Автомобиль / Силовая установка / Гибридная силовая установка / Высоковольтное охлаждение

Высоковольтное охлаждение

Высоковольтное охлаждение - подсистема гибридной силовой установки, поддерживающая необходимый тепловой режим высоковольтной батареи, силовой электроники и, в зависимости от архитектуры автомобиля, тяговых электрических машин и других компонентов. В технической англоязычной терминологии для такого контура можно использовать название High-Voltage Cooling System. English-поле этой страницы в Генеральной карте TESMA не заполнено, поэтому High-Voltage Cooling System здесь является техническим эквивалентом, а не отдельно утвержденным английским каноном TESMA.

Название "высоковольтное охлаждение" не означает, что насос, вентилятор или охлаждающая жидкость обязательно находятся под высоким напряжением. Речь идет об охлаждении компонентов высоковольтной части автомобиля. Электрические насосы, вентиляторы, клапаны и блоки управления могут питаться от других электрических сетей автомобиля.

Тепловой режим напрямую влияет на доступную мощность гибридной системы. Перегретая высоковольтная батарея может ограничить заряд и разряд. Перегретый инвертор может уменьшить доступную мощность силовой электроники. Система управления способна заранее ограничивать тягу или рекуперацию, чтобы не допустить повреждения.

Поэтому снижение тяги после продолжительной поездки, громкая работа вентилятора батареи или слабая рекуперация не должны автоматически трактоваться как неисправность батареи или тягового двигателя. Сначала необходимо определить, не работает ли система в режиме тепловой защиты.

Какие компоненты охлаждает система

Состав зависит от платформы. В разных HEV и PHEV используются отдельные или объединенные контуры.

высоковольтная батарея;
инвертор;
силовые полупроводниковые модули;
DC/DC-преобразователь, если он входит в соответствующий модуль;
тяговый электродвигатель;
генераторная электрическая машина;
зарядная электроника PHEV;
другие высоковольтные силовые компоненты.

Нельзя считать, что все перечисленные компоненты всегда подключены к одному контуру. Батарея может иметь воздушное охлаждение, а инвертор и электрическая машина - отдельное жидкостное.

Почему высоковольтные компоненты нагреваются

При преобразовании энергии часть ее неизбежно превращается в тепло.

Высоковольтная батарея

При заряде и разряде тепло возникает из-за внутреннего сопротивления и электрохимических процессов. При высоком токе тепловая нагрузка возрастает.

Инвертор

Силовые полупроводники постоянно переключают большие электрические потоки. Даже при высокой эффективности они выделяют тепло.

Тяговый электродвигатель

Источниками нагрева являются обмотки, магнитная система, механические потери и другие процессы.

Если тепловой поток превышает возможности системы охлаждения, контроллер ограничивает мощность.

Cooling и Thermal Management

В современных гибридах система часто выполняет более широкую функцию, чем просто охлаждение. Thermal management поддерживает компоненты в требуемом температурном диапазоне.

Система может:

охлаждать батарею;
подогревать батарею;
перенаправлять тепловые потоки;
использовать систему кондиционирования для отвода тепла;
регулировать насосы и вентиляторы;
управлять электрическими клапанами.

Воздушное охлаждение батареи

Воздушная система обычно включает воздухозаборник, каналы, вентилятор и проходы воздуха через батарейный блок.

Ее эффективность сильно зависит от свободного воздушного потока.

Типичные проблемы:

загрязнение воздухозаборника;
загрязненный фильтр, если он предусмотрен;
шерсть животных;
пыль и ворс;
перекрытие решетки вещами;
загрязнение вентилятора;
неисправность электродвигателя вентилятора;
поврежденный воздуховод;
неправильная команда управления.

Частично забитая система может нормально работать зимой и перегреваться летом.

Жидкостное охлаждение

В жидкостной системе теплоноситель циркулирует между охлаждаемым компонентом и теплообменником.

