Система охлаждения высоковольтной системы: функциональное описание

S20.00-A039-79

S20.00-A040-79

Общие условия функционирования системы охлаждения высоковольтной бортовой сети

 Клемма 30

Принцип действия системы охлаждения высоковольтной бортовой сети

Функциональный процесс описан в следующих пунктах:

 Управление тепловым режимом: общая информация

 Функционирование системы управления тепловым режимом

 Кузов

 Штатные режимы работы системы

 Охлаждение электродвигателя-генератора и высоковольтных компонентов (циркуляционный низкотемпературный контур системы охлаждения 1)

 Охлаждение высоковольтных АКБ (циркуляционный низкотемпературный контур системы охлаждения 2)

Управление тепловым режимом: общая информация

При превращении электрической энергии в кинетическую и преобразовании различных напряжений (12 В/высоковольтная система/3-фазное переменное напряжение) в качестве побочного продукта возникает отходящее тепло. Для отвода этого тепла электропривод оснащен интеллектуальной системой управление тепловым режимом на водной основе.

Рабочая температура высоковольтных АКБ и электродвигателей-генераторов должна находиться в определенном диапазоне для оптимизации и защиты емкости, количества циклов заряда и срока службы высоковольтных АКБ или режима работы высоковольтных компонентов. Поэтому высоковольтные АКБ и электродвигатель-генератор являются частью отдельных циркуляционных низкотемпературных контуров системы охлаждения:

 Низкотемпературный контур 1 защищает высоковольтные компоненты и электродвигатель-генератор от повреждений в результате перегрева.

 Низкотемпературный контур 2 относится к системе охлаждения высоковольтных АКБ.

С помощью циркуляционного контура системы охлаждения высоковольтных АКБ и контура циркуляции хладагента кондиционера осуществляется кондиционирование салона и для высоковольтных АКБ при активном электродвигателе-генераторе поддерживается диапазон температур прибл. от 20 до 25 °C. При этом тепло высоковольтных АКБ при необходимости дополнительно отводится на контур циркуляции хладагента кондиционера.

В режиме движения и предварительного нагрева за счет циркуляционного низкотемпературного контура системы охлаждения 1 охлаждаются электродвигатель-генератор (A79/1), блок управления электродвигателем-генератором (A79/3), зарядное устройство переменного тока для высоковольтной аккумуляторной батареи (N83/11) и блок управления преобразователя напряжения постоянного тока (N83/3).

Посредством низкотемпературного контура охлаждения 2 снижается или поддерживается температура высоковольтных АКБ (G1/18, G1/27, G1/28).

Насос низкотемпературного контура системы охлаждения 1 (M75/16) для электродвигателя-генератора и насос низкотемпературного контура системы охлаждения 2 (M75/17) для высоковольтных АКБ в режиме движения постоянно подключаются блоком управления трансмиссией (N127). Блок управления системой управления АКБ (N82/2) анализирует температуру высоковольтных АКБ с помощью датчиков температуры высоковольтных АКБ и передает этот статус по шине данных CAN гибридного привода (CAN L) в блок управления трансмиссией.

Еще один датчик температуры (датчик температуры электродвигателя-генератора (B94/2)) расположен на электродвигателе-генераторе. Измеренное значение этого датчика передается блоком управления электродвигателем-генератором по шине данных CAN электропривода (CAN ED) в блок управления трансмиссией. В зависимости от измеренной температуры блок управления трансмиссией по необходимости активирует насос низкотемпературного контура системы охлаждения 1 и насос низкотемпературного контура системы охлаждения 2.

Датчики температуры электродвигателя-генератора, высоковольтных АКБ и циркуляционных контуров системы охлаждения контролируют рабочую температуру высоковольтной бортовой сети для предотвращения повреждений в результате воздействия температур и обеспечения длительного срока службы компонентов. При низких температурах окружающей среды с помощью блока управления системой обогрева аккумуляторной батареи (N33/8) происходит нагрев охлаждающей жидкости низкотемпературного контура 2, чтобы обеспечить рабочую температуру высоковольтных АКБ.

