01.
Visão geral do sistema de gerenciamento térmico
Quais são as funções detalhadas do sistema de gerenciamento térmico? Simplificando, é principalmente resfriamento e aquecimento. As principais funções do sistema de gerenciamento térmico no Xpeng P7 incluem principalmente:
1. O sistema de conforto térmico do ar condicionado é principalmente o ajuste inteligente do aquecimento, resfriamento, desumidificação, desembaçamento frontal, temperatura interna e circulação de ar do ar condicionado, etc.
2. O sistema de aquecimento e resfriamento da bateria usa uma válvula de reversão de quatro vias e duas válvulas proporcionais de três vias para realizar a conexão paralela em série da bateria e dos circuitos do motor, realizando assim as funções de recuperação de calor residual e dissipação de calor da bateria em temperatura média.
Quando a temperatura estiver alta, confie no trocador de calor da bateria e no refrigerante para resfriar a bateria à força. Em temperatura média, conte com a válvula de reversão de quatro vias para conectar o circuito da bateria e o circuito de acionamento elétrico em série e dissipar o calor através do radiador frontal de baixa temperatura, o que pode economizar o consumo de energia do compressor elétrico. Quando a temperatura está baixa, a válvula proporcional de três vias é usada para curto-circuitar o radiador de baixa temperatura, e a bateria e os circuitos do motor são conectados em série para recuperar o calor residual do motor para manter a bateria aquecida. Quando a temperatura é muito baixa, a válvula proporcional de três vias é usada para aquecer o circuito da bateria através do trocador de calor água-água para obter um rápido aumento de temperatura para a bateria.
3. O sistema de resfriamento do acionamento elétrico depende da bomba elétrica de água para dissipar o calor para o controlador do motor e o motor por sua vez através do radiador de baixa temperatura.
4. Para dissipar o calor do XPU e do mainframe de tela grande, ligue a bomba de água do motor com base na temperatura e na taxa de aumento de temperatura, desvie parte do fluxo do circuito do motor para o XPU e a placa de resfriamento de água do mainframe de tela grande para resfriamento e dissipe o calor através do radiador ou desvio.
5. O abastecimento de água e o sistema de exaustão são conectados à bateria, ao motor e ao circuito de ar quente através da chaleira de expansão, e a água é fornecida aos três circuitos, respectivamente. A bateria e o circuito de acionamento elétrico compartilham um tanque de distribuição de água para exaustão e o circuito de ar quente usa um tanque de distribuição de água para exaustão.
6. O sistema de gestão da qualidade do ar conta com o sensor PM2.5 para monitorá-lo e exibi-lo constantemente na grande tela de controle central e, em seguida, liga de forma inteligente o ar condicionado para filtrar o ar; além disso, conta com o gerador de plasma para esterilizar, remover a poeira e purificar o ar; conta com o sensor AQS para proteção dos gases de escape.
Os canais de água de todo o sistema de gerenciamento térmico são conectados, e os modos série e paralelo são realizados através das válvulas de água de três e quatro vias.O diagrama de blocos de todo o sistema de gerenciamento térmico é mostrado na figura abaixo.
▲Figura 1 Diagrama geral de blocos do sistema de gerenciamento térmico do Xpeng P7
02.
Estratégias de controle de componentes do sistema de gerenciamento térmico
A Figura 1 mostra os componentes incluídos no sistema de gerenciamento térmico, então qual é a estratégia de controle para esses componentes individuais?
1. Bomba de água do circuito do motor
A potência da bomba d'água é de 60W, com controle PWM, e sua estratégia de operação é a seguinte:
- A bomba de água é ligada quando o sistema de acionamento elétrico tem uma solicitação de resfriamento.
- O circuito de gerenciamento de calor é conectado em série e a bomba de água é ligada quando a recuperação de calor é realizada e a velocidade é a mesma da bomba de água da bateria.