В контур могут входить:

электрический насос;
магистрали;
радиатор или теплообменник;
клапаны;
расширительный бачок;
температурные датчики;
холодная плита батареи или силового модуля;
chiller системы кондиционирования.

Схема конкретного автомобиля должна проверяться по сервисной документации.

Комбинированные системы

В одном автомобиле могут одновременно использоваться несколько вариантов:

воздушное охлаждение батареи;
жидкостный контур инвертора;
контур электрической машины;
теплообмен с HVAC;
электрический подогрев батареи;
система клапанов для перераспределения потока.

Поэтому перед диагностикой важно определить реальную архитектуру автомобиля.

Электрический насос

Насос создает циркуляцию теплоносителя. Его скорость может изменяться по команде контроллера.

Важно: если насос слышно, это еще не доказывает наличие нормального потока.

Причинами недостаточной циркуляции могут быть:

повреждение самого насоса;
воздух в системе;
частичное перекрытие канала;
неисправность клапана;
неправильное заполнение после ремонта.

Радиатор и теплообменник

Теплообменник отдает тепло воздуху или другому контуру.

Его эффективность уменьшают:

грязь на поверхности;
погнутые соты;
ограниченный воздушный поток;
неработающий вентилятор;
внутреннее нарушение циркуляции.

Клапаны

В сложной системе клапаны распределяют теплоноситель по разным ветвям. Насос при этом может быть исправен, но нужный компонент не получает достаточного потока.

Температурные датчики

По их сигналам контроллер принимает решения о скорости вентилятора, насоса и допустимой мощности.

Неправдоподобный датчик может:

создать ложное сообщение о перегреве;
вызвать ненужный derating;
не дать своевременно включить интенсивное охлаждение.

Охлаждающая жидкость

Для жидкостного высоковольтного контура следует применять только теплоноситель, соответствующий требованиям производителя.

Выбор по цвету недопустим.

Нельзя автоматически считать, что охлаждающая жидкость двигателя подходит для батареи или силовой электроники. На разных платформах требования могут отличаться.

Универсальной спецификации антифриза для всех гибридных автомобилей не существует.

Воздух в системе

После ремонта или замены компонентов в контуре может остаться воздух.

Возможные последствия:

нестабильная циркуляция;
локальный перегрев;
шум насоса;
скачки температур;
DTC системы охлаждения.

На многих моделях для удаления воздуха предусмотрена специальная процедура с принудительной активацией электрического насоса.

Почему нельзя просто доливать жидкость

Если уровень систематически уменьшается, следует найти причину.

Проверяют:

соединения;
шланги и трубки;
насос;
теплообменник;
следы повреждений после ремонта;
последствия ДТП.

Охлаждение инвертора

Инвертор при высокой мощности выделяет значительное количество тепла. При превышении допустимого теплового состояния его контроллер может ограничивать мощность.

При температурном DTC необходимо проверить:

уровень жидкости;
насос;
циркуляцию;
теплообменник;
вентилятор;
клапаны;
температурные датчики;
воздух в контуре;
низковольтное питание системы.

DTC инвертора не является автоматическим основанием для его замены.

Охлаждение высоковольтной батареи

Для высоковольтной батареи важна как абсолютная температура, так и равномерность температур по пакету.

Необычно горячая зона может быть связана с:

ограниченным воздушным потоком;
нарушенной циркуляцией жидкости;
повышенным тепловыделением части батареи;
неправильным сигналом датчика.

Если батарея гибрида перегревается, ее нельзя приговаривать к замене до проверки охлаждения.

Охлаждение тягового электродвигателя

Тяговый электродвигатель может иметь отдельный контур или охлаждаться совместно с другими компонентами.

Высокая температура может быть связана с:

высокой нагрузкой;
неисправностью охлаждения;
электрическим дефектом;
механическим сопротивлением;
неправильными показаниями датчика;
работой инвертора.

Влияние на рекуперацию

Система рекуперации зависит от того, какую зарядную мощность способна принять батарея.

