蔚来汽车冷却和空调系统结构解析

蔚来汽车冷却和空调系统结构解析(上)◆电动汽车的冷却系统通过热传导原理，利用冷却液在系统中循环，确保电池组、前逆变器(PEU-F)、后逆变器(PEU-R)、驱动电机以及高压直流变换集成件等关键部件维持在适宜的工作温度范围内。如图1所示，蔚来ET5的冷却系统由多个关键组件构成，包括智能膨胀水壶总成负责调节冷却液压力，低温散热器总成用于散发热量，冷却风扇总成通过增加空气流动帮助散热，冷却液温度传感器监测温度变化，冷却液水管和冷却水泵确保冷却液循环，五通阀控制冷却液流向，以及电池冷却器维持电池在适宜温度。1-低温散热器；2-智能膨胀水壶；3-高压直流变换集成件；4-前EDS(电驱系统)；5-动力电池包；6-ADC(ADAS主控制器)；7-后EDS(电驱系统)；8-冷却水管。冷却水泵(图2)的作用是对冷却液加压，保证其在冷却系统循环流动。系统内配备了2台均为BLDC(无刷直流电机)的水泵，额定功率均为50W。这两台冷却水泵各司其职，一台负责电驱动系统的冷却循环(即电机冷却水泵)，另一台则负责高压电池的冷却循环(即电池冷却水泵)，根据不同工作模式的需求分别运作。如图3所示，冷却水泵的接插件采用三线式设计，包括电源线、接地线以及LIN控制信号线，这些均由车辆控制器负责进行占空比控制。2-O型圈，冷却水3-O型圈，冷却水五通阀(图4)为步进式无刷直流电机。根据系统模式控制需求，用来打开和关闭各个通道，实现不同冷却模式的冷却循环。在下述冷却控制逻辑中主要是阐述该车冷却系统运行情况下五通阀的工作状态。五通阀的接插件同样为三线式设计(图3)，包含电源线、接地线和LIN控制信号线，这些信号线均由车辆控制器控制，以实现水泵的占空比调节。图4五通阀电池冷却器由膨胀阀截止阀和电池冷却器本体组成(图5)，冷1-电池冷却器本体；2-电子膨胀阀；3-低压力温度传感器。1-电池冷却器本体；2-电子膨胀阀；3-低压力温度传感器。图5电池冷却器却器本体内部有制冷剂管路冷却液管路，工作时对高压电池包冷却液进行散热。膨胀阀截止阀的接插件配置有三线，分别是用于供电的电源线、接地线以及LIN控制信号线，这些信号线均由空调控制单元(CCU)负责控制膨胀阀的开度。低压力温度传感器接插件为4线，将温度信号、压力信号传输给空调控制单元。智能膨胀水壶(图6)将冷却系统多部件集成，从而减少整车冷却管路的长度，可以有效地减少因管路过长造成的冷却系统故障，也提高了冷却系统的排气效率。2.冷却系统控制逻辑在冷却系统中(图7)，车辆控制器根据各工况模式，控制五通阀的位置来改变冷却液流向，见表1。主动冷却模式中，五通阀处于模式2(160°)位置，此时五通阀1、5号口相通，电池冷却系统独立运行；五通阀2、3号口相58MDTrDR-CHINA·October1-壶体总成；2-流道板；3-电池冷却器总成；4-电池冷却水泵；5-电机冷却水泵；6-五通阀总成。1-智能膨胀水壶总成；2-电机水泵；3-电池水泵；4-五通阀；5-低压换热器；6-EDS(电驱系统)入口温度传感器；7-EDS(电驱系统)出口温度传感器；8-散热器。通，电驱冷却系统独立运行。被动冷却模式中，五通阀处于模式1(120°)位置，此时五通阀2、3、5号口相通，电池冷却系统冷却液不经过换热器，与电驱冷却系统冷却液一同经过外部散热器。①旁通冷却模式1中，五通阀处于模式4(45°)位置，此时五通阀2、3号口相通，电驱冷却系统冷却液经过外部散热器；五通阀4、5号口相通，电池冷却系统冷却液不经过换热器(图10)。表1五通阀状态EDS回路ESS回路120°160°旁通模式2模式35→4200°普通模式1模式45→445°模式5(预留)2→45→475°加热模式60°图8主动冷却模式图9被动冷却模式②旁通冷却模式2中，五通阀处于模式3(200°)位置，此时五通阀1、2号口相通，电驱冷却系统冷却液经过换热器；五通阀4、5号口相通，电池冷却系统冷却液不经过换热器(图11)。图10旁通冷却模式1图11旁通冷却模式260MDTrDR-CHINA·October①主动加热模式如图12所示，主动加热模式中，五通阀处于模式6(0°)位置，此时五通阀1、2，5号口相通，电驱冷却系统冷却液、电池冷却系统冷却液都经过换热器。图12主动加热模式②被动加热模式，如图13所示。被动加热模式中，五通阀处于模式6(0°)位置，此时五通阀1、2，5号口相通，电驱冷却系统冷却液、电池冷却系统冷却液都经过换热器。