Refroidissement système haute tension - Fonctionnement

S20.00-A039-79

S20.00-A040-79

Conditions de fonctionnement du refroidissement du réseau de bord haute tension - Généralités

 Borne 30

Déroulement fonctionnel - Refroidissement du réseau de bord haute tension

Le déroulement fonctionnel est décrit aux points suivants:

 Gestion thermique - Généralités

 Gestion thermique - Fonctionnement

 Superstructure

 Cas de fonctionnement du système

 Refroidissement du moteur-alternateur et des composants haute tension (circuit de liquide de refroidissement circuit basse température 1)

 Refroidissement des batteries haute tension (circuit de liquide de refroidissement circuit basse température 2)

Gestion thermique - Généralités

Lors de la transformation de l'énergie électrique en énergie cinétique et de la conversion des différentes tensions (12 V/haute tension/tension alternative triphasée), de la chaleur dissipée est produite en tant que sous-produit. Pour évacuer cette chaleur dissipée, le moteur électrique est équipé d'un système de gestion thermique à eau intelligent.

La température de service des batteries haute tension et du moteur-alternateur doit se situer dans une plage précise pour que la capacité de chargement, le nombre de cycles de charge et la durée de vie des batteries haute tension et/ou le fonctionnement des composants haute tension soient optimisés et garantis. C'est pourquoi les batteries haute tension et le moteur-alternateur font partie des circuits de liquide de refroidissement basse température séparés.

 Le circuit basse température 1 protège les composants haute tension et le moteur-alternateur des dommages dus à la surchauffe.

 Le circuit basse température 2 fait partie du système de refroidissement des batteries haute tension.

Le circuit de liquide de refroidissement des batteries haute tension et le circuit de réfrigérant du climatiseur permettent de climatiser l'habitacle et de maintenir les batteries haute tension dans une plage de température d'environ 20 à 25 °C lorsque le moteur-alternateur est en marche. Cela permet d'évacuer la chaleur dissipée des batteries haute tension vers le circuit de réfrigérant du climatiseur en cas de besoin.

Pendant la marche et le préchauffage, le circuit de liquide de refroidissement circuit basse température 1 refroidit le moteur-alternateur (A79/1), le calculateur moteur-alternateur (A79/3), le chargeur à courant alternatif pour batteries haute tension (N83/11) et le calculateur convertisseur DC/DC (N83/3).

Le circuit basse température 2 refroidit/régule les batteries haute tension (G1/18, G1/27, G1/28).

La pompe à liquide de refroidissement circuit basse température 1 (M75/16) pour le moteur-alternateur et la pompe à liquide de refroidissement circuit basse température 2 (M75/17) pour les batteries haute tension sont activées en permanence par le calculateur chaîne cinématique (N127) pendant la marche. Le calculateur système de gestion batterie (N82/2) analyse la température des batteries haute tension au moyen des capteurs de température des batteries haute tension et envoie ce statut via le CAN hybride (CAN L) au calculateur chaîne cinématique.

Un autre capteur de température (capteur de température moteur-alternateur (B94/2)) se trouve sur le moteur-alternateur. La valeur mesurée de ce capteur est transmise par le calculateur moteur-alternateur au calculateur chaîne cinématique via le CAN propulsion électrique (CAN ED). Selon la température mesurée, le calculateur chaîne cinématique active en fonction des besoins la pompe à liquide de refroidissement circuit basse température 1 et la pompe à liquide de refroidissement circuit basse température 2.

Les capteurs de température du moteur-alternateur, des batteries haute tension et des circuits de liquide de refroidissement contrôlent la température de service du réseau de bord haute tension pour éviter les dommages liés à la température et assurer la longévité des composants. En cas de températures environnantes faibles, le calculateur chauffage de batterie (N33/8) réchauffe le liquide de refroidissement du circuit basse température 2 pour atteindre la température de service des batteries haute tension.

En cas de besoin, la chaleur générée par les batteries haute tension est aussi évacuée vers le circuit de chauffage et utilisée pour chauffer l'habitacle. Cela permet de réduire la consommation d'énergie des batteries haute tension pour chauffer l'habitacle et ainsi d'augmenter l'autonomie du véhicule électrique.