При перегреве батареи BMS может ограничить charge power. В результате водитель ощущает более слабую рекуперацию.

Это не является прямым доказательством неисправности электродвигателя или тормозной системы.

Thermal derating

Thermal derating - защитное ограничение мощности по температуре.

Система может уменьшить:

электрическую тягу;
зарядную мощность;
разрядную мощность;
рекуперацию;
доступный крутящий момент.

Необходимо определить, какой контроллер запросил ограничение и по какой причине.

Основные симптомы неисправностей

батарея гибрида перегревается;
тяга уменьшается после длительной поездки;
рекуперация ослабевает после нагрузки;
вентилятор батареи работает очень интенсивно;
растет температура инвертора;
появляется предупреждение гибридной системы;
ограничивается мощность;
ДВС начинает работать чаще;
уменьшается электрический запас хода;
появляются температурные DTC;
уменьшается уровень охлаждающей жидкости;
появляется необычный шум насоса.

Типичные неисправности

Загрязнение воздухозаборника

Снижает воздушный поток через батарею.

Загрязнение вентилятора

Вентилятор может вращаться, но перемещать меньше воздуха.

Неисправность вентилятора

Проверяются сам электродвигатель, питание, проводка и управление.

Неисправность насоса

Насос может полностью остановиться или создавать недостаточную циркуляцию.

Воздух в контуре

Часто появляется после неправильного обслуживания.

Утечка

Постепенно снижает способность системы отводить тепло.

Загрязненный теплообменник

Ухудшает передачу тепла окружающему воздуху.

Неисправность клапана

Может нарушить распределение жидкости между ветвями.

Неисправный датчик

Способен создать неправильную стратегию охлаждения.

Неправильный теплоноситель

Может быть несовместим с требованиями конкретного контура.

DTC

DTC системы охлаждения описывает обнаруженное отклонение, но не автоматически неисправную деталь.

Код может указывать на:

перегрев;
электрическую проблему насоса;
ошибочный сигнал датчика;
неправильную скорость вентилятора;
недостаточную эффективность охлаждения;
расхождение requested и actual;
вторичную реакцию на другую неисправность.

Перед удалением DTC необходимо сохранить freeze frame.

Live Data

Полезно анализировать:

температуры батареи;
минимальную и максимальную температуру батареи;
температуру инвертора;
температуру электрической машины;
температуру теплоносителя;
температуру до и после теплообменника, если доступна;
requested fan speed;
actual fan speed;
requested pump speed;
actual pump speed;
состояние клапанов;
команды thermal management;
Battery SOC;
charge power limit;
discharge power limit;
requested electric power;
available electric power;
причину ограничения мощности, если параметр доступен.

Набор PID зависит от производителя.

Requested и Actual

Сравнение команды и реального состояния особенно полезно.

Например:

контроллер требует высокую скорость вентилятора, но фактическая скорость низкая;
насос получает команду, но циркуляция отсутствует;
клапан переключается по команде, но температурная реакция не меняется;
охлаждение работает максимально, а температура продолжает быстро повышаться.

Последний вариант может означать не только слабое охлаждение, но и ненормально высокое тепловыделение самого компонента.

Дифференциальная диагностика

Батарея или охлаждение?

Если батарея становится "слабой" именно после нагрева, необходимо сопоставить электрические параметры и температуру.

Инвертор или его охлаждение?

Перед заменой инвертора проверяют циркуляцию и теплообмен.

Насос или воздух?

Работающий насос не гарантирует отсутствие воздушной пробки.

Датчик или реальный перегрев?

Сравнивают несколько температурных сигналов, скорость их изменения и условия cold soak.

Радиатор или вентилятор?

Обе неисправности могут проявляться только при большом тепловом потоке.

Неисправность или штатный derating?

Необходимо проверить реальные температуры и причину ограничения.

