido refrigerante del circuito de baja temperatura 1.
La unidad de control de la cadena cinemática lee las siguientes señales a través del CAN de propulsión eléctrica para el control de la refrigeración de la máquina eléctrica:
Unidad de control de la máquina eléctrica:
Temperatura de la máquina eléctrica
Estado de la máquina eléctrica
A tal fin, la unidad de control del sistema de la máquina eléctrica envía su estado, a través del CAN de propulsión eléctrica, a la unidad de control de la cadena cinemática.
El estátor de la máquina eléctrica, la unidad de control de la máquina eléctrica, la unidad de control del convertidor CC/CC y el cargador de corriente alterna para la batería de alto voltaje tienen el circuito de líquido refrigerante común del circuito de baja temperatura 1. Este circuito separado de agua/glicol (relación de mezcla 50/50) protege los componentes de alto voltaje frente a daños por sobretemperatura.
La unidad de control de la máquina eléctrica evalúa la temperatura de la máquina eléctrica mediante el sensor de temperatura de la máquina eléctrica (B94/2) y la transmite a la unidad de control de la cadena cinemática. La unidad de control de la cadena cinemática evalúa adicionalmente mediante el sensor de temperatura del líquido refrigerante 1 (B11/6) la temperatura del circuito de baja temperatura 1 y activa de forma correspondiente la bomba del líquido refrigerante del circuito de baja temperatura 1 (M75/16) mediante la conexión LIN.
La alimentación eléctrica de la bomba del líquido refrigerante del circuito de baja temperatura 1 se efectúa, por el lado positivo, por medio del módulo de fusibles y relés del compartimento del motor (K40/10). Por lado de la masa, la alimentación eléctrica se efectúa por medio del punto de masa del grupo óptico, delante, a derecha (W2).
Con la correspondiente activación, la bomba del líquido refrigerante del circuito de baja temperatura 1 aspira líquido refrigerante y lo bombea en el circuito de baja temperatura 1 a través de la carcasa de la máquina eléctrica y de los componente de alto voltaje. El calor que irradian los componentes se cede al líquido refrigerante.
A partir de una temperatura del líquido refrigerante de aprox. 35 °C, el líquido refrigerante fluye al radiador del circuito de baja temperatura 1 (4), donde se enfría mediante el viento de marcha y se devuelve a la bomba del líquido refrigerante del circuito de baja temperatura 1. Si la corriente de aire es insuficiente, la unidad de control de la cadena cinemática activa adicionalmente el ventilador eléctrico (M91). El radiador del circuito de baja temperatura 1 cede el calor directamente a la temperatura ambiente.
Requisitos de funcionamiento adicionales de la refrigeración de las baterías de alto voltaje
Propulsión eléctrica «READY»
Refrigeración de las baterías de alto voltaje
La refrigeración de las baterías de alto voltaje se efectúa mediante el circuito de líquido refrigerante del circuito de baja temperatura 2.
La unidad de control de la cadena cinemática coordina los flujos de energía del sistema de propulsión y constituye, en relación a las magnitudes eléctricas, la interfaz con la unidad de control del sistema de gestión de la batería (N82/2), con la unidad de control de la máquina eléctrica y con el compresor eléctrico de agente frigorígeno (A9/6).
La unidad de control de la cadena cinemática lee las señales siguientes para controlar la refrigeración de las baterías de alto voltaje a través del CAN de híbrido (CAN L):
Unidad de control del sistema de gestión de la batería:
Temperatura de las baterías de alto voltaje
Estado del sistema de gestión de batería
La unidad de control del sistema de gestión de la batería evalúa la temperatura de las baterías de alto voltaje a través de los sensores de temperatura de la batería de alto voltaje (B183, B183/1, B183/2) y solicita en caso necesario potencia de refrigeración a través de la unidad de control de la cadena cinemática.
A tal fin, la unidad de control del sistema de gestión de la batería envía su estado, a través del CAN de híbrido, a la unidad de control de la cadena cinemática.
La unidad de control de la cadena cinemática compara el requerimiento con los datos de la gestión energética y otorga la autorización para activar el compresor eléctrico de agente frigorígeno. La autorización del compresor eléctrico de agente frigorígeno se realiza teniendo en cuenta el estado de carga de las baterías de alto voltaje y las máximas tensiones/corrientes de descarga tolerables.
La bomba del líquido refrigerante del circuito de baja temperatura 2 (M75/17) bombea el líquido refrigerante a través de la carcasa de refrigeración de las baterías de alto voltaje para refrigerarlas. Allí, el líquido refrigerante absorbe el calor residual de las baterías de alto voltaje y se calienta.
El líquido refrigerante cede la energía térmica sobrante al ambiente a través del radiador del circuito de baja temperatura 2 (5). Si la corriente de aire fuera insuficiente, la unidad de control de la cadena cinemática activaría adicionalmente el ventilador eléctrico (M91).
La regulación del circuito de baja temperatura 2 se realiza mediante la activación de la válvula de conmutación de la batería del circuito de baja temperatura (Y125/4).
Desde las baterías de alto voltaje, la mayor parte del líquido refrigerante calentado fluye hacia la válvula de conmutación de la batería del circuito de baja temperatura. En función de la temperatura del líquido refrigerante, la válvula de conmutación de la batería del circuito de baja temperatura conduce el líquido refrigerante a través del radiador del circuito de baja temperatura 2 y de vuelta a la bomba del líquido refrigerante del circuito de baja temperatura 2. Una parte del líquido refrigerante se conduce a través del evaporador/intercambiador de calor (8) para la refrigeración adicional de las baterías de alto voltaje y para calentar las baterías de alto voltaje mediante la unidad de control de la calefacción de la batería.
Si la emisión de calor a través del radiador del circuito de baja temperatura 2 no es suficiente (p. ej., por temperatura ambiente elevada), se solicita adicionalmente el circuito de líquido refrigerante del aire acondicionado para refrigerar el líquido refrigerante. Para ello, la unidad de control de la cadena cinemática activa la válvula de conmutación de la batería del circuito de baja temperatura y conecta el compresor eléctrico de agente frigorígeno.
La unidad de control de la cadena cinemática solicita a través del conjunto CAN a la unidad de control y mando del aire acondicionado (KLA-V&KLA-H) (S98) la activación del compresor eléctrico de agente frigorígeno. La unidad de control y mando del aire acondicionado (KLA-V&KLA-H) activa entonces el compresor eléctrico de agente frigorígeno a través del LIN de mando del aire acondicionado (LIN B8).
El líquido refrigerante fluye a través del intercambiador de calor y hace posible la entrega de energía térmica al circuito de agente frigorígeno del aire acondicionado. El intercambiador de calor enfría el líquido refrigerante mediante el agente frigorígeno inyectado y evaporado. El líquido refrigerante enfriado está entonces a disposición del circuito de baja presión 2.
La potencia de refrigeración depende de manera decisiva de la magnitud de activación del compresor eléctrico de agente frigorígeno. Si el estado de carga de las baterías de alto voltaje fuese muy bajo, la potencia del compresor eléctrico de agente frigorígeno se reduce.
Documentos referenciados
- gf0800s9999tre Vista de conjunto de los componentes del sistema del vehículo eléctrico
- gf0800s9999tre