 Des informations détaillées concernant le circuit de réfrigérant du climatiseur et le circuit de chauffage de l'habitacle sont contenues dans la description de fonctionnement séparée "Fonctionnement climatisation véhicule électrique" ("Klimatisierung Elektrofahrzeug Funktion").

 Des informations détaillées concernant le chauffage de la batterie haute tension sont contenues dans la description de fonctionnement séparée "Fonctionnement système haute tension" ("Hochvoltsystem Funktion").

Gestion thermique - Fonctionnement

Par rapport à un véhicule à moteur thermique, le système de gestion thermique d'un véhicule électrique comprend de nombreuses fonctions supplémentaires :

 Refroidissement de la chaîne cinématique électrique et des composants électriques (circuit basse température 1)

 Chauffage pour l'habitacle via le calculateur haute tension chauffage PTC (N33/7)

 Chauffage auxiliaire dans le circuit de chauffage pour l'habitacle via la pompe à liquide de refroidissement circuit basse température 2 (pompe à chaleur)/calculateur haute tension chauffage PTC

 Utilisation de la chaleur dissipée de la batterie haute tension et de l'évaporateur via la fonction pompes à chaleur pour le chauffage de l'habitacle

 Refroidissement des batteries haute tension via l'évaporateur/échangeur thermique (8) (circuit de réfrigérant)

 Refroidissement des batteries haute tension via le refroidisseur du circuit basse température 2

 Chauffage des batteries haute tension via le calculateur chauffage de batterie (circuit basse température 2)

 Réglage du condenseur côté eau (3)

 Préchauffage/refroidissement de l'habitacle lors de la charge

Ces fonctions sont principalement réparties sur le calculateur chaîne cinématique et le calculateur et appareil de commande climatiseur (KLA­V&KLA­H) (S98). Les fonctions de gestion thermique réparties requièrent une communication intensive entre les calculateurs.

Le calculateur chaîne cinématique envoie des signaux via le CAN train de roulement (CAN E) au calculateur contacteur d'allumage électronique (EZS) (N70) et via le CAN intérieur (CAN B) au calculateur et appareil de commande climatiseur (KLA-V&KLA-H) et inversement.

Le système de gestion thermique se compose, côté eau de refroidissement, des circuits suivants :

 Circuit basse température 1 :

Refroidissement chaîne cinématique électrique, chargeur à courant alternatif pour batterie haute tension, calculateur convertisseur DC/DC

 Circuit basse température 2:

Batteries haute tension

 Circuit de chauffage :

Habitacle, condenseur de climatiseur

 Circuit de réfrigérant :

Évaporateur et branche échangeur thermique

 Le circuit basse température 2 et le circuit de chauffage sont reliés l'un à l'autre hydrauliquement.

La fonction pompes à chaleur du système permet un chauffage très performant, notamment dans une plage de température de 5 à 20 °C (utilisation de l'air de circulation), mais augmente la complexité du système et l'interaction entre le calculateur chaîne cinématique et le calculateur et appareil de commande climatiseur (KLA-V&KLA-H).

Le refroidissement de la batterie haute tension s'effectue, selon les conditions marginales, via le refroidisseur circuit basse température 2 ou l'évaporateur/échangeur thermique (circuit de réfrigérant).

Superstructure

La gestion thermique est principalement constituée des composants suivants :

 Condenseur :

Le condenseur est responsable de la liquéfaction (condensation) du réfrigérant. Avec la forme de construction utilisée ici, cela passe par le transfert de chaleur du réfrigérant à l'eau dans le circuit de chauffage (état gazeux à l'entrée avec env. 90 °C et env. 18 bar de pression). Ainsi, la "chaleur dissipée" dans le circuit de réfrigérant peut être réutilisée pour le chauffage.

