Реально в системах охлаждения электромобиля могут использоваться несколько контуров с различными видами систем охлаждения. Например, система охлаждения электромобиля Audi e-tron (рис. 7.8), состоит из четырёх независимых контуров, которые обслуживает один компрессор. Жидкостный контур тяговой батареи проложен только под ней. Охлаждающая жидкость в контуре прокачивается по тонким дренажным канавкам, отформованным в алюминиевых поперечинах.
Чем мощнее аккумуляторные батареи, тем более целесообразно использование относительно сложного контура охлаждающей жидкости и хладагента. Вся система охлаждения разделена на несколько контуров, каждый из которых имеет свой радиатор (низкотемпературный радиатор), насос охлаждающей жидкости, термостат и запорный клапан ОЖ. Контур охлаждения системы кондиционирования воздуха также интегрирован в систему через специальный теплообменник (чиллер).
В качестве примера приведем также систему охлаждения электромобиля I-PACE, в котором используется современная систему контроля температуры не только для поддержания комфортной среды для водителя и пассажиров, но, что еще более важно, для постоянного поддержания идеальной рабочей температуры для высоковольтной аккумуляторной батареи 20-25 °C. Система контроля температуры использует комбинацию жидкостного охлаждения, теплообменников и улучшенной системы кондиционирования воздуха, включая процесс теплового насоса. Благодаря этому гарантируется оптимальная эффективность работы высоковольтной аккумуляторной батареи для обеспечения максимального запаса хода при любых условиях. I-PACE имеет три контура охлаждения: контур электропривода (9 л), контур салона (3 л.), контур высоковольтной (HV) аккумуляторной батареи 7 л в которых в общей сложности содержится 19 литров охлаждающей жидкости на основе гликоля. Три контура работают независимо друг от друга и управляются различными блоками управления. Каждый из них оснащен собственным электрическим насосом охлаждающей жидкости с независимым управлением и электромагнитным или пропорциональным клапаном.
Схема контуров показана на рис. 7.9.
А – контур электропривода; B – контур салона; С – контур высоковольтной АКБ (HV); 1 – блок управления зарядным устройством аккумуляторной батареи (BCCM); 2 – передний инвертор; 3 – блок управления зарядным устройством аккумуляторной батареи (BCCM); 4 – преобразователь постоянного тока; 5 – задний EDU; 6 – задний инвертор; 7 – расширительный бачок охлаждающей жидкости (контур электропривода); 8 – электрический насос охлаждающей жидкости (контур электропривода); 9 – пропорциональный клапан охлаждающей жидкости; 10 – охладитель электропривода; 11 – радиатор электропривода; 12 – электрический насос охлаждающей жидкости (контур салона); 13 – поверхностный конденсатор; 14 – высоковольтный нагреватель; 15 – радиатор отопителя; 16 – приемный стакан; 17 – электромагнитный клапан; 18 – охладитель высоковольтной аккумуляторной батареи; 19 – теплообменник высоковольтной аккумуляторной батареи; 20 – электромагнитный клапан; 21 – электрический насос охлаждающей жидкости (контур высоковольтной аккумуляторной батареи); 22 – расширительный бачок охлаждающей жидкости (контур высоковольтной аккумуляторной батареи); 23 – высоковольтная аккумуляторная батарея
Контур охлаждающей жидкости салона (рис. 7.10) имеет две функции: поддержание комфортной среды для водителя и пассажиров и дополнительное охлаждение/нагрев для контура охлаждения батареи, если это необходимо.
1 – радиатор отопителя; 2 – соединение расширительного бачка; 3 – приемный стакан; 4 – высоковольтный нагреватель охлаждающей жидкости (HVCH); 5 – электромагнитный клапан; 6 – поверхностный конденсатор; 7 – теплообменник высоковольтной АКБ; 8 – электрический насос охлаждающей жидкости
Контур салона представляет собой герметичную систему охлаждения, которая заполняется из соединения на расширительном бачке охлаждающей жидкости электропривода через приемный стакан контура салона. Управление контуром салона осуществляется блоком управления отоплением, вентиляцией и кондиционированием воздуха.
Поскольку в электромобиле нет ДВС, который поставлял бы достаточное количество остаточного тепла для нагрева охлаждающей жидкости, нагрев ОЖ в необходимых случаях осуществляется специальным высоковольтным нагревательным элементом охлаждающей жидкости 4.
Высоковольтный нагревательный элемент подключён к высоковольтной сети высоковольтным кабелем (рис. 7.11). На нагревательном элементе имеется также разъём для подключения к бортовой сети 12 В и для связи по шине LIN с блоком управления климат контролем, который управляет работой высоковольтного нагревательного элемента. При этом температура измеряется на входе и на выходе двумя отдельными датчиками температуры. Управление выходной мощностью может осуществляться в пределах от 0 до 100 %. Запрос на определённое значение выходной мощности преобразуется блоком управления высоковольтного нагревательного элемента в управляющие сигналы для отдельных цепей. Высоковольтный нагревательный элемент обычно включает в себя три нагревательных цепи. Цепи 1 и 2 управляются широтно – импульсно модулированным сигналом (ШИМ). Цепь 3 может быть включена или выключена в зависимости от требуемой мощности нагрева.
