捷豹I-PACE纯电动汽车热管理系统介绍(一)

2019-12-18河北石德恩

汽车维修与保养 2019年9期

◆文/河北石德恩

一、电动驱动冷却液回路

1.电动驱动冷却液回路概述

捷豹I-PACE纯电动汽车采用了先进的热管理系统，热管理系统综合利用液冷方式、热交换器和增强型空调系统，其中还包含一个热泵流程。热管理系统不仅为驾驶员和乘客保持了舒适的环境，还用于恒定保持20～25℃的高压(HV)蓄电池理想工作温度，这可确保HV蓄电池以最佳效率进行工作，从而在所有条件下实现最长的续航里程。热管理系统包括冷却液回路和空调(制冷)系统。本文首先介绍冷液却回路，I-PACE具有三个冷却液回路：①电动驱动回路(9L)；②座舱回路(3L)；③高压(HV)蓄电池回路(7L)。

三个冷却回路总图如图1所示。这三个回路彼此独立工作，并由不同的控制模块进行控制。每个回路都有自己的独立控制的电动冷却液泵、电磁阀或比例阀。车辆上安装了两个冷却液副水箱，一个位于HV蓄电池回路中，另一个位于电动驱动回路中。HV蓄电池回路具有独立的冷却液，电动驱动回路和座舱回路使用相同的冷却液和副水箱。车辆中总共容纳了19L乙二醇基冷却液。

电动驱动回路中的每个部件都有自己的最佳工作温度，例如，对于电子部件来说，温度越低越好，这包括驱动电机；而对于传输效率来说，温度较高时效率才能更好。回路中的部件可以自然地升温，当它们达到自己的最佳工作温度时，电动泵将会运转，让冷却液循环流过系统，并保持这个最佳温度。冷却效果由通过电动冷却液泵转速决定的冷却液循环速度以及电动驱动回路散热器的风扇转速进行调节。冷却将会防止HV部件过热和关闭。电动驱动回路中的冷却液的标称工作温度为高于环境温度15～20℃的温度。

电力驱动冷却液系统部件如图2所示，电力驱动冷却液系统控制以下部件的温度：①电力驱动单元(EDU)(2个)；②电力变频转换器(EPIC)(2个)；③直流-直流(DC/DC)转换器；④接线车载充电模块；⑤无线车载充电模块(如已配备)。

除上述部件外，电力驱动冷却液系统由以下部件组成：①电力驱动冷却液泵；②电力驱动冷却液控制阀；③电力驱动冷却器；④电力驱动散热器；⑤冷却风扇；⑥电力驱动冷却液膨胀箱；⑦电力驱动冷却液温度传感器(2个)。

2.电力驱动冷却液膨胀箱

膨胀箱如图3所示，膨胀箱安装了一个液位传感器，液位传感器通过硬接线连接至动力传动系统控制模块(PCM)。电力驱动冷却液膨胀箱提供以下功能：①加注点；②在预热过程中为电力驱动冷却液的膨胀提供容积；③分离电力驱动冷却液中的空气；④系统加压；⑤释放压力。

图1 冷却液回路总图

注意：冷却液副水箱的额定最高压力为1.1bar (1bar=105Pa)。电动冷却液泵的输出压力最高为0.7bar。

3.电力驱动冷却液泵

电力驱动冷却液泵如图4所示，它由来自动力传动系统控制模块(PCM)的脉宽调制(PWM)信号控制，驱动冷却液在系统循环。电力驱动冷却液泵吸收来自膨胀箱的冷却液，加压后输出至控制阀。

4.电动驱动冷却液控制阀(比例阀)

电动驱动冷却液控制阀如图5所示，此阀根据需要，将冷却液从电力驱动冷却液泵输送至电力驱动散热器或电力驱动冷却器，或以上两者。具体取决于冷却需求，方向与LIN总线控制信号相关。

5.电力驱动散热器

I-PACE配备了一个三级冷却模块，该模块位于车辆前部，在格栅的后方。三级冷却模块分别是：①第1级，HV蓄电池回路散热器；②第2级，电动驱动回路散热器；③第3级，外部热交换器(OHE)电力驱动散热器位于车辆前部格栅的后方和电动车(EV)蓄电池散热器的后方，如图6所示。电力驱动冷却液流经电力驱动散热器，来帮助冷却液进行冷却。如果前进速度不足以充分冷却电力驱动冷却液，可以操作电动冷却风扇。为了帮助冷却系统的温度管理，车辆配备了主动格栅。主动格栅由来自动力传动系统控制模块(PCM)中的局域互联网络(LIN)信号进行控制。电动可变速度冷却风扇安装在连接至散热器后部的防尘罩中，动力传动系统控制模块(PCM)通过脉宽调制(PWM)信号控制冷却风扇。