- A bomba de água é ligada quando a bateria tem uma solicitação de resfriamento LTR.
- Quando o XPU ou a tela grande é ligada, a bomba de água também é ligada
2. Bomba de água do circuito da bateria
A bomba de água do circuito da bateria é a mesma que a bomba de água do circuito do motor. A potência da bomba de água é de 60W e adota o controle PWM. Sua estratégia de operação é a seguinte:
- A bomba d'água liga quando a bateria tem uma solicitação de aquecimento ou resfriamento.
- Quando a diferença de temperatura dentro da bateria é grande e o equilíbrio de calor é necessário, a bomba de água é ligada.
3. Bomba de água do circuito de ar quente
A potência da bomba de água é de 20 W e adota controle de frequência constante PWM de 100 Hz. Sua principal estratégia de controle é a seguinte:
- A bomba de água liga quando há um pedido de aquecimento do ar condicionado.
- A bomba d'água liga quando há solicitação de aquecimento da bateria.
- A bomba d'água é ligada quando há uma solicitação de aquecimento do ar condicionado e uma solicitação de aquecimento da bateria ao mesmo tempo.
- Quando as zonas de temperatura dupla esquerda e direita são ativadas, a bomba de água é iniciada.
- No modo de desembaçamento, caso seja necessário ligar o PTC, a bomba d'água é acionada.
4. PTC de aquecimento de aquecimento
PTC é a abreviação de coeficiente de temperatura positiva, que significa resistor de coeficiente de temperatura positivo, conhecido como termistor PTC, e seu valor de resistência aumenta gradualmente com o aumento da temperatura.
A característica deste método é que a potência é menos afetada pela temperatura da água. A faixa de tensão de trabalho é de 350V ~ 450V, usando comunicação de rede LIN, o controlador do ar condicionado só precisa enviar um sinal de solicitação de energia para o aquecedor, e o aquecedor funcionará de acordo com a solicitação de energia especificada. A temperatura máxima da água aquecida pelo aquecedor de aquecimento PTC é de 65°C. Lógica de controle do aquecedor de água de aquecimento: Quando o ar condicionado ou a bateria tem uma solicitação de aquecimento, o PTC é ligado e a potência de aquecimento do aquecedor de água é determinada em combinação com o ambiente externo e a demanda de aquecimento do ar condicionado no carro.
03.
Estratégias de controle específicas para funções de gerenciamento térmico
Na primeira parte do gerenciamento térmico, foi listada a descrição funcional de todo o sistema de gerenciamento térmico do Xpeng P7. Como essas funções são realizadas através da coordenação de vários componentes?
1. Princípio de controle de resfriamento do motor
O controle de resfriamento do motor é controlado pelo VCU. O VCU entra no resfriamento do motor julgando que a temperatura de um determinado componente no circuito do motor está muito alta e ajusta a velocidade da bomba de água no circuito do motor e a velocidade do ventilador eletrônico. O HVAC ajusta a posição da válvula de água proporcional de três vias 1 para o radiador. Seu valor de temperatura de abertura: quando a temperatura do motor é superior a 75°C, a IPU é superior a 45°C, o DCDC é superior a 60°C e o OBC é superior a 50°C, o sistema de refrigeração do motor é ligado. Válvula de três vias através do radiador.
Todo o circuito de refrigeração é: bomba de água do circuito do motor→sistema do motor→válvula de água proporcional de três vias 1→radiador/bypass→válvula de água de reversão de quatro vias→bomba de água do circuito do motor.
▲Figura 2 Princípio de controle de resfriamento do motor
2. O princípio do controle de resfriamento da bateria
Existem dois tipos de resfriamento da bateria, um dos quais está no cenário de carregamento. Nesse modo, o BMS avalia a demanda de resfriamento da bateria, o VCU avalia se as condições de resfriamento da bateria foram atendidas e o HVAC integra a temperatura ambiente, a temperatura da água do circuito da bateria e a temperatura da água do circuito do motor para determinar o uso do resfriamento do compressor, acionando válvulas de água e compressores e enviando solicitações de bombas e ventiladores.
