◆文/河北 石德恩

一、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)冷卻液回路

1.電動(dòng)驅(qū)動(dòng)冷卻液回路概述

捷豹I-PACE純電動(dòng)汽車采用了先進(jìn)的熱管理系統(tǒng)，熱管理系統(tǒng)綜合利用液冷方式、熱交換器和增強(qiáng)型空調(diào)系統(tǒng)，其中還包含一個(gè)熱泵流程。熱管理系統(tǒng)不僅為駕駛員和乘客保持了舒適的環(huán)境，還用于恒定保持20～25℃的高壓(HV)蓄電池理想工作溫度，這可確保HV蓄電池以最佳效率進(jìn)行工作，從而在所有條件下實(shí)現(xiàn)最長(zhǎng)的續(xù)航里程。熱管理系統(tǒng)包括冷卻液回路和空調(diào)(制冷)系統(tǒng)。本文首先介紹冷液卻回路，I-PACE具有三個(gè)冷卻液回路：①電動(dòng)驅(qū)動(dòng)回路(9L)；②座艙回路(3L)；③高壓(HV)蓄電池回路(7L)。

三個(gè)冷卻回路總圖如圖1所示。這三個(gè)回路彼此獨(dú)立工作，并由不同的控制模塊進(jìn)行控制。每個(gè)回路都有自己的獨(dú)立控制的電動(dòng)冷卻液泵、電磁閥或比例閥。車輛上安裝了兩個(gè)冷卻液副水箱，一個(gè)位于HV蓄電池回路中，另一個(gè)位于電動(dòng)驅(qū)動(dòng)回路中。HV蓄電池回路具有獨(dú)立的冷卻液，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)回路和座艙回路使用相同的冷卻液和副水箱。車輛中總共容納了19L乙二醇基冷卻液。

電動(dòng)驅(qū)動(dòng)回路中的每個(gè)部件都有自己的最佳工作溫度，例如，對(duì)于電子部件來(lái)說(shuō)，溫度越低越好，這包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)；而對(duì)于傳輸效率來(lái)說(shuō)，溫度較高時(shí)效率才能更好?；芈分械牟考梢宰匀坏厣郎兀?dāng)它們達(dá)到自己的最佳工作溫度時(shí)，電動(dòng)泵將會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)，讓冷卻液循環(huán)流過(guò)系統(tǒng)，并保持這個(gè)最佳溫度。冷卻效果由通過(guò)電動(dòng)冷卻液泵轉(zhuǎn)速?zèng)Q定的冷卻液循環(huán)速度以及電動(dòng)驅(qū)動(dòng)回路散熱器的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。冷卻將會(huì)防止HV部件過(guò)熱和關(guān)閉。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)回路中的冷卻液的標(biāo)稱工作溫度為高于環(huán)境溫度15～20℃的溫度。

電力驅(qū)動(dòng)冷卻液系統(tǒng)部件如圖2所示，電力驅(qū)動(dòng)冷卻液系統(tǒng)控制以下部件的溫度：①電力驅(qū)動(dòng)單元(EDU)(2個(gè))；②電力變頻轉(zhuǎn)換器(EPIC)(2個(gè))；③直流-直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換器；④接線車載充電模塊；⑤無(wú)線車載充電模塊(如已配備)。

除上述部件外，電力驅(qū)動(dòng)冷卻液系統(tǒng)由以下部件組成：①電力驅(qū)動(dòng)冷卻液泵；②電力驅(qū)動(dòng)冷卻液控制閥；③電力驅(qū)動(dòng)冷卻器；④電力驅(qū)動(dòng)散熱器；⑤冷卻風(fēng)扇；⑥電力驅(qū)動(dòng)冷卻液膨脹箱；⑦電力驅(qū)動(dòng)冷卻液溫度傳感器(2個(gè))。

