新能源汽车结构与原理(连载72-88宝马i3电控辅助加热器)
7.2.1宝马i3电控辅助加热器
为了避免因电气加热装置显著缩短电动车可达里程,在使用空调系统的情况下通
过热力泵加热车内空间。
热力泵可视作空调系统的反向原理。 在冷却模式下未使用并通过冷凝器释放到环
境中而损失的热能,可在使用热力泵时通过使热制冷剂流入热力泵热交换器而用于加
热车内空间。热力泵工作原理如图7-5所示。
热力泵与车辆所装组件配合可实现加热模式、制冷模式和混合模式。 使用大约
1kW功率可通过该系统获得大约3KW冷气或根据需要获得大约2kW热量。101的
图7-5热力东工作原理图
1- 压缩:2一能量消耗1/4;3一热力采热交换器;4-有效热量4/4;
5-液化;6-通过膨胀阀消除应力:7一蒸发；8一环境热量3/4;9-车外温度
电气加热装置需史大约5.5KW电能米提供大约5KW的加热功率。热力泵只需大约
2.5kW即可达到该加热功率
在-10-+40C的温度沧国内,热力泉可以所有运行模式运行。
热力泵不是单个部件,而是制冷剂循环回路的复杂调节装置,具有同样复杂的调节
结构.
出于重量原因,仅在BEV型号蓄电池电动车(即车辆不带增程器)上提供热力泵。
车辆带有热力泵SA4T9时,第四根制冷剂管路与标配的三根管路一起在右侧车
门槛处一直延伸至车辆尾部。热力泵有约36个其他部件(包括固定支架等小部件),
增加重量约7kg.
车辆带有热力泵SA4T9时,制冷剂循环回路内的加注量为970g。 采用标准配
置时,系统加注量为750g。 热力泵的任务是在保持空调舒适度不变(与不带热力泵
的系统相比)的情况下提高可达里程。 从车外温度为-10C且空调系统达平均规定值
(在自动运行模式下22℃)起,在没有辅助加热的情况下,通过电气加热装置进行空
气调节。低于-10℃时不再驱动热力泵。热力泵系统组成如图7-6所示。
根据IHKR/IHKA的要求确定热力泵的运行模式。 由热力泵控制器控制阀门和读
取传感器数值,但在IHKR/IHKA控制单元内执行中央控制功能。
在此使用类似于浸没式加热器对冷却液进行加热的电气加热装置来加热车内空间。
该高电压组件由三个加热线圈和一个电子控制装置构成。 它可消耗高电压蓄电池
最高5.5kW功率并通过LIN总线将出口冷却液温度和当前耗电量信息发送至IHKR/
IHKA控制单元。以脉冲方式控制三个加热线圈。
图7-6 热力泵系统组成
1-高电压蓄电池单元上的电动调节式膨胀阀EXV;2-电动制冷剂压缩机;:3-车内
空间鼓风机;4-电气加热装置;5-用于车内空间蒸发器的电动调节式膨胀阀EXV;
6一冷凝器与干燥器瓶之间的制冷剂截止阀;7-电动制冷剂压缩机与热力泵燕交换器
之间的制冷剂截止阀;8-热力泵热交换器;9-干燥器瓶
电气加热装置位于前围板处与电动冷却液泵共用的一个支架上,见图7-7。
图7-7电气加热装置
1一电气加热装置;2-冷却液泵12V接口;3-低压加注阀(黑色螺旋盖一RI34a,灰
色螺旋盖=R1234yf);4一从冷却液泵至电气加热装置的冷却液供给管路:5一电
岭却液系(12V);6一自补液罐的冷却液供给管路:7-高压加注阀(黑色螺酸嘉
R134a,灰色螺旋盖=R1234yf);8-电气加热装置上的高电压接口
制冷剂循环回路带有该选装配置时,在热力泵运行模式未启用的情况下与标准
配置的循环回路完全相同。通过关闭制冷剂截止阀(18,20)和打开制冷剂截止阀
（17，21)可使循环回路元全正常运行,带热力泵的制冷剂回路如图7-8所示
图7-8 带热力泵的制冷剂循环回路(冷却模式)
1一冷凝器;2-电风扇;3-电动制冷剂压缩机;4-干燥器瓶;5-高电压蓄电池单
元;6一用于高电压蓄电池单元内散热管的电动调节式膨胀阀EXV;7-高电压蓄电池
单元内的散热管;8-车内空间鼓风机;9-用于车内空间蒸发器的电动调节式膨胀阀
EXV:10-暖风和空调器内的车内空间蒸发器;11-暖风热交换器;12-电气加热装
置:13-热力泵热交换器;14-用于热力泵热交换器的电动调节式膨胀阀EXV;15-
电动冷却液泵;16-冷却液补液罐;17-电动制冷剂压缩机与冷凝器之间的制冷剂截
止阀(该阀未通电时打开);18-冷凝器与干燥器瓶之间的制冷剂截止阀(该阀未通电
时关闭);19-制冷剂单向阀;20-电动制冷剂压缩机与热力泵热交换器之间的制冷剂
截止阀(该阀未通电时打开);21-热力泵热交换器上电动调节式膨胀阀EXV与干燥
器瓶之间的制冷剂截止阀(该阀未通电时打开)
在加热模式下使用热力泵时,制冷剂截止阀(17,21)关闭,制冷剂截止阀
(18,20)打开。 这样可使制冷剂循环回路改为经过热力泵热交换器,循环回路见
图7-9.