O circuito de refrigeração é: compressor→condensador→válvula de expansão eletrônica→trocador de bateria→compressor.
A outra é que, na cena de direção, o VCU julga se as condições para o resfriamento da bateria são atendidas e o HVAC avalia de forma abrangente a temperatura ambiente, a temperatura da água do circuito da bateria e a temperatura da água do circuito do motor para determinar o uso do resfriamento do compressor, acionando assim a válvula de água e o compressor e enviando solicitações de bomba de água e ventilador.
O circuito de resfriamento é: bomba de água do circuito da bateria → bateria de energia → trocador de calor água-água → trocador de calor da bateria.
▲Figura 3 O princípio do controle de resfriamento da bateria
3. Princípio de controle de aquecimento da bateria no modo de carregamento
O BMS avalia se há uma demanda de aquecimento com base no status da bateria - o VCU envia o status do sistema de alta tensão de acordo com o status do veículo - o HVAC calcula a temperatura da água exigida pela bateria e liga o PTC e a bomba de água para aquecimento.
O circuito de resfriamento inclui dois, um é: bomba de água do circuito da bateria→trocador de calor água-água→trocador de calor da bateria→bateria de energia→válvula de água de reversão de quatro vias→bomba de água do circuito da bateria. A segunda é a bomba de água do circuito de aquecimento → PTC de aquecimento de água → válvula de água proporcional de três vias 2 → trocador de calor água-água → bomba de água do circuito de aquecimento.
▲Figura 4 O princípio do controle de aquecimento da bateria no modo de carregamento
4. Princípio de controle do equilíbrio térmico da bateria
Se a diferença entre a temperatura máxima e a temperatura mínima da célula da bateria for muito grande, ou a diferença entre a temperatura da água do circuito da bateria e a temperatura máxima e mínima da bateria for muito grande, resultando em choque térmico, a bomba de água da bateria precisa ser ligada para equilibrar o calor da bateria. O circuito de refrigeração é: bomba de água do circuito da bateria→bateria de energia→trocador de calor água-água→trocador de calor da bateria→bomba de água do circuito da bateria.
▲Figura 5 O princípio do controle do balanço térmico da bateria
5. Princípio de controle do resfriamento LTR da bateria e recuperação de calor residual do motor
Isso inclui três partes, ou seja, resfriamento LTR da bateria, pré-resfriamento da bateria e recuperação de calor residual do motor.
A bateria LTR é resfriada a uma temperatura ambiente abaixo de 25°C. Quando a temperatura da bateria estiver alta, mude a posição da válvula de água reversível de quatro vias, conecte o circuito da bateria e o circuito do motor em série e use o radiador para dissipar o calor da bateria para atingir o objetivo de economia de energia.
O pré-resfriamento da bateria é para usar o radiador para pré-resfriar a bateria quando a temperatura da bateria está prestes a atingir a temperatura de resfriamento necessária.
Recuperação de calor residual do motor significa que quando a temperatura da bateria é baixa e a temperatura da água do circuito do motor é superior a um determinado valor da temperatura da água do circuito da bateria, a bateria e o circuito do motor são conectados em série e a temperatura do circuito do motor é usada para aquecer a bateria para que a bateria esteja em uma temperatura de trabalho adequada para atingir o objetivo de economia de energia.
O circuito de resfriamento é uma válvula de água reversível de quatro vias→bomba de água do circuito do motor→sistema do motor→válvula de água proporcional de três vias 1→radiador/desvio→válvula de água de reversão de quatro vias→bomba de água do circuito da bateria→trocador de calor água-água→trocador de calor da bateria→bateria de energia→válvula de água de reversão de quatro vias.
▲Figura 6 O princípio de controle da bateria LTR e recuperação de calor residual do motor