2.電力驅(qū)動(dòng)冷卻液膨脹箱

膨脹箱如圖3所示，膨脹箱安裝了一個(gè)液位傳感器，液位傳感器通過(guò)硬接線連接至動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)控制模塊(PCM)。電力驅(qū)動(dòng)冷卻液膨脹箱提供以下功能：①加注點(diǎn)；②在預(yù)熱過(guò)程中為電力驅(qū)動(dòng)冷卻液的膨脹提供容積；③分離電力驅(qū)動(dòng)冷卻液中的空氣；④系統(tǒng)加壓；⑤釋放壓力。

圖1 冷卻液回路總圖

注意：冷卻液副水箱的額定最高壓力為1.1bar (1bar=105Pa)。電動(dòng)冷卻液泵的輸出壓力最高為0.7bar。

3.電力驅(qū)動(dòng)冷卻液泵

電力驅(qū)動(dòng)冷卻液泵如圖4所示，它由來(lái)自動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)控制模塊(PCM)的脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)控制，驅(qū)動(dòng)冷卻液在系統(tǒng)循環(huán)。電力驅(qū)動(dòng)冷卻液泵吸收來(lái)自膨脹箱的冷卻液，加壓后輸出至控制閥。

4.電動(dòng)驅(qū)動(dòng)冷卻液控制閥(比例閥)

電動(dòng)驅(qū)動(dòng)冷卻液控制閥如圖5所示，此閥根據(jù)需要，將冷卻液從電力驅(qū)動(dòng)冷卻液泵輸送至電力驅(qū)動(dòng)散熱器或電力驅(qū)動(dòng)冷卻器，或以上兩者。具體取決于冷卻需求，方向與LIN總線控制信號(hào)相關(guān)。

5.電力驅(qū)動(dòng)散熱器

I-PACE配備了一個(gè)三級(jí)冷卻模塊，該模塊位于車輛前部，在格柵的后方。三級(jí)冷卻模塊分別是：①第1級(jí)，HV蓄電池回路散熱器；②第2級(jí)，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)回路散熱器；③第3級(jí)，外部熱交換器(OHE)電力驅(qū)動(dòng)散熱器位于車輛前部格柵的后方和電動(dòng)車(EV)蓄電池散熱器的后方，如圖6所示。電力驅(qū)動(dòng)冷卻液流經(jīng)電力驅(qū)動(dòng)散熱器，來(lái)幫助冷卻液進(jìn)行冷卻。如果前進(jìn)速度不足以充分冷卻電力驅(qū)動(dòng)冷卻液，可以操作電動(dòng)冷卻風(fēng)扇。為了幫助冷卻系統(tǒng)的溫度管理，車輛配備了主動(dòng)格柵。主動(dòng)格柵由來(lái)自動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)控制模塊(PCM)中的局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(LIN)信號(hào)進(jìn)行控制。電動(dòng)可變速度冷卻風(fēng)扇安裝在連接至散熱器后部的防塵罩中，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)控制模塊(PCM)通過(guò)脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)控制冷卻風(fēng)扇。

6.電力驅(qū)動(dòng)冷卻器

電力驅(qū)動(dòng)冷卻器如圖7所示，電力驅(qū)動(dòng)冷卻器用于熱量交換和傳輸。它分別與電力驅(qū)動(dòng)冷卻液以及空調(diào)(A/C)制冷劑連接。在兩個(gè)系統(tǒng)之間進(jìn)行熱量傳輸。這2個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有直接接通。當(dāng)需要啟動(dòng)熱泵模式1或3以執(zhí)行以下操作時(shí)，對(duì)座艙冷卻液回路進(jìn)行加熱，從電動(dòng)驅(qū)動(dòng)冷卻液回路中吸取熱量。供暖、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)模塊將會(huì)請(qǐng)求動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)控制模塊(PCM)將高溫冷卻液轉(zhuǎn)移至電動(dòng)驅(qū)動(dòng)冷卻器。流至電動(dòng)驅(qū)動(dòng)冷卻器的冷卻液液流由比例閥進(jìn)行控制。然后，根據(jù)冷卻需求，冷卻液液流將會(huì)流至電動(dòng)驅(qū)動(dòng)冷卻器和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)回路散熱器?？照{(diào)制冷劑回路將會(huì)吸收電動(dòng)驅(qū)動(dòng)回路中的熱量。然后，該熱量以及由空調(diào)壓縮機(jī)產(chǎn)生的熱量將被一起用于通過(guò)座艙回路中的間接冷凝器對(duì)座艙冷卻液回路進(jìn)行加熱。