1 – вход охлаждающей жидкости; 2 – БУ климатической установкой; 3 – БУ высоковольтного нагревательного элемента; 4 – управление интерфейсом LIN; 5 – датчик температуры на выходе охлаждающей жидкости; 6 – выход охлаждающей жидкости; 7 –; 8 – датчик температуры на входе охлаждающей жидкости
Во время работы электрического насоса охлаждающей жидкости охлаждающая жидкость протекает через контур следующим образом: электрический насос (рис. 7.10) 8 прокачивает охлаждающую жидкость через поверхностный конденсатор 6. Из поверхностного конденсатора жидкость подается до высоковольтного нагревателя охлаждающей жидкости 4. Затем охлаждающая жидкость протекает через радиатор отопителя 1, где тепло передается в салон, а затем на приемный стакан 3. Приемный стакан удаляет воздух из охлаждающей жидкости и отводит его в расширительный бачок электропривода. Охлаждающая жидкость направляется непосредственно назад к насосу 8 или проходит через теплообменник аккумуляторной батареи 7 под действием электромагнитного клапана 5 в зависимости от требований контура высоковольтной аккумуляторной батареи. Охлаждающая жидкость контура салона отделена от охлаждающей жидкости контура высоковольтной аккумуляторной батареи. Теплообменник охлаждающей жидкости высоковольтной аккумуляторной батареи представляет собой жидкостный теплообменник с двумя отдельными внутренними контурами.
Электрический насос (рис. 7.12) позволяет обеспечивать требуемые потоки охлаждающей жидкости.
1 – фланец; 2 – подшипники; 3 – крыльчатка охлаждения электродвигателя насоса; 4 – статор; 5 – ротор; 6 – вал ротора; 7 – корпус электродвигателя насоса; 8 – уплотнение вала; 9 – корпус насоса
Управление электрическим насосом осуществляется БУ, в памяти параметрических характеристик которого находятся данные по температурам нагрева и охлаждения контуров.
Контур системы охлаждения высоковольтной АКБ (рис. 7.13) необходим для поддержания оптимального температурного режима её работы.
1 – радиатор высоковольтной аккумуляторной батареи; 2 – расширительный бачок охлаждающей жидкости; 3 – высоковольтная аккумуляторная батарея; 4 – электрический насос охлаждающей жидкости; 5 – теплообменник высоковольтной аккумуляторной батареи; 6 – электромагнитный клапан; 7 – охладитель высоковольтной аккумуляторной батареи
Поддержание оптимальной рабочей температуры батареи, 20-25 °C, гарантирует, что аккумуляторная батарея будет работать с оптимальной эффективностью, обеспечивая требуемую мощность при любых условиях. Для достижения этой цели система контроля температуры аккумуляторной батареи обеспечивает охлаждение и нагрев охлаждающей жидкости. Управление контуром охлаждения высоковольтной аккумуляторной батареи осуществляется блоком управления мощностью аккумуляторной батареи. Этот блок получает данные о температуре высоковольтной аккумуляторной батареи, чтобы контролировать ее температуру. Для контроля температуры охлаждающей жидкости на входе и выходе контура охлаждения аккумуляторной батареи используются два датчика температуры. Блок управления мощностью регулирует внутреннюю температуру высоковольтной аккумуляторной батареи, контролируя эти данные и регулируя поток охлаждающей жидкости в контуре.
Управление расходом охлаждающей жидкости осуществляется с помощью 12-вольтного электрического насоса охлаждающей жидкости 4. По мере необходимости осуществляется отвод охлаждающей жидкости через радиатор 1 или охладитель высоковольтной аккумуляторной батареи 7 для снижения ее температуры.
Если температура внутри контура охлаждающей жидкости высоковольтной аккумуляторной батареи ниже 14°C, блок управления включит электрический насос 4 охлаждающей жидкости аккумуляторной батареи. При этом охлаждающая жидкость контура высоковольтной аккумуляторной батареи будет поступать в электромагнитный клапан 6 и высоковольтный нагреватель.
При получении сигнала от датчиков АКБ о ее чрезмерном нагревании электромагнитный клапан 6, направляет холодную охлаждающую жидкость высоковольтной аккумуляторной батареи в теплообменник охлаждающей жидкости аккумуляторной батареи 5 и отводит тепло. Активный нагрев отключается в тот момент, когда температура контура охлаждающей жидкости высоковольтной аккумуляторной батареи достигает 17 °C.
Если температура высоковольтной аккумуляторной батареи >33 °C, а температура окружающей среды >25 °C, блок управления включит электрический насос охлаждающей жидкости аккумуляторной батареи 4. При этом горячая охлаждающая жидкость контура высоковольтной аккумуляторной батареи будет поступать в электромагнитный клапан 6 и охлаждаться в охладителе высоковольтной аккумуляторной батареи 7. По мере того как эта остывшая охлаждающая жидкость поступает в контур охлаждающей жидкости высоковольтной аккумуляторной батареи, тепло передается от блоков высоковольтной аккумуляторной батареи к охлаждающей жидкости, и цикл повторяется.