Refrigeração do sistema de alta voltagem, funcionamento

S20.00-A039-79

S20.00-A040-79

Condições de funcionamento do arrefecimento da rede de bordo de alta voltagem em geral

 Borne 30

Sequência de funcionamento da refrigeração da rede de bordo de alta voltagem

A sequência de funcionamento está descrita nos seguintes pontos:

 Controle térmico em geral

 Controle térmico - funcionamento

 Encarroçamento

 Casos operacionais do sistema

 Arrefecimento da máquina elétrica e dos componentes de alta voltagem (circuito do líquido de arrefecimento, circuito de baixa temperatura 1)

 Arrefecimento das baterias de alta voltagem (circuito do líquido de arrefecimento, circuito de baixa temperatura 2)

Controle térmico em geral

Na transformação de energia elétrica em energia cinética e na conversão das diferentes tensões (12 V/alta voltagem/tensão alternada de 3 fases) surge calor de escape como produto em derivação. Para dissipar esse calor de escape, a propulsão elétrica tem um controle térmico inteligente baseado em água.

A temperatura de serviço das baterias de alta voltagem e da máquina elétrica devem se situar em um determinado intervalo, para assegurar, que a capacidade de carga, o número de ciclos de carregamento e a expectativa de durabilidade das baterias de alta voltagem ou a operação dos componentes de alta voltagem sejam otimizados e assegurados. Por isso, as baterias de alta voltagem e a máquina elétrica são parte dos circuitos separados do líquido de arrefecimento de baixa temperatura:

 O circuito de baixa temperatura 1 protege os componentes de alta voltagem e a máquina elétrica contra danos por sobreaquecimento.

 O circuito de baixa temperatura 2 pertence ao arrefecimento das baterias de alta voltagem.

Através do circuito do líquido de arrefecimento das baterias de alta voltagem e do circuito do agente refrigerante do ar-condicionado, o compartimento interno do veículo é climatizado e as baterias de alta voltagem, com a máquina elétrica ativada, são mantidas, o quanto for possível, em uma faixa de temperatura de aprox. 20 até 25 °C. Aqui, o calor de escape das baterias de alta voltagem é adicionalmente dissipado, conforme necessário, para o circuito do agente refrigerante do ar-condicionado.

Durante o modo condução e preaquecimento, o circuito do líquido de arrefecimento do circuito de baixa temperatura 1 faz com que a máquina elétrica (A79/1), o módulo de comando da máquina elétrica (A79/3), o carregador de baterias de corrente alternada para bateria de alta voltagem (N83/11) e o módulo de comando do conversor DC/DC (N83/3) sejam arrefecidos.

Através do circuito de baixa temperatura 2, as baterias de alta voltagem (G1/18, G1/27, G1/28) são arrefecidas ou reguladas em sua temperatura.

A bomba do líquido de arrefecimento do circuito de baixa temperatura 1 (M75/16) para a máquina elétrica e a bomba do líquido de arrefecimento do circuito de baixa temperatura 2 (M75/17) para as baterias de alta voltagem são ligadas permanentemente durante a condução pelo módulo de comando do trem de força (N127). O módulo de comando do sistema de gerenciamento da bateria (N82/2) analisa a temperatura das baterias de alta voltagem através dos sensores de temperatura das baterias de alta voltagem e transmite esse status via CAN da propulsão híbrida (CAN L) para o módulo de comando do trem de força.

Um sensor de temperatura adicional (sensor de temperatura da máquina elétrica (B94/2)) está localizado na máquina elétrica. O valor medido desse sensor é transmitido pelo módulo de comando da máquina elétrica via CAN da propulsão elétrica (CAN ED) ao módulo de comando do trem de força. Dependendo da temperatura medida, o módulo de comando do trem de força ativa, conforme necessário, a bomba do líquido de arrefecimento do circuito de baixa temperatura 1 e a bomba do líquido de arrefecimento do circuito de baixa temperatura 2.

Os sensores de temperatura da máquina elétrica, das baterias de alta voltagem e dos circuitos do líquido de arrefecimento controlam a temperatura de serviço da rede de bordo de alta voltagem, para evitar danos de temperatura e assegurar a longevidade dos componentes. Em caso de baixas temperaturas ambientes, o módulo de comando do aquecedor da bateria (N33/8) aquece o líquido de arrefecimento no circuito de baixa temperatura 2, para alcançar a temperatura de serviço das baterias de alta voltagem.