該模式僅在環(huán)境空氣溫度在-10℃～5℃之間時(shí)激活。如果環(huán)境空氣溫度高于15℃，則系統(tǒng)將不需要利用來(lái)自電動(dòng)驅(qū)動(dòng)回路的熱量來(lái)加熱座艙冷卻回路。熱泵具有3個(gè)模式，我們將在后續(xù)的空調(diào)部分中對(duì)其進(jìn)行更加詳細(xì)的說(shuō)明。

圖4 電力驅(qū)動(dòng)冷卻液泵

圖5 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)冷卻液控制閥

圖6 電力驅(qū)動(dòng)散熱器

圖7 電力驅(qū)動(dòng)冷卻器

7.4路接頭

4路接頭如圖8所示，它位于有線車載充電模塊附近。4路接頭提供以下連接：①至無(wú)線車載充電模塊冷卻液入口的連接(如已配備)或后EPIC(未配備無(wú)線車載充電模塊)；②至直接-直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換器冷卻液進(jìn)口的連接；③來(lái)自電力驅(qū)動(dòng)散熱器出口的連接；④來(lái)自電力驅(qū)動(dòng)冷卻器出口的連接。

其上還有一個(gè)位置用于其中一個(gè)電力驅(qū)動(dòng)冷卻液溫度傳感器。

圖8 4路接頭

8.電力驅(qū)動(dòng)冷卻液溫度傳感器

如圖9所示，有2個(gè)電力驅(qū)動(dòng)冷卻液溫度傳感器。1個(gè)傳感器位于有線車載充電模塊附近的4路接頭上。另1個(gè)位于電力驅(qū)動(dòng)冷卻液控制閥和電力驅(qū)動(dòng)冷卻液泵之間的冷卻液管道上。另外，在2個(gè)電力驅(qū)動(dòng)單元(EDU)各有1個(gè)溫度傳感器，以監(jiān)控其溫度。溫度將傳送至相關(guān)的電力變頻轉(zhuǎn)換器(EPIC)。隨后通過(guò)Flexray將溫度傳送至動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)控制模塊(PCM)。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)控制模塊(PCM)使用此溫度來(lái)控制冷卻系統(tǒng)部件的操作，以維持系統(tǒng)內(nèi)的最佳溫度。

圖9 電力驅(qū)動(dòng)冷卻液溫度傳感器

9.電力驅(qū)動(dòng)冷卻液回路及溫度控制

圖10 電力驅(qū)動(dòng)冷卻液回路示意圖

圖11 電力驅(qū)動(dòng)冷卻系統(tǒng)控制框圖

電力驅(qū)動(dòng)冷卻液回路如圖10所示，電力驅(qū)動(dòng)冷卻系統(tǒng)控制框圖如圖11所示。溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的是維持電力驅(qū)動(dòng)單元(EDU)和電子系統(tǒng)處于最佳工作溫度。EDU中的傳感器監(jiān)測(cè)裝置中的溫度。溫度傳感器的輸出從EDU傳送入相應(yīng)的電力變頻轉(zhuǎn)換器(EPIC)。EPIC通過(guò)Flexray將EDU溫度信息傳送至動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)控制模塊(PCM)。冷卻系統(tǒng)中配備2個(gè)溫度傳感器。其中1個(gè)位于4路接頭中，1個(gè)位于電力驅(qū)動(dòng)冷卻液控制閥和電力驅(qū)動(dòng)冷卻液泵之間的冷卻液軟管中。傳感器的輸出信號(hào)發(fā)送到PCM。直流至直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換器和車載充電模塊的溫度也被傳送至PCM。