При необходимости полученное тепло высоковольтных АКБ также отводится на контур отопителя и используется для отопления салона. За счет этого снижается расход энергии от высоковольтных АКБ на нагрев салона и, соответственно, увеличивается запас хода электромобиля.

 Подробную информацию по контуру циркуляции хладагента кондиционера и контуру отопителя салона см. в отдельном функциональном описании "Функция отопления, вентиляции и кондиционирования электромобиля".

 Подробную информацию о нагреве высоковольтных АКБ см. в отдельном функциональном описании "Функция высоковольтной системы".

Функционирование системы управления тепловым режимом

По сравнению с автомобилем с двигателем внутреннего сгорания, система управления тепловым режимом электромобиля выполняет многочисленные дополнительные функции:

 Охлаждение электрической трансмиссии и электрических компонентов (низкотемпературный контур 1)

 Нагрев отопительного контура салона автомобиля посредством блока управления высоковольтным электрическим отопителем (N33/7)

 Дополнительный нагрев отопительного контура салона автомобиля посредством насоса системы охлаждения низкотемпературного контура 2 (тепловой насос)/блока управления высоковольтным электрическим отопителем

 Использование отработанного тепла высоковольтной АКБ и испарителя посредством функции теплового насоса для отопления салона автомобиля

 Охлаждение высоковольтных АКБ посредством испарителя/теплообменника (8) (контур циркуляции хладагента)

 Охлаждение высоковольтных АКБ посредством радиатора низкотемпературного контура 2

 Обогрев высоковольтных АКБ посредством блока управления системой обогрева аккумуляторных батарей (низкотемпературный контур 2)

 Регулирование конденсатора на стороне воды (3)

 Предварительный обогрев/охлаждение салона автомобиля во время зарядки

Эти функции большей частью между блоком управления трансмиссией и блок-панелью управления кондиционером (KLA­V&KLA­H) (S98). Распределение функций управления тепловым режимом требует интенсивной коммуникации между блоками управления.

Коммуникация осуществляется от блока управления трансмиссией через шину данных CAN ходовой части (CAN E) к блоку управления электронным замком зажигания (EZS) (N70) и через шину данных CAN салона (CAN B) к блок-панели управления кондиционером (KLA-V&KLA-H) и обратно.

Система управления тепловым режимом со стороны охлаждающей жидкости состоит из следующих контуров:

 Низкотемпературный контур 1:

Охлаждение электрической трансмиссии, зарядного устройства переменного тока для высоковольтной аккумуляторной батареи, блока управления преобразователем напряжения постоянного тока

 Низкотемпературный контур 2:

Высоковольтные АКБ

 Контур отопителя:

Салон автомобиля, конденсатор кондиционера

 Контур циркуляции хладагента:

Испаритель и ветвь теплообменника

 Низкотемпературный контур 2 и контур отопителя гидравлически соединены друг с другом.

Функция теплового насоса позволяет реализовать исключительно эффективный режим обогрева, особенно в диапазоне температур от 5 до 20 °C (использование циркулирующего воздуха), но повышает сложность системы и необходимость взаимодействия между блоком управления трансмиссией и блок-панелью управления кондиционером (KLA-V&KLA-H).

Охлаждение высоковольтной АКБ в зависимости от пограничных условий осуществляется посредством низкотемпературного контура 2 или посредством испарителя/теплообменник (контур циркуляции хладагента).

Кузов

Система управления тепловым режимом состоит в основном из следующих компонентов:

 Конденсатор:

Конденсатор отвечает за ожижение (конденсацию) хладагента. В использующейся здесь конструкции это происходит за счет переноса тепла хладагента на воду в контуре отопителя (на входе хладагент находится в состоянии газа с температурой прибл. 90 °C при давлении прибл. 18 бар). Тем самым "отработанное тепло" в контуре циркуляции хладагента может использоваться для нагрева.

