【报告7247】大众EMB平台热管理系统

智能座舱与自动驾驶 · 公众号 · · 2024-10-13 22:28

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以下为报告全部内容：

一、系统架构

大众 EMB 平台的热管理系统在座舱温度调节上采用热泵空调系统进行温度的精准及高效控制，并通过阀门的开闭合以控制冷却液的流动，从而达成与动力电池、驱动电机温度调节进行交互的目的，其系统架构如下：

图 1 系统架构

该系统的关键组件有：

1 ） Scroll Compressor ：卷式压缩机，将气态制冷剂压缩至高压高温状态。

2 ） ASV ：（ Shut Off Valve ，关闭阀）控制制冷剂流向。

3 ） A/C Gas Cooler ：空调气体冷却器，使制冷剂散热，降低温度。

4 ） Heat Exchanger ：热交换器，制冷剂通过内部管圈，进一步降低温度。

5 ） EXV ：（ Electric Expansion Valve ，电动膨胀阀），改变制冷剂压力。

6 ） p/T ：（ Pressure and Temperature Sensor ，压力和温度传感器），监测制冷剂的压力和温度。

7 ） HP ：（ High-Pressure Service Connection ，高压服务接口），用于维修和补充制冷剂。

8 ） LP ：（ Low-Pressure Service Connection ，低压服务接口），用于维修和补充制冷剂。

9 ） Evaporator ：蒸发器，吸收座舱内热量，进一步冷却空气，此时制冷剂变成低压低温的气体。

10 ） Accumulator/Dryer ：储液干燥器，过滤制冷剂中的水分，并存储多余的制冷剂，确保只有气态制冷剂进入压缩机。

11 ） Chiller ：动力电池热交换器，即冷凝器，膨胀制冷剂，使其变成低压低温的气体。

二、工作模式

2.1. 座舱冷却

座舱冷却是该热管理系统最简单的一种循环模式，其工作原理是： 气态制冷剂 在 卷式压缩机 中被压缩，并以高压高温的状态通过 关闭阀 2 （ ASV2 ）导向前部的 空调气体冷却器 ，高压高温的制冷剂在进入空调气体冷却器后，与外部流动的空气进行热量交换即向环境空气释放热量，从而初步降低温度。从空调气体冷却器流出后，制冷剂通过内部热交换器中的管圈流向 电动膨胀阀 2 （ EXV2 ） ，在流经 EXV2 时，制冷剂会膨胀并使得压力和温度得以降低，接着再在 蒸发器 中进一步得到膨胀并吸收通过蒸发器的车内空气的热量，从而使得空气降温。当低温低压的制冷剂通过 关闭阀 4 （ ASV4 ）和 储液干燥器 后，重新被吸入压缩机，如此便完成了一个工作循环。

图2 座舱制冷循环

2.2. 座舱及电池冷却

基于座舱冷却，当在必要时，可与电池冷却功能形成联动以增强座舱冷却效果或为电池冷却提供辅助作用。其工作原理是：在座舱冷却的工作循环中，当制冷剂在经过 EXV2 后，会将膨胀后的制冷剂分成两部分，一部分流入空调单元的蒸发器为座舱制冷，另一部分则通过 EXV3 在动力电池的热交换器（即冷凝器）中膨胀从而与动力电池的冷却液进行热交换，以此降低动力电池的温度。反之，动力电池在制冷时，可也通过制冷回路增强座舱制冷效果。

图3 座舱制冷循环与电池冷却循环的交互

2.3. 仅电池冷却

在仅电池冷却的工作模式中，制冷剂的流动路径为：制冷剂首先被 压缩机 压缩，变为高压高温的气体，该高压高温的制冷剂通过 ASV2 ，进入 空调气体冷却器 ，并在此处与外部空气进行热交换，初步降低温度，在通过 EXV2 后，制冷剂的压力降低且温度进一步下降，之后继续通过 EXV3 ，进一步降低压力，并准备进入 动力电池热交换器 ，在进入动力电池热交换器后，在此与电池的冷却液进行热交换，吸收电池的热量，从而冷却电池，之后低温低压的制冷剂被 储液干燥器 收集，去除其中的水分，并准备重新进入压缩机。

在此循环中，由于关闭阀 4 （ ASV4 ）始终处于关闭状态，这使得制冷剂不会流入空调单元中的蒸发器，因此，此时蒸发器在这个阶段不起作用，座舱的冷却功能暂时停止。此工作模式下，系统能够优先冷却动力电池，确保其可在最佳温度范围内工作，从而提高电池的效率和寿命。

当座舱冷却功能未被开启时，该模式可在 充电或车辆运行过程中应用 ，即当检测到电池温度超过 30°C 时， 自动被激活， 从而主动冷却动力电池，以确保电池的安全性。

图4 仅电池冷却循环

2.4. 再加热阶段

在车辆运行过程中，当由外部进入的新鲜空气具有极高湿度或车窗上出现结露情况时，为有效地控制车厢内的湿度和温度，从而改善乘员的舒适度，需对座舱内的空气进行先冷却除湿后再加热以防止过于干燥的过程。再加热（ Reheat ）阶段便是发生在 已经进行了初步冷却 之后，需要进一步调节空气的温度和湿度时。

该阶段下的系统工作流程是：进入车厢内的空气首先通过空调系统被冷却并除湿，接着，根据乘客设定的目标温度，对已经变冷和干燥的空气进行再次加热，以达到所需的温度水平。此过程中，关断阀 2 （ ASV2 ）关闭， 关断阀 3 （ ASV3 ）打开，压缩后的热制冷剂被导向空调单元中的 气体冷却器 ，在气体冷却器中，干燥的空气被加热。

然后，热的制冷剂流经关断阀 1 （ ASV1 ），进入车辆前方的气体冷却器，在这里，制冷剂与迎面而来的空气进行热量交换，之后，制冷剂再被导向内部热交换器，并通过 EXV2 ，在 EXV2 处，制冷剂膨胀并进入空调单元中的蒸发器，在蒸发器中，车厢内的空气被冷却并除湿，最后，压缩机通过关断阀 4 （ ASV4 ）和储液干燥器抽取气态制冷剂。