Алгоритм диагностики

Идентифицировать автомобиль по VIN.
Уточнить год, рынок и версию гибридной системы.
Определить архитектуру MHEV, HEV или PHEV.
Найти схему тепловых контуров.
Определить охлаждаемые компоненты.
Записать жалобу владельца.
Уточнить температуру окружающей среды при появлении проблемы.
Уточнить режим движения.
Проверить питание 12 V.
Просканировать все связанные ECU.
Сохранить DTC.
Сохранить freeze frame.
Проверить холодные температурные данные.
Сравнить датчики между собой.
Проверить температуры батареи.
Проверить температуру инвертора.
Проверить температуру тяговой машины.
Проверить SOC.
Проверить charge power limit.
Проверить discharge power limit.
Проверить available power.
Определить наличие thermal derating.
Осмотреть воздухозаборник батареи.
Проверить фильтр, если предусмотрен.
Проверить воздуховоды.
Осмотреть вентилятор.
Сравнить requested и actual fan speed.
Проверить уровень жидкости.
Проверить утечки.
Проверить насос.
Сравнить commanded и actual pump data.
Подтвердить фактическую циркуляцию.
Проверить теплообменник.
Проверить воздушный поток через него.
Проверить клапаны.
Проверить взаимодействие с HVAC, если предусмотрено.
Исключить воздух в системе.
При необходимости выполнить OEM bleed procedure.
Провести безопасный тест под нагрузкой.
Контролировать рост температур.
Контролировать работу насоса и вентилятора.
Контролировать power limits.
Определить первичный источник неисправности.
После ремонта повторить проверку в условиях появления жалобы.

Почему проверки на стоянке недостаточно

Без нагрузки высоковольтная система может выделять относительно мало тепла.

Слабый насос, частично загрязненный радиатор или ограниченный воздушный поток могут проявиться только при длительной работе.

Проверка воздушного охлаждения

осмотр воздухозаборника;
проверка на перекрытие;
проверка фильтра;
осмотр воздуховода;
осмотр вентилятора;
проверка питания;
активация диагностическим прибором;
сравнение requested/actual;
контроль температур под нагрузкой.

Связанная страница - «Очистка вентиляции высоковольтной батареи».

Проверка жидкостного контура

уровень теплоносителя;
герметичность;
работа насоса;
команда управления;
фактическая циркуляция;
радиатор;
вентилятор;
клапаны;
температурные датчики;
наличие воздуха;
правильное заполнение;
работа chiller, если он используется.

Для батареи в TESMA предусмотрена отдельная страница «Проверка системы охлаждения батареи».

Обслуживание

Для воздушной системы актуальны:

контроль воздухозаборника;
очистка вентилятора;
проверка каналов;
замена фильтра по регламенту, если он предусмотрен.

Для жидкостной:

проверка уровня;
проверка герметичности;
контроль циркуляции;
замена теплоносителя по требованиям производителя;
использование правильной спецификации;
правильное удаление воздуха.

Универсального интервала обслуживания всех гибридных систем не существует.

Ремонт

Возможные операции:

очистка воздуховодов;
ремонт или замена вентилятора;
ремонт проводки;
замена насоса;
замена клапана;
устранение утечки;
замена магистрали;
ремонт или замена теплообменника;
повторное заполнение и прокачка;
ремонт высоковольтного компонента, создающего чрезмерное тепло.

Отдельно смотрите страницу «Повреждение системы охлаждения батареи».

Пять практических сервисных случаев

Случай 1 - батарею уже собирались менять

После длительной поездки двигатель запускался чаще, а электрическая помощь уменьшалась.

Электрические параметры батареи были достаточно равномерными, но температура повышалась, а доступная разрядная мощность снижалась.

Причиной оказался загрязненный воздушный тракт.

Вывод: изменение поведения гибрида было следствием thermal derating.

Случай 2 - насос работал, но охлаждения не хватало

Насос был слышен, поэтому его считали исправным. Под нагрузкой температура инвертора продолжала расти.