图13被动加热模式3.高压电池包冷却系统控制(1)当高压电池包温度≥5℃时，车辆控制器控制水泵工作，最大泵速在15L/min；控制水泵先工作，冷却液温度不同，泵速不同，温度低泵速低，温度高泵速高；当主动加热模式系统停止工作时，控制水泵继续工作10s，避免管路内冷却液温度过高气化。(2)当高压电池冷却液温度高于标定控制温度值时，会控制冷却模式启动。冷却模式控制会有一个滞后温度值，当冷却温度低于迟滞温度时，冷却模式停止，用于消除信号切换时的温度变化。(3)当高压电池冷却液温度低于标定控制温度值时，会控制加热模式启动。加热模式控制会有一个滞后温度值，当冷却温度高于迟滞温度时，加热模式停止，用于消除信号切换时的温度变化。4.驱动系统冷却水泵控制电机运行后要求：当定子温度＞65℃时，车辆控制器控制水泵流量应至少为8L/min或PWM命令为Max；定子温度<63℃(滞后)或没有高压请求超时300s(5min)后，车辆控制器控制水泵退出。当高压开启时，车辆控制器需确保最小流量为6L/min；充电时若电驱系统EDS未工作，车辆控制器可停止EDS水泵以节能。车辆运行或高压电池包更换期间，若EDS回路冷却液温度高出高压电池包回路15℃,则不启动五通阀控制，以保障独立回路运行。当车辆控制器接收不到五通阀位置信号时，会控制3个水泵高速运行。当车辆控制器检测任何1个水泵出现故障后，会控制：①禁用故障泵通道上的EDS(电驱系统)；②要求另一个水泵的最大流量；③将车速限制在60km/h；④启用系统错误指示灯。若车辆控制器检测到2个水泵均故障，将立即禁用2个电驱系统EDS。车辆控制器控制冷却风扇工作，如果空调控制单元CCU有冷却风扇工作请求，会发送请求信给车辆控制器。当未满足低压蓄电池大于11V和高压开启条件时，车辆控制器控制空调控制单元CCU请求冷却风扇开启请求失效。满足以下条件之一时，车辆控制器将启动冷却风扇：①电驱系统(EDS)冷却循环在以下情况下需要最大流量：驱动电机温度急剧上升、逆变器温度急剧上升或冷却液温度过高。②热模式进入被动冷却模式。根据电机温度标准，如果驱动电机温度超过其最高允许温度120℃,车辆控制器将启动风扇以进行冷却。如果散热器入口冷却液温度高于54℃,车辆控制器将控制风扇工作。若以下任一条件未满足，车辆控制器将判定驱动系统请求冷却风扇开启的请求无效：①12V蓄电池＞11V；③任一电驱系统EDS水泵工作；④环境温度＞风扇工作的阈值温度(-40℃)；⑤散热器出口温度＞10℃。车辆控制器根据热管理系统中的温度控制策略，优先响应驱动系统组件的超温请求以启动风扇工作，其次是CCU(空调控制单元)设备请求关闭风扇，最后是正常请求。①驱动系统组件超温定义如下。a.驱动电机最高温度＞130℃(超过150℃会降额)；b.PEU(逆变器)最高温度＞75℃(超过90℃会降额)；c.HVDI(高压直流变换集成件)冷却液温度＞55℃(超过60℃会降额，超过85℃会保护性关机)。②温度阈值会有滞后间隔，以防止风扇频繁启停。蔚来汽车冷却和空调系统结构解析(上)电动汽车的冷却系统通过热传导原理，利用冷却液在系统中循环，确保电池组、前逆变器(PEU-F)、后逆变器(PEU-R)、驱动电机以及高压直流变换集成件等关键部件维持在适宜的工作温度范围内。如图1所示，蔚来ET5的冷却系统由多个关键组件构成，包括智能膨胀水壶总成负责调节冷却液压力，低温散热器总成用于散发热量，冷却风扇总成通过增加空气流动帮助散热，冷却液温度传感器监测温度变化，冷却液水管和冷却水泵确保冷却液循环，五通阀控制冷却液流向，以及电池冷却器维持电池在适宜温度。1-低温散热器；2-智能膨胀水壶；3-高压直流变换集成件；4-前EDS(电驱系统)；5-动力电池包；6-ADC(ADAS主控制器)；7-后EDS(电驱系统)；8-冷却水管。冷却水泵(图2)的作用是对冷却液加压，保证其在冷却系统循环流动。系统内配备了2台均为BLDC(无刷直流电机)的水泵，额定功率均为50W。这两台冷却水泵各司其职，一台负责电驱动系统的冷却循环(即电机冷却水泵)，另一台则负责高压电池的冷却循环(即电池冷却水泵)，根据不同工作模式的需求分别运作。如图3所示，冷却水泵的接插件采用三线式设计，包括电源线、接地线以及LIN控制信号线，这些均由车辆控制器负责进行占空比控制。2-O型圈，冷却水3-O型圈，冷却水五通阀(图4)为步进式无刷直流电机。根据系统模式控制需求，用来打开和关闭各个通道，实现不同冷却模式的冷却循环。