O calor gerado das baterias de alta voltagem também é dissipado, se necessário, para o circuito do líquido de aquecimento e usado para o aquecimento do compartimento interno do veículo. Como resultado, o consumo de energia das baterias de alta voltagem para aquecimento do compartimento interno do veículo é reduzido, aumentando assim o alcance do veículo elétrico.

 Informações detalhadas sobre o circuito do agente refrigerante do ar-condicionado, assim como sobre o circuito do líquido de aquecimento do compartimento interno do veículo estão contidas na descrição de funcionamento separada "Função da climatização do veículo elétrico".

 Informações detalhadas sobre o aquecedor da bateria de alta voltagem estão contidas na descrição de funcionamento separada "Função do sistema de alta voltagem".

Controle térmico - funcionamento

Em comparação ao veículo com motor de combustão interna, o sistema do controle térmico no veículo elétrico abrange várias funções adicionais:

 Arrefecimento do trem de força elétrico e dos componentes elétricos (circuito de baixa temperatura 1)

 Aquecimento do circuito do líquido de aquecimento para o compartimento interno do veículo através do módulo de comando do aquecedor PTC de alta voltagem (N33/7)

 Aquecimento adicional no circuito do líquido de aquecimento para o compartimento interno do veículo através da bomba do líquido de arrefecimento do circuito de baixa temperatura 2 (bomba de calor)/módulo de comando do aquecedor PTC de alta voltagem

 Aproveitamento do calor perdido da bateria de alta voltagem e do evaporador através da função de bomba de calor para o aquecimento do compartimento interno do veículo

 Arrefecimento das baterias de alta voltagem através do evaporador/trocador de calor (8) (circuito do agente refrigerante)

 Arrefecimento das baterias de alta voltagem através do radiador do circuito de baixa temperatura 2

 Aquecimento das baterias de alta voltagem através do módulo de comando do aquecedor da bateria (circuito de baixa temperatura 2)

 Regulagem do condensador do lado de água (3)

 Preaquecimento/arrefecimento do compartimento interno do veículo durante a recarga

Estas funções são distribuídas, em boa parte, pelo módulo de comando do trem de força e pelo módulo e dispositivo de comando do ar-condicionado (KLA­V&KLA­H) (S98). As funções distribuídas do controle térmico requerem uma comunicação intensa entre os módulos de comando.

Essa ocorre do módulo de comando do trem de força através do CAN da suspensão (CAN E) para o módulo de comando do contato de ignição eletrônico (EZS) (N70) e através do CAN do compartimento interno (CAN B) para o módulo e dispositivo de comando do ar-condicionado (KLA-V&KLA-H) e vice-versa.

O sistema do controle térmico é composto, no lado do líquido de arrefecimento, pelos seguintes circuitos:

 Circuito de baixa temperatura 1:

Arrefecimento do trem de força elétrico, do carregador de baterias de corrente alternada para a bateria de alta voltagem, do módulo de comando do conversor DC/DC

 Circuito de baixa temperatura 2:

Baterias de alta voltagem

 Circuito do líquido de aquecimento:

Compartimento interno do veículo, condensador do ar-condicionado

 Circuito do agente refrigerante:

Evaporador e derivação do trocador de calor

 O circuito de baixa temperatura 2 e o circuito do líquido de aquecimento são interligados hidraulicamente.

A função de bomba de calor do sistema possibilita um modo aquecimento muito eficiente, especialmente em temperaturas de 5 até 20 °C (aproveitamento do ar de recirculação), mas ela aumenta a complexidade do sistema e a interação entre o módulo de comando do trem de força e o módulo e dispositivo de comando do ar-condicionado (KLA-V&KLA-H).

O arrefecimento da bateria de alta voltagem ocorre, dependendo das condições aplicáveis, através do radiador do circuito de baixa temperatura 2 ou do evaporador/trocador de calor (circuito do agente refrigerante).

Encarroçamento

O controle térmico é composto basicamente pelos seguintes componentes:

 Condensador:

O condensador é responsável pela liquefação (condensação) do agente refrigerante. Isso ocorre, no tipo de construção utilizado aqui, através de uma transmissão de calor do agente refrigerante para a água no circuito do líquido de aquecimento (gaseiforme na entrada com aprox. 90 °C a aprox. 18 bar de pressão). Com isso, o "calor perdido" no circuito do agente refrigerante pode ser utilizado para o aquecimento.

 Evaporador/trocador de calor:

O evaporador/trocador de calor é responsável pela evaporação do agente refrigerante. Isso ocorre, no tipo de construção utilizado aqui, através de uma transmissão de calor do agente refrigerante para a água no circuito de arrefecimento da bateria (circuito de baixa temperatura 2). Dessa forma, ou o "calor perdido" das baterias de alta voltagem pode elevar o nível de energia no circuito do agente refrigerante e, com isso, ser utilizado para o aquecimento, ou as baterias de alta voltagem podem ser arrefecidas.