 Évaporateur/échangeur thermique :

L'évaporateur/échangeur thermique est responsable de l'évaporation du réfrigérant. Avec la forme de construction utilisée ici, cela passe par un transfert de chaleur du réfrigérant à l'eau dans le circuit de refroidissement de la batterie (circuit basse température 2). De ce fait, la "chaleur dissipée" des batteries haute tension peut relever le niveau d'énergie dans le circuit de réfrigérant et ainsi être utilisée pour le chauffage ou les batteries haute tension peuvent être refroidies.

 Calculateur haute tension chauffage PTC :

Le calculateur haute tension chauffage PTC (PTC = coefficient de température positif) est responsable du chauffage de l'eau dans le circuit de chauffage. En termes simples, il s'agit d'un chauffe-eau électrique.

 Valve de commutation prévention de condensat (Y16/10) :

La valve de commutation prévention de condensat régule la liaison hydraulique entre le circuit de chauffage et le circuit de refroidissement de la batterie (circuit basse température 2).

 Valve de commutation batterie circuit basse température (Y125/4) :

La régulation du circuit basse température 2 se fait par activation de la valve de commutation de batterie du circuit basse température.

 Pompe à eau additionnelle électrique :

La pompe à eau additionnelle électrique fait circuler l'eau dans le circuit de chauffage pour l'habitacle.

 Pompes à liquide de refroidissement circuit basse température :

Les pompes à liquide de refroidissement font circuler le liquide de refroidissement dans les circuits de liquide de refroidissement séparés.

 Compresseur frigorifique électrique :

Le compresseur frigorifique électrique assure l'aspiration et la compression du réfrigérant.

Conditions de fonctionnement supplémentaires du refroidissement du moteur-alternateur et des composants haute tension

 Propulsion électrique "READY", bypass

Refroidissement du moteur-alternateur et des composants haute tension

Le refroidissement du moteur-alternateur et des composants haute tension s'effectue au moyen du circuit de liquide de refroidissement circuit basse température 1.

Pour la commande du refroidissement du moteur-alternateur, le calculateur chaîne cinématique lit les signaux suivants via le CAN propulsion électrique :

 Calculateur moteur-alternateur :

 Température moteur-alternateur

 État du moteur-alternateur

Dans ce but, le calculateur moteur-alternateur envoie son statut au calculateur chaîne cinématique via le CAN propulsion électrique.

Le stator du moteur-alternateur, le calculateur moteur-alternateur, le calculateur convertisseur DC/DC et le chargeur à courant alternatif pour batteries haute tension ont le même circuit de liquide de refroidissement circuit basse température 1. Ce circuit séparé eau/glycol (proportions du mélange 50/50) protège les composants haute tension des dommages dus à la surchauffe.

Le calculateur moteur-alternateur analyse la température du moteur-alternateur via le capteur de température du moteur-alternateur (B94/2) et la transmet au calculateur chaîne cinématique. Le calculateur chaîne cinématique analyse de plus via le capteur de température liquide de refroidissement 1 (B11/6) la température du circuit basse température 1 et commande la pompe à liquide de refroidissement du circuit basse température 1 (M75/16) en conséquence via la connexion LIN.

L'alimentation en tension de la pompe à liquide de refroidissement du circuit basse température 1 se fait côté positif par le biais du module à fusibles et à relais du compartiment moteur (K40/10). Côté masse, l'alimentation en tension se fait via le point de masse bloc optique avant droit (W2).

Si elle est activée, la pompe à liquide de refroidissement du circuit basse température 1 aspire le liquide de refroidissement et le refoule dans le circuit basse température 1 pour lui faire traverser le carter du moteur-alternateur et des composants haute tension. La chaleur dissipée des composants est transmise au liquide de refroidissement.

À partir d'une température du liquide de refroidissement d'env. 35 °C, le liquide de refroidissement passe aussi dans le refroidisseur circuit basse température 1 (4), où il est refroidi par le vent de marche puis renvoyé vers la pompe à liquide de refroidissement circuit basse température 1. Si le flux d'air est insuffisant, le calculateur chaîne cinématique actionne en plus le ventilateur électrique (M91). Le radiateur du circuit basse température 1 transmet la chaleur dissipée directement à la température environnante.