在下述冷却控制逻辑中主要是阐述该车冷却系统运行情况下五通阀的工作状态。五通阀的接插件同样为三线式设计(图3)，包含电源线、接地线和LIN控制信号线，这些信号线均由车辆控制器控制，以实现水泵的占空比调节。图4五通阀58MDTrDR-CHINA·October电池冷却器由膨胀阀截止阀和电池冷却器本体组成(图5)，冷1-电池冷却器本体；2-电子膨胀阀；3-低压力温度传感器。1-电池冷却器本体；2-电子膨胀阀；3-低压力温度传感器。图5电池冷却器却器本体内部有制冷剂管路冷却液管路，工作时对高压电池包冷却液进行散热。膨胀阀截止阀的接插件配置有三线，分别是用于供电的电源线、接地线以及LIN控制信号线，这些信号线均由空调控制单元(CCU)负责控制膨胀阀的开度。低压力温度传感器接插件为4线，将温度信号、压力信号传输给空调控制单元。智能膨胀水壶(图6)将冷却系统多部件集成，从而减少整车冷却管路的长度，可以有效地减少因管路过长造成的冷却系统故障，也提高了冷却系统的排气效率。2.冷却系统控制逻辑在冷却系统中(图7)，车辆控制器根据各工况模式，控制五通阀的位置来改变冷却液流向，见表1。主动冷却模式中，五通阀处于模式2(160°)位置，此时五通阀1、5号口相通，电池冷却系统独立运行；五通阀2、3号口相1-壶体总成；2-流道板；3-电池冷却器总成；4-电池冷却水泵；5-电机冷却水泵；6-五通阀总成。1-智能膨胀水壶总成；2-电机水泵；3-电池水泵；4-五通阀；5-低压换热器；6-EDS(电驱系统)入口温度传感器；7-EDS(电驱系统)出口温度传感器；8-散热器。通，电驱冷却系统独立运行。被动冷却模式中，五通阀处于模式1(120°)位置，此时五通阀2、3、5号口相通，电池冷却系统冷却液不经过换热器，与电驱冷却系统冷却液一同经过外部散热器。①旁通冷却模式1中，五通阀处于模式4(45°)位置，此时五通阀2、3号口相通，电驱冷却系统冷却液经过外部散热器；五通阀4、5号口相通，电池冷却系统冷却液不经过换热器(图10)。表1五通阀状态EDS回路ESS回路120°160°旁通模式2模式35→4200°普通模式1模式45→445°模式5(预留)2→45→475°加热模式60°图8主动冷却模式图9被动冷却模式②旁通冷却模式2中，五通阀处于模式3(200°)位置，此时五通阀1、2号口相通，电驱冷却系统冷却液经过换热器；五通阀4、5号口相通，电池冷却系统冷却液不经过换热器(图11)。图10旁通冷却模式1图11旁通冷却模式260MDTrDR-CHINA·October①主动加热模式如图12所示，主动加热模式中，五通阀处于模式6(0°)位置，此时五通阀1、2，5号口相通，电驱冷却系统冷却液、电池冷却系统冷却液都经过换热器。图12主动加热模式②被动加热模式，如图13所示。被动加热模式中，五通阀处于模式6(0°)位置，此时五通阀1、2，5号口相通，电驱冷却系统冷却液、电池冷却系统冷却液都经过换热器。图13被动加热模式3.高压电池包冷却系统控制(1)当高压电池包温度≥5℃时，车辆控制器控制水泵工作，最大泵速在15L/min；控制水泵先工作，冷却液温度不同，泵速不同，温度低泵速低，温度高泵速高；当主动加热模式系统停止工作时，控制水泵继续工作10s，避免管路内冷却液温度过高气化。(2)当高压电池冷却液温度高于标定控制温度值时，会控制冷却模式启动。冷却模式控制会有一个滞后温度值，当冷却温度低于迟滞温度时，冷却模式停止，用于消除信号切换时的温度变化。(3)当高压电池冷却液温度低于标定控制温度值时，会控制加热模式启动。加热模式控制会有一个滞后温度值，当冷却温度高于迟滞温度时，加热模式停止，用于消除信号切换时的温度变化。4.驱动系统冷却水泵控制电机运行后要求：当定子温度＞65℃时，车辆控制器控制水泵流量应至少为8L/min或PWM命令为Max；定子温度<63℃(滞后)或没有高压请求超时300s(5min)后，车辆控制器控制水泵退出。当高压开启时，车辆控制器需确保最小流量为6L/min；充电时若电驱系统EDS未工作，车辆控制器可停止EDS水泵以节能。车辆运行或高压电池包更换期间，若EDS回路冷却液温度高出高压电池包回路15℃,则不启动五通阀控制，以保障独立回路运行。当车辆控制器接收不到五通阀位置信号时，会控制3个水泵高速运行。当车辆控制器检测任何1个水泵出现故障后，会控制：①禁用故障泵通道上的EDS(电驱系统)；②要求另一个水泵的最大流量；③