 Módulo de comando do aquecedor PTC de alta voltagem:

O módulo de comando do aquecedor PTC de alta voltagem (PTC = coeficiente positivo de temperatura) é responsável pelo aquecimento da água no circuito do líquido de aquecimento. Expressado de forma simplificada, neste caso se trata de um aquecedor de passagem operado eletricamente.

 Válvula de inversão para evitar a condensação (Y16/10):

A válvula de inversão para evitar a condensação regula a interligação hidráulica do circuito do líquido de aquecimento e do circuito de arrefecimento da bateria (circuito de baixa temperatura 2).

 Válvula de inversão da bateria do circuito de baixa temperatura (Y125/4):

A regulagem do circuito de baixa temperatura 2 ocorre através da ativação da válvula de inversão da bateria do circuito de baixa temperatura.

 Bomba de água elétrica adicional:

A bomba de água elétrica adicional circula a água no circuito do líquido de aquecimento para o compartimento interno do veículo.

 Bombas do líquido de arrefecimento do circuito de baixa temperatura:

As bombas do líquido de arrefecimento circulam o líquido de arrefecimento nos circuitos separados do líquido de arrefecimento.

 Compressor elétrico do agente refrigerante:

O compressor elétrico do agente refrigerante é responsável pela aspiração e compressão do agente refrigerante.

Condições de funcionamento adicionais do arrefecimento da máquina elétrica e dos componentes de alta voltagem

 Propulsão elétrica "READY", bypass

Arrefecimento da máquina elétrica e dos componentes de alta voltagem

O arrefecimento da máquina elétrica e dos componentes de alta voltagem é realizado através do circuito do líquido de arrefecimento do circuito de baixa temperatura 1.

O módulo de comando do trem de força efetua a leitura dos seguintes sinais para o comando do arrefecimento da máquina elétrica através do CAN da propulsão elétrica:

 Módulo de comando da máquina elétrica:

 Temperatura da máquina elétrica

 Status da máquina elétrica

Para esta finalidade, o módulo de comando da máquina elétrica envia seu status através do CAN da propulsão elétrica para o módulo de comando do trem de força.

O estator da máquina elétrica, o módulo de comando da máquina elétrica, o módulo de comando do conversor DC/DC e o carregador de baterias de corrente alternada para bateria de alta voltagem possuem o circuito do líquido de arrefecimento do circuito de baixa temperatura 1 compartilhado. Esse circuito separado de água/glicol (proporção de mistura 50/50) protege os componentes de alta voltagem contra danos por sobreaquecimento.

O módulo de comando da máquina elétrica analisa a temperatura da máquina elétrica através do sensor de temperatura da máquina elétrica (B94/2) e a informa ao módulo de comando do trem de força. O módulo de comando do trem de força analisa adicionalmente através do sensor de temperatura do líquido de arrefecimento 1 (B11/6) a temperatura do circuito de baixa temperatura 1 e ativa a bomba do líquido de arrefecimento do circuito de baixa temperatura 1 (M75/16) através da conexão LIN de forma adequada.

A alimentação de tensão da bomba do líquido de arrefecimento do circuito de baixa temperatura 1 é fornecida no lado positivo através do módulo de fusíveis e relés do compartimento do motor (K40/10). Pelo lado massa, a alimentação de tensão ocorre através do ponto massa da unidade de iluminação dianteira direita (W2).

A bomba do líquido de arrefecimento do circuito de baixa temperatura 1 suga, em caso de ativação adequada, o líquido de arrefecimento e o bombeia no circuito de baixa temperatura 1 através da carcaça da máquina elétrica e dos componentes de alta voltagem. O calor de escape dos componentes é conduzido ao líquido de arrefecimento.

A partir de uma temperatura do líquido de arrefecimento de aprox. 35 °C, o líquido de arrefecimento continua a fluir no radiador do circuito de baixa temperatura 1 (4), onde é resfriado pelo fluxo de ar e flui de volta para a bomba do líquido de arrefecimento do circuito de baixa temperatura 1. No caso da corrente de ar insuficiente, o ventilador do radiador (M91/) também é ativado pelo módulo de comando do trem de força. O radiador do circuito de baixa temperatura 1 conduz o calor de escape diretamente para a temperatura ambiente.