 Испаритель/теплообменник:

Испаритель/теплообменник отвечает за испарение хладагента. В использующейся здесь конструкции это происходит за счет переноса тепла хладагента на воду в контуре охлаждения аккумуляторных батарей (низкотемпературный контур 2). В результате или "отработанное тепло" высоковольтных аккумуляторных батарей повышает уровень энергии в контуре циркуляции хладагента и, следовательно, может быть использовано для нагрева, или происходит охлаждение высоковольтных АКБ.

 Блок управления высоковольтным электрическим отопителем:

Блок управления высоковольтным электрическим отопителем (PTC = положительный температурный коэффициент) отвечает за нагрев воды в контуре отопителя. Упрощенно говоря, здесь идет речь о работающем от электричества проточном нагревателе.

 Переключающий клапан предотвращения образования конденсата (Y16/10):

Переключающий клапан предотвращения образования конденсата регулирует гидравлическое соединение между контуром отопителя и контуром охлаждения аккумуляторных батарей (низкотемпературный контур 2).

 Переключающий клапан АКБ низкотемпературного контура (Y125/4):

Регулирование низкотемпературного контура 2 осуществляется посредством активации переключающего клапана АКБ низкотемпературного контура.

 Электрический дополнительный водяной насос:

Электрический дополнительный водяной насос обеспечивает циркуляцию воды в контуре отопителя для салона автомобиля.

 Насосы системы охлаждения низкотемпературного контура:

Насосы системы охлаждения обеспечивают циркуляцию охлаждающей жидкости в раздельных циркуляционных контурах системы охлаждения.

 Электрический компрессор кондиционера:

Электрический компрессор кондиционера предназначен для засасывания и сжатия хладагента.

Дополнительные функциональные условия для охлаждения электродвигателя-генератора и высоковольтных компонентов

 Электропривод "READY", перепуск

Охлаждение электродвигателя-генератора и высоковольтных компонентов

Охлаждение электродвигателя-генератора и высоковольтных компонентов осуществляется через циркуляционный низкотемпературный контур системы охлаждения 1.

Блок управления трансмиссией для управления охлаждением электродвигателя-генератора считывает следующие сигналы по шине данных CAN электропривода:

 Блок управления электродвигателем-генератором:

 Температура электродвигателя-генератора

 Статус электродвигателя-генератора

Для этого блок управления электродвигателем-генератором передает свой статус по шине данных CAN электропривода в блок управления трансмиссией.

Статор электродвигателя-генератора, блок управления электродвигателем-генератором, блок управления преобразователя напряжения постоянного тока и зарядное устройство переменного тока для высоковольтной аккумуляторной батареи имеют общий циркуляционный низкотемпературный контур системы охлаждения 1. Этот отдельный водно-гликолевый контур (соотношение компонентов смеси 50/50) защищает высоковольтные компоненты от повреждений в результате перегрева.

Блок управления электродвигателем-генератором анализирует температуру электродвигателя-генератора с помощью датчика температуры электродвигателя-генератора (B94/2) и передает ее в блок управления трансмиссией. Блок управления трансмиссией с помощью датчика температуры ОЖ 1 (B11/6) дополнительно анализирует температуру низкотемпературного контура 1 и соответствующим образом активирует насос низкотемпературного контура системы охлаждения 1 (M75/16) через LIN­соединение.

Электропитание насоса низкотемпературного контура системы охлаждения 1 осуществляется через разъем "+" модуля предохранителей и реле в моторном отсеке (K40/10). Со стороны массы электропитание осуществляется через точку соединения с массой модуля освещения спереди справа (W2/).

Насос низкотемпературного контура системы охлаждения 1 при соответствующей активации всасывает охлаждающую жидкость и подает ее в низкотемпературный контур 1 через корпус электродвигателя-генератора и высоковольтных компонентов. Тепло компонентов отдается охлаждающей жидкости.

При температуре охлаждающей жидкости прим. 35 °C и выше охлаждающая жидкость перемещается в радиатор низкотемпературного контура 1 (4), где охлаждается обтекающим воздушным потоком, а затем возвращается обратно к насосу низкотемпературного контура системы охлаждения 1. Если воздушного потока недостаточно, блок управления трансмиссии дополнительно активирует электрические вентиляторы (M91). Радиатор низкотемпературного контура 1 отдает тепло непосредственно в окружающую среду.