PCM使用溫度數(shù)據(jù)和其他車輛數(shù)據(jù)確定所需的冷卻液流量。PCM控制電力驅(qū)動(dòng)冷卻液泵和電力驅(qū)動(dòng)冷卻液控制閥，向系統(tǒng)部件提供充足的冷卻液流量。為了保持正確溫度，在散熱器后方安裝了電動(dòng)冷卻風(fēng)扇，以幫助降低冷卻液的溫度。在散熱器塊前方還安裝了主動(dòng)格柵，以優(yōu)化流經(jīng)散熱器的空氣流量，并最大程度降低車輛的阻力。

注意：如果電動(dòng)冷卻液泵發(fā)生故障，則冷卻液回路將無(wú)法正常工作，HV部件可能會(huì)發(fā)生過(guò)熱。然后，出于保護(hù)目的，HV部件將會(huì)降低自己的功率。如果12V電動(dòng)冷卻液泵的PWM控制丟失，但是該泵仍然能夠接收到12V電源，則該泵將會(huì)默認(rèn)為按照安全運(yùn)行速度運(yùn)行。

二、座艙冷卻液回路

1.座艙冷卻液回路概述

座艙冷卻液回路部件如圖12所示，座艙冷卻液回路示意圖如圖13所示。座艙回路具有兩個(gè)功能：為駕駛員和乘客保持一個(gè)舒適環(huán)境和必要時(shí)，為蓄電池冷卻回路提供附加的冷卻/加熱。

座艙回路是一個(gè)密封的冷卻液系統(tǒng)，該系統(tǒng)從電動(dòng)驅(qū)動(dòng)冷卻液副水箱上的連接通過(guò)座艙回路渦流罐進(jìn)行加注。座艙回路由供暖、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)控制模塊進(jìn)行控制，并包括以下部件：①電動(dòng)冷卻液泵；②間接冷凝器；③高壓冷卻液加熱器(HVCH)；④加熱器芯；⑤渦流罐；⑥電磁閥(氣候控制換向閥)。

通過(guò)氣候控制總成中的加熱器芯和氣候控制冷卻液為乘客艙提供的熱有2個(gè)來(lái)源：HV內(nèi)部加熱器和氣候控制間接冷凝器。對(duì)于氣候控制間接冷凝器的方式，又可分為：①?gòu)碾妱?dòng)驅(qū)動(dòng)器溫度控制系統(tǒng)中回收熱量；②通過(guò)空調(diào)(A/C)系統(tǒng)和回收熱交換器從外部空氣中回收熱量；③以上兩者之和。

自動(dòng)溫控模塊(ATCM)選擇最有效的熱源，以優(yōu)化電動(dòng)車(EV)蓄電池行駛的距離。

當(dāng)乘客艙需要加熱時(shí)，氣候控制冷卻液由高壓(HV)內(nèi)部加熱器或通過(guò)氣候控制間接冷凝器加熱。加熱的冷卻液由氣候控制冷卻液泵驅(qū)動(dòng)循環(huán)流過(guò)加熱器芯，從而為乘客艙的空氣提供熱量。鼓風(fēng)機(jī)讓空氣流過(guò)氣候控制總成和加熱器芯，將來(lái)自氣候控制冷卻液的熱量傳輸?shù)匠丝团摗?/p>

當(dāng)電動(dòng)車(EV)蓄電池充電時(shí)，氣候控制冷卻液系統(tǒng)也會(huì)工作。當(dāng)車輛連接至外部電源時(shí)，蓄電池電量控制模塊(BECM)請(qǐng)求為EV蓄電池加熱。ATCM啟動(dòng)以下部件：①氣候控制冷卻液泵；②氣候控制換向閥；③HV內(nèi)部加熱器(HVCH)。

圖12 座艙冷卻液回路部件

圖13 座艙冷卻液回路示意圖