Conditions de fonctionnement supplémentaire du refroidissement des batteries haute tension

 Propulsion électrique "READY"

Refroidissement des batteries haute tension

Le refroidissement des batteries haute tension s'effectue au moyen du circuit de liquide de refroidissement circuit basse température 2.

Le calculateur chaîne cinématique coordonne les flux d'énergie du système d'entraînement et constitue, en termes de grandeurs électriques, l'interface avec le calculateur système de gestion batterie (N82/2), le calculateur moteur-alternateur et le compresseur frigorifique électrique (A9/6).

Pour la commande du refroidissement des batteries haute tension, le calculateur chaîne cinématique lit les signaux suivants via le CAN hybride (CAN L) :

 Calculateur système de gestion de batterie :

 Température batteries haute tension

 État système de gestion de batterie

Le calculateur système de gestion batterie analyse la température des batteries haute tension au moyen des capteurs de température batterie haute tension (B183, B183/1, B183/2) et envoie ce statut au calculateur chaîne cinématique.

Dans ce but, le calculateur système de gestion de batterie envoie son état au calculateur chaîne cinématique via le CAN hybride.

 Le calculateur chaîne cinématique compare la demande avec les directives de la gestion d'énergie et délivre la validation d'activation du compresseur frigorifique électrique. La validation du compresseur frigorifique électrique s'effectue en tenant compte de l'état de charge des batteries haute tension et des tensions/courants de décharge maximum acceptables.

La pompe à liquide de refroidissement du circuit basse température 2 (M75/17) pompe le liquide de refroidissement à travers le carter de refroidissement des batteries haute tension pour les refroidir. Le liquide de refroidissement y absorbe la chaleur dissipée des batteries haute tension et se réchauffe.

Le liquide de refroidissement expulse la chaleur excédentaire vers l'air ambiant via le refroidisseur de circuit basse température 2 (5). Si le flux d'air ne suffit pas pour cela, le calculateur chaîne cinématique actionne en plus le ventilateur électrique (M91).

La régulation du circuit basse température 2 se fait par activation de la valve de commutation de batterie du circuit basse température (Y125/4).

La majeure partie du liquide de refroidissement chauffé s'écoule des batteries haute tension vers la valve de commutation de batterie du circuit basse température. Selon la température du liquide de refroidissement, la valve de commutation de batterie du circuit basse température achemine le liquide de refroidissement à travers le refroidisseur du circuit basse température 2 puis le ramène vers la pompe à liquide de refroidissement du circuit basse température 2. Une partie du liquide de refroidissement sert au refroidissement supplémentaire des batteries haute tension via l'évaporateur/échangeur thermique (8) et au chauffage des batteries haute tension via le calculateur chauffage de batterie.

Si l'évacuation de la chaleur via le refroidisseur du circuit basse température 2 est insuffisante (p. ex. en cas de températures environnantes élevées), le circuit de liquide de refroidissement du climatiseur est également utilisé pour refroidir le liquide de refroidissement. Pour cela, le calculateur chaîne cinématique active la valve de commutation de batterie du circuit basse température ainsi que le compresseur frigorifique électrique.

Le calculateur chaîne cinématique demande auprès du calculateur et appareil de commande du climatiseur (KLA-V&KLA-H) (S98) l'activation du compresseur frigorifique électrique via le réseau CAN. Le calculateur et appareil de commande climatiseur (KLA-V&KLA-H) active alors le compresseur frigorifique électrique via le LIN unité de commande climatisation (LIN B8).

Le liquide de refroidissement s'écoule à travers l'échangeur thermique et permet ainsi d'évacuer la chaleur vers le circuit de réfrigérant du climatiseur. L'échangeur thermique refroidit le liquide de refroidissement grâce au réfrigérant injecté et transformé en vapeur. Ensuite, le liquide de refroidissement refroidi est mis à la disposition du circuit basse température 2.

La puissance de refroidissement dépend dans une large mesure de la puissance d'actionnement du compresseur frigorifique électrique. Si l'état de charge des batteries haute tension est très faible, la puissance du compresseur frigorifique électrique est abaissée.