Проверка показала недостаточный фактический поток.

Вывод: звук насоса не равен нормальной циркуляции.

Случай 3 - перегрев появился после обслуживания

После замены жидкости автомобиль начал периодически ограничивать электрическую мощность.

В системе остался воздух из-за неправильной процедуры заполнения.

Вывод: корректная прокачка является частью ремонта.

Случай 4 - очень громкий вентилятор

Сам вентилятор работал правильно. Контроллер требовал максимальную скорость из-за ограниченного потока через загрязненный воздухозаборник.

Вывод: активная работа компонента может быть реакцией на проблему.

Случай 5 - охлаждение оказалось исправным

Насос, циркуляция и теплообмен соответствовали ожидаемой работе, но инвертор продолжал выделять чрезмерное количество тепла.

Дальнейшая диагностика выявила внутреннюю проблему силового компонента.

Вывод: система охлаждения не всегда является причиной высокой температуры.

Типичные ошибки

1. Менять батарею из-за перегрева

Сначала диагностируется охлаждение.

2. Оценивать вентилятор только по вращению

Нужно учитывать фактический воздушный поток.

3. Оценивать насос только по шуму

Шум не подтверждает циркуляцию.

4. Игнорировать воздухозаборник

Его загрязнение может существенно повышать температуру батареи.

5. Менять инвертор по температурному DTC

DTC необходимо подтвердить проверками.

6. Постоянно доливать жидкость

Нужно найти источник потери.

7. Выбирать антифриз по цвету

Основной критерий - спецификация производителя.

8. Считать все контуры одинаковыми

Они могут использовать разные требования и компоненты.

9. Не удалять воздух после ремонта

Это может привести к повторному перегреву.

10. Игнорировать requested/actual

Эти данные часто позволяют быстро понять, выполняется ли команда контроллера.

11. Не учитывать жаркую погоду

Пограничная неисправность часто проявляется летом.

12. Проверять автомобиль только на месте

Тепловая проблема может потребовать длительной нагрузки.

13. Стирать DTC до сохранения данных

Теряется информация о температуре и режиме.

14. Диагностировать электродвигатель по слабой рекуперации

Причиной может быть температурное ограничение батареи.

15. Принимать derating за самостоятельную поломку

Это защитная стратегия, а не название неисправной детали.

16. Игнорировать 12 V питание

Насосы, вентиляторы и блоки управления зависят от стабильной низковольтной сети.

17. Активировать компоненты без понимания схемы

В сложной thermal management системе это может дать ложные выводы.

18. Не искать источник повышенного тепловыделения

Исправное охлаждение не компенсирует любую внутреннюю неисправность силового компонента.

Безопасность

Работа рядом с высоковольтными компонентами HEV и PHEV потенциально смертельно опасна.

Даже обычная операция с насосом или шлангом может проводиться непосредственно возле HV-батареи или инвертора.

Нужно соблюдать:

OEM shutdown procedure;
lockout;
PPE;
предписанный порядок отключения;
discharge wait производителя;
verify absence of hazardous voltage;
специальные процедуры после ДТП или затопления.

Универсального времени разряда нет.

Снятие service plug не является самостоятельным доказательством безопасности всей высоковольтной системы.

Подбор компонентов

Насос, клапан, теплообменник и магистрали необходимо подбирать по точной идентификации автомобиля.

VIN;
модель;
год и дата производства;
рынок;
тип гибридной системы;
OE-номер;
техническая ревизия;
электрический разъем;
геометрия;
тип контура;
совместимость с теплоносителем;
программная совместимость управляемых компонентов.

Товарные группы TESMA

В предоставленном каталоге TESMA нет отдельной подтвержденной категории высоковольтного thermal management. Следующие категории являются общими и требуют обязательной проверки применимости к конкретному HEV/PHEV.

Антифризы - применять только после подтверждения точной спецификации конкретного контура.
Охлаждение и отопление - общая группа компонентов; не каждый товар из нее предназначен для высоковольтной системы.