6.电力驱动冷却器

电力驱动冷却器如图7所示，电力驱动冷却器用于热量交换和传输。它分别与电力驱动冷却液以及空调(A/C)制冷剂连接。在两个系统之间进行热量传输。这2个系统没有直接接通。当需要启动热泵模式1或3以执行以下操作时，对座舱冷却液回路进行加热，从电动驱动冷却液回路中吸取热量。供暖、通风和空调(HVAC)模块将会请求动力传动系统控制模块(PCM)将高温冷却液转移至电动驱动冷却器。流至电动驱动冷却器的冷却液液流由比例阀进行控制。然后，根据冷却需求，冷却液液流将会流至电动驱动冷却器和电动驱动回路散热器。空调制冷剂回路将会吸收电动驱动回路中的热量。然后，该热量以及由空调压缩机产生的热量将被一起用于通过座舱回路中的间接冷凝器对座舱冷却液回路进行加热。

该模式仅在环境空气温度在-10℃～5℃之间时激活。如果环境空气温度高于15℃，则系统将不需要利用来自电动驱动回路的热量来加热座舱冷却回路。热泵具有3个模式，我们将在后续的空调部分中对其进行更加详细的说明。

图4 电力驱动冷却液泵

图5 电动驱动冷却液控制阀

图6 电力驱动散热器

图7 电力驱动冷却器

7.4路接头

4路接头如图8所示，它位于有线车载充电模块附近。4路接头提供以下连接：①至无线车载充电模块冷却液入口的连接(如已配备)或后EPIC(未配备无线车载充电模块)；②至直接-直流(DC/DC)转换器冷却液进口的连接；③来自电力驱动散热器出口的连接；④来自电力驱动冷却器出口的连接。

其上还有一个位置用于其中一个电力驱动冷却液温度传感器。

图8 4路接头

8.电力驱动冷却液温度传感器

如图9所示，有2个电力驱动冷却液温度传感器。1个传感器位于有线车载充电模块附近的4路接头上。另1个位于电力驱动冷却液控制阀和电力驱动冷却液泵之间的冷却液管道上。另外，在2个电力驱动单元(EDU)各有1个温度传感器，以监控其温度。温度将传送至相关的电力变频转换器(EPIC)。随后通过Flexray将温度传送至动力传动系统控制模块(PCM)。动力传动系统控制模块(PCM)使用此温度来控制冷却系统部件的操作，以维持系统内的最佳温度。

图9 电力驱动冷却液温度传感器

9.电力驱动冷却液回路及温度控制

图10 电力驱动冷却液回路示意图

图11 电力驱动冷却系统控制框图

电力驱动冷却液回路如图10所示，电力驱动冷却系统控制框图如图11所示。温度控制系统的设计目的是维持电力驱动单元(EDU)和电子系统处于最佳工作温度。EDU中的传感器监测装置中的温度。温度传感器的输出从EDU传送入相应的电力变频转换器(EPIC)。EPIC通过Flexray将EDU温度信息传送至动力传动系统控制模块(PCM)。冷却系统中配备2个温度传感器。其中1个位于4路接头中，1个位于电力驱动冷却液控制阀和电力驱动冷却液泵之间的冷却液软管中。传感器的输出信号发送到PCM。直流至直流(DC/DC)转换器和车载充电模块的温度也被传送至PCM。

PCM使用温度数据和其他车辆数据确定所需的冷却液流量。PCM控制电力驱动冷却液泵和电力驱动冷却液控制阀，向系统部件提供充足的冷却液流量。为了保持正确温度，在散热器后方安装了电动冷却风扇，以帮助降低冷却液的温度。在散热器块前方还安装了主动格栅，以优化流经散热器的空气流量，并最大程度降低车辆的阻力。

注意：如果电动冷却液泵发生故障，则冷却液回路将无法正常工作，HV部件可能会发生过热。然后，出于保护目的，HV部件将会降低自己的功率。如果12V电动冷却液泵的PWM控制丢失，但是该泵仍然能够接收到12V电源，则该泵将会默认为按照安全运行速度运行。