图7-9 带热力泵的制冷剂循环回路(加热模式)
1-冷凝器:2-电风扇;3-电动制冷剂压缩机;4-干燥器瓶;5-高电压蓄电池单
元:6-用于高电压蓄电池单元内散热管的电动调节式膨胀阀EXV;7-高电压蓄电
池内的散热管;8-车内空间鼓风机;9-用于车内空间蒸发器的电动调节式膨胀阀
EXV;10-暖风和空调器内的车内空间蒸发器;11-暖风热交换器;12-电气加热装
置;13-一热力泵热交换器;14-用于热力泵热交换器的电动调节式膨胀阀EXV;15-
电动冷却液泵;16-冷却液补液罐;17-电动制冷剂压缩机与冷凝器之间的制冷剂截
止阀(该阀未通电时打开);18-冷凝器与低压蓄能器(干燥器瓶)之间的制冷剂截止
阀(该阀未通电时关闭);19-制冷剂单向阀;20-电动制冷剂压缩机与热力泵热交换
器之间的制冷剂截止阀(该阀未通电时打开);21-热力泵热交换器上电动调节式膨胀
阀与低压蓄能器(干燥器瓶)之间的制冷剂截止阀(该阀未通电时打开)
因此不会再向冷凝器以无用方式排出热量,而是向用于暖风循环回路的冷却液释
放热量。 热力泵热交换器输出端的电动调节式膨胀阀EXV通过控制压力在此形成充足
热量。 为使循环回路重新闭合,通过电动调节式膨胀阀EXV使暖风和空调器内的蒸发
器同样执行积蓄制冷剂压力的作用。 因此,通过控制原本用于进行冷却的电动调节式
膨胀阀EXV使蒸发器内的制冷剂压力进一步提高并利用由此产生的热量。 之后压力降
低的制冷剂朝相反流动方向通过冷凝器经过打开的制冷剂截止阀(18)和干燥器瓶重
新输送至电动制冷剂压缩机。
在混合模式下使用热力泵时,截止阀(17、20和21)打开。由于无需转换流动
方向,因此截止阀(18)关闭。这样可划分出高温高压制冷剂,循环回路见图7-10
图7-10 带热力泵的制冷剂循环回路(混合模式)
1一冷凝器;2-电风扇;3-电动制冷剂压缩机;4-干燥器瓶;5-高电压蓄电池单
元;6-用于高电压蓄电池单元内散热管的电动调节式膨胀阀EXV;7-高电压蓄电池
单元内的散热管;8-车内空间鼓风机;9-用于车内空间蒸发器的电动调节式膨胀阀
EXV;10-一暖风和空调器内的车内空间蒸发器;11一暖风热交换器;12-电气加热装
置;13-热力泵热交换器;14-用于热力泵热交换器的电动调节式膨胀阀EXV;15-
电动冷却液泵;16-冷却液补液罐;17-电动制冷剂压缩机与冷凝器之间的制冷剂截
止阀(该阀未通电时打开);18-冷凝器与干燥器瓶之间的制冷剂截止阀(该阀未通电
时关闭);19-从高电压蓄电池单元散热管至干燥器瓶的压力管路内的制冷剂单向阀;
20-电动制冷剂压缩机与热力泵热交换器之间的制冷剂截止阀(该阀未通电时打开);
21-热力泵热交换器上电动调节式膨胀阀EXV与干燥器瓶之间的制冷剂截止阀(该阀
未通电时打开)
一方面可通过蒸发器上的冷却实现高电压蓄电池单元冷却和车内空间除湿,另一
方面还可将划分出的通过制冷剂输送的热量用于热力泵热交换器。
与不带热力泵的车辆相比还有一项优势,当光照强烈时,需要从通风格栅吹入冷
空气,但这并不一定符合脚部空间要求。 为此,不带热力泵的车辆必须通过电气加热
装置进行稍稍加热,从而使脚部空间调节至舒适温度。 带有热力泵时,在混合模式下
无需消耗能量即可通过热力泵热交换器对脚部空间一起进行加热。
在电控辅助加热器中,以电动方式将加热循环回路内的冷却液加热到客户希望的
温度。
电控辅助加热器是一个单独的部件,工作原理与电动直通式加热器一样 电控辅
助加热器借助加热螺旋体按需加热循环回路中的冷却液。 此时,以间歇方式控制加执
螺旋体 通过局域互联网总线,电控辅助加热器将出口的冷却液温度以及电流消耗输
出至冷暖空调的控制单元。
在冷暖空调控制单元中,根据不同的信号(例如,脚部空间温度传感器的温度信
号)生成一个针对电控辅助加热器的百分比功率请求,并将其传输到局域互联网总线
图7-11所示为电控辅助加热器,以i3车型为例。
图7-11 电控辅助加热器
A一视图显示加热螺旋体;B-视图显示电气接口;1-冷却液入口(来自附加冷却液
泵);2-冷却液出口(至车厢内部的暖风热交换器);3-冷却液温度传感器(在暖风
热交换器的冷却液出口上);4-高压车载网络上的接口;5-加热螺旋体(3个并联的
加热螺旋体);6-12V车载网络上的接口;7-冷却液温度传感器接口
电控辅助加热器连接在高压车载网络上。加热螺旋体是并联的。
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