Связанные страницы базы знаний TESMA

Что еще почитать на эту тему

FAQ - высоковольтное охлаждение

Что такое высоковольтное охлаждение?

Это система теплового управления высоковольтными компонентами гибридного автомобиля.

Работает ли сам контур под высоким напряжением?

Не обязательно. Термин указывает на назначение системы.

Что она может охлаждать?

Батарею, инвертор, электрические машины и другие силовые компоненты.

Все компоненты используют одну систему?

Нет. Часто используются несколько отдельных контуров.

Каким бывает охлаждение батареи?

Воздушным, жидкостным или комбинированным.

Может ли использоваться кондиционер?

Да, на отдельных платформах батарея охлаждается через теплообмен с холодильным контуром.

Может ли система нагревать батарею?

Да. Thermal management может включать подогрев.

Почему перегревается батарея?

Причиной могут быть нагрузка, деградация, загрязнение, вентилятор, насос или другая неисправность.

Перегрев означает необходимость замены батареи?

Нет.

Почему вентилятор работает громко?

Потому что контроллер может требовать интенсивного охлаждения.

Громкий вентилятор неисправен?

Не обязательно.

Нужно ли очищать воздухозаборник?

На воздушных системах - да, в соответствии с конструкцией и регламентом.

Может ли шерсть животных создавать проблему?

Да, если она ограничивает воздушный поток.

Можно ли закрывать воздухозаборник багажом?

Нет.

Можно ли проверить вентилятор только по звуку?

Нет.

Можно ли проверить насос по звуку?

Нет.

Что означает requested?

Это команда контроллера.

Что означает actual?

Это фактический результат или состояние.

Может ли воздух в контуре вызвать перегрев?

Да.

Нужна ли специальная прокачка?

На многих системах предусмотрена OEM-процедура.

Можно просто долить антифриз?

Если уровень падает, необходимо найти причину.

Как выбирать антифриз?

По спецификации производителя, а не по цвету.

Можно использовать тот же антифриз, что и в двигателе?

Только если это прямо предусмотрено производителем.

Есть единый интервал замены жидкости?

Нет.

Почему перегревается инвертор?

Из-за охлаждения, нагрузки, внутреннего дефекта или неправильного сигнала датчика.

Температурный DTC означает замену инвертора?

Нет.

Перегрев батареи влияет на рекуперацию?

Да, BMS может ограничить зарядную мощность.

Почему чаще запускается ДВС?

Гибридная стратегия может уменьшать использование электрической части при тепловых ограничениях.

Что такое thermal derating?

Защитное ограничение мощности.

Derating - это неисправность?

Это реакция системы. Необходимо найти причину, вызвавшую ее.

Может ли датчик создать ложный перегрев?

Да.

Достаточно одного температурного показателя?

Нет. Нужен системный анализ.

Почему проблема бывает только летом?

При высокой окружающей температуре снижается запас эффективности системы охлаждения.

Почему проблема возникает только под нагрузкой?

Потому что при большой электрической мощности увеличивается тепловыделение.

Опасно ли самостоятельно ремонтировать такой контур?

Да, если он связан с высоковольтными компонентами.

Достаточно снять service plug?

Нет. Требуется полная OEM-процедура отключения.

Вывод

Высоковольтное охлаждение определяет, насколько стабильно батарея, инвертор и электрические машины способны работать при длительной нагрузке. Его неисправность может проявляться не только явным перегревом, но и снижением тяги, ограниченной рекуперацией, частой работой ДВС и защитным derating.

Диагностика должна разделять три разных сценария: система недостаточно отводит тепло, температурные данные неверны или сам высоковольтный компонент выделяет чрезмерное количество тепла.

Главное сервисное правило TESMA: при температурной проблеме сначала подтвердить работу теплового контура и только после этого принимать решение о замене батареи, инвертора или тягового электродвигателя.