Дополнительные функциональные условия для охлаждения высоковольтных АКБ

 Электропривод "READY"

Охлаждение высоковольтных АКБ

Охлаждение высоковольтных АКБ осуществляется с помощью циркуляционного низкотемпературного контура системы охлаждения 2.

Блок управления трансмиссией координирует потоки энергии системы привода и создает в зависимости от электрических параметров соединение с блоком управления системой управления АКБ (N82/2), с блоком управления электродвигателем-генератором и с электрическим компрессором кондиционера (A9/6).

Для управления системой охлаждения высоковольтных АКБ блок управления трансмиссией считывает по шине данных CAN гибридного привода (CAN L) следующие сигналы:

 Блок системы управления аккумуляторными батареями:

 Температура высоковольтных АКБ

 Состояние системы управления АКБ

Блок управления системой управления АКБ анализирует температуру высоковольтных АКБ с помощью датчиков температуры высоковольтных АКБ (B183, B183/1, B183/2) и при необходимости запрашивает теплосъем через блок управления трансмиссией.

Для этого блок управления системой управления АКБ передает свой статус по шине данных CAN гибридного привода на блок управления трансмиссией.

 Блок управления трансмиссией сравнивает запрос с данными управления энергоснабжением и выдает разрешение на активизацию электрического компрессора кондиционера. При этом электрический компрессор кондиционера запускается с учетом уровня заряда высоковольтных АКБ и максимально допустимых напряжений/токов разрядки.

Насос низкотемпературного контура системы охлаждения 2 (M75/17) перемещает охлаждающую жидкость через корпус охлаждения высоковольтных АКБ, чтобы охладить их. Там охлаждающая жидкость поглощает тепло высоковольтных АКБ, после чего она нагревается.

Охлаждающая жидкость отдает избыточную тепловую энергию через радиатор низкотемпературного контура 2 (5) в окружающий воздух. Если воздушного потока для этого недостаточно, блок управления трансмиссии дополнительно активирует электрический вентилятор (M91).

Регулирование низкотемпературного контура 2 осуществляется посредством активации переключающего клапана АКБ низкотемпературного контура (Y125/4).

От высоковольтных АКБ значительная часть нагретой охлаждающей жидкости перемещается к переключающему клапану АКБ низкотемпературного контура. В зависимости от температуры охлаждающей жидкости переключающий клапан АКБ низкотемпературного контура направляет охлаждающую жидкость через радиатор низкотемпературного контура 2 и обратно к насосу низкотемпературного контура системы охлаждения 2. Часть охлаждающей жидкости для дополнительного охлаждения высоковольтных АКБ направляется через испаритель/теплообменник (8), а для нагрева высоковольтных АКБ ‒ через блок управления системой обогрева АКБ.

Если через радиатор низкотемпературного контура 2 отдается недостаточно тепла (напр.,  при высокой температуре окружающей среды), для охлаждения охлаждающей жидкости дополнительно задействуется контур циркуляции хладагента кондиционера. Для этого блок управления трансмиссией активирует переключающий клапан АКБ низкотемпературного контура и подключает электрический компрессор кондиционера.

Блок управления трансмиссией по системе шин CAN запрашивает у блок-панели управления кондиционером (KLA-V&KLA-H) (S98) активацию электрического компрессора кондиционера. В свою очередь блок-панель управления кондиционером (KLA-V&KLA-H) активирует электрический компрессор кондиционера через шину данных LIN кондиционера (LIN B8).

Охлаждающая жидкость протекает через теплообменник и таким образом производит отдачу тепловой энергии в контур циркуляции хладагента кондиционера. Теплообменник охлаждает охлаждающую жидкость при помощи впрыскиваемого и испаряющегося хладагента. Охлажденная охлаждающая жидкость поступает в низкотемпературный контур 2.

Теплосъем зависит от уровня активизации электрического компрессора кондиционера. Если уровень заряда высоковольтных АКБ окажется слишком низким, мощность электрического компрессора кондиционера снижается.