Condições de funcionamento adicionais do arrefecimento das baterias de alta voltagem

 Propulsão elétrica "READY"

Arrefecimento das baterias de alta voltagem

O arrefecimento das baterias de alta voltagem é realizado através do circuito do líquido de arrefecimento do circuito de baixa temperatura 2.

O módulo de comando do trem de força coordena os fluxos de energia do sistema de propulsão e, com base nas grandezas elétricas, forma a interface para o módulo de comando do sistema de gerenciamento da bateria (N82/2), para o módulo de comando da máquina elétrica e para o compressor elétrico do agente refrigerante (A9/6).

O módulo de comando do trem de força efetua a leitura dos seguintes sinais para o comando do arrefecimento das baterias de alta voltagem através do CAN da propulsão híbrida (CAN L):

 Módulo de comando do sistema de gerenciamento da bateria:

 Temperatura das baterias de alta voltagem

 Status do sistema de gerenciamento da bateria

O módulo de comando do sistema de gerenciamento da bateria analisa a temperatura das baterias de alta voltagem através dos sensores de temperatura da bateria de alta voltagem (B183, B183/1, B183/2) e solicita, em caso de necessidade, capacidade de arrefecimento através do módulo de comando do trem de força.

Para esta finalidade, o módulo de comando do sistema de gerenciamento da bateria envia seu status através do CAN da propulsão híbrida para o módulo de comando do trem de força.

 O módulo de comando do trem de força compara a solicitação com as prescrições do controle de energia e concede a liberação para a ativação do compressor elétrico do agente refrigerante. A liberação do compressor elétrico do agente refrigerante é feita considerando o estado de carga das baterias de alta voltagem e as tensões/correntes de descarga máximas toleráveis.

A bomba do líquido de arrefecimento do circuito de baixa temperatura 2 (M75/17) bombeia o líquido de arrefecimento através da carcaça de arrefecimento das baterias de alta voltagem para arrefecê-las. Lá, o líquido de arrefecimento absorve o calor de escape das baterias de alta voltagem e é aquecido.

O líquido de arrefecimento libera o excesso de energia térmica através do radiador do circuito de baixa temperatura 2 (5) para o ar ambiente. Se a corrente de ar não for suficiente nesta ocasião, o ventilador elétrico (M91/) também é ativado pelo módulo de comando do trem de força.

A regulagem do circuito de baixa temperatura 2 é realizada através da ativação da válvula de inversão da bateria do circuito de baixa temperatura (Y125/4).

Das baterias de alta voltagem, flui a maior parte do líquido de arrefecimento aquecido para a válvula de inversão da bateria do circuito de baixa temperatura. De acordo com a temperatura do líquido de arrefecimento, a válvula de inversão da bateria do circuito de baixa temperatura conduz o líquido de arrefecimento através do radiador do circuito de baixa temperatura 2 e de volta para a bomba do líquido de arrefecimento do circuito de baixa temperatura 2. Uma parte do líquido de arrefecimento é conduzida, para o arrefecimento adicional das baterias de alta voltagem, através do evaporador/trocador de calor (8) e, para o aquecimento das baterias de alta voltagem, através do módulo de comando do aquecedor da bateria.

Se a perda de calor através do radiador do circuito de baixa temperatura 2 for insuficiente (por ex., altas temperaturas ambiente), é solicitado adicionalmente o circuito do agente refrigerante do ar-condicionado para o arrefecimento do líquido de arrefecimento. Para este propósito, o módulo de comando do trem de força ativa a válvula de inversão da bateria do circuito de baixa temperatura e liga o compressor elétrico do agente refrigerante.

O módulo de comando do trem de força solicita através do CAN de integração no módulo e dispositivo de comando do ar-condicionado (KLA-V&KLA-H) (S98) a ativação do compressor elétrico do agente refrigerante. O módulo e dispositivo de comando do ar-condicionado (KLA-V&KLA-H) ativa então o compressor elétrico do agente refrigerante através da LIN da climatização (LIN B8).

O líquido de arrefecimento flui através do trocador de calor, possibilitando assim a dissipação da energia térmica para o circuito do agente refrigerante do ar-condicionado. O trocador de calor esfria o líquido de arrefecimento através do agente refrigerante injetado e evaporado. O líquido de arrefecimento resfriado é disponibilizado em seguida ao circuito de baixa temperatura 2.

A capacidade de arrefecimento depende principalmente do nível de ativação do compressor elétrico do agente refrigerante. Se o estado de carga das baterias de alta voltagem estiver muito baixo, a potência do compressor elétrico do agente refrigerante será reduzida.