汽车空调和热管理系统工作原理

01

温度控制

根据不同的国家/地区版本，客户可以选择一区、两区或三区空调。客户还可以选择是否为车辆配备热泵功能。乘员可以使用前空调系统的操作和显示单元E87以及后空调系统的操作和显示单元E265（如已安装）将其空气调节需求告知加热器和空调系统控制单元J979。单独安装的加热器和空调系统控制单元J979负责车辆内部的温度控制。

加热器和空调单元已经过重新设计。它分为两部分，由车辆前部的进气单元和内部的送风单元组成，如图1和图2所示。

图1

图2

02

高电压加热器（PTC）ZX17

如图3所示。

图3

奥迪Q4 e-tron（4F型）的内部通过热泵功能（如已安装）和高电压加热器（PTC）ZX17加热。空调单元中没有用于内部加热的热交换器。

高电压加热器（PTC）ZX17由高电压加热器（PTC）控制单元J848和高电压加热器（PTC）Z115组成。高电压加热器（PTC）Z115有单独的加热元件，可根据需要单独或一起启动。

此外，高电压加热器（PTC）ZX17是加热器和空调系统控制单元J979的LIN总线节点。

技术数据如表1所示。

表1

03

空调压缩机VX81

奥迪Q4 e-tron（F4型）的所有空调系统均采用涡旋压缩机原理工作的空调压缩机。根据使用的制冷剂，安装了适合的空调压缩机。

集成在空调压缩机VX81中的空调压缩机控制单元J842通过LIN总线与加热器和空调系统控制单元J979通信。空调压缩机还有一个三相电机。

空调压缩机控制单元J842的作用是将来自高电压蓄电池1AX2的直流电压转换为三相交流电压。

技术数据如表2所示。

表2

04

PTC 加热器元件 3 Z132

如图5所示。

图5

PTC加热器元件3 Z132的作用是根据需要加热高电压蓄电冷却液回路中的冷却液。PTC加热器元件3 Z132通过LIN总线从蓄电池调节控制单元J840接收关于何时需要加热冷却液回路中冷却液以及需要加热多少冷却液的报文。

PTC加热元件3 Z132采用浸入式加热原理。流过PTC加热元件3 Z132的冷却液由加热元件直接加热。

技术数据如表3所示。

表3

05

恒温器

如图6所示。

图6

恒温器采用机械膨胀式恒温器。当冷却液温度低于15℃时，它将关闭通往低温散热器的通道。在约25℃的温度时，完全打开通往低温散热器的通道，而旁路通道则关闭。

06

热管理系统

1.后轮驱动和quattro车辆的概述

如图7所示。

图7

奥迪Q4 e-tron（F4型）采用了各种热管理系统。后轮驱动和quattro 车辆以及带和不带热泵功能的车辆都有不同的系统。制冷剂R1234yf 用于不带热泵功能的车辆（中国除外）。带热泵功能的车辆使用制冷剂R744。此外，热管理系统的功能分为电机控制单元J623、蓄电池调节控制单元J840和加热器和空调系统控制单元J979。只有两个冷却液回路：高电压蓄电池的冷却液回路和电动动力总成的冷却液回路。

车辆内部通过电加热或通过热泵功能加热。

2.热管理控制单元

如图8~图10所示。

图8

图9

图10

07

不带加热泵功能的车辆

1.高电压蓄电池的冷却液回路

如图11所示。

图11

高电压蓄电池的冷却液回路包含以下组件：高电压蓄电池冷却液泵V590、高电压蓄电池冷却液温度传感器1 G898、高电压蓄电池1 AX2、高电压蓄电池冷却液温度传感2 G899、高电压蓄电池预热混合阀V683、高电压蓄电池热交换器（冷却器）1、PTC加热器元件3 Z132。

在运行期间，高电压蓄电池的冷却液回路中可能有约30℃到最高55℃的温度。

电池调节控制单元J840负责高电压蓄电池的冷却液回路。

2.示例：在高电压蓄电池1AX2周围循环和加热冷却液

如图12所示。

图12

冷却液由高电压蓄电池V590的冷却液泵通过高电压蓄电池1 AX2输送到高电压蓄电池预热混合阀V683，然后再通过高电压蓄电池热交换器（冷却器）1和PTC加热元件3 Z132。

加热时，冷却液根据需要由启动的PTC加热器元件3 Z132进行加热。

高电压蓄电池的冷却液回路可以通过高电压蓄电池预热混合阀V683连接到电动动力总成的冷却液回路。

3.示例：主动冷却高电压蓄电池1AX2

如图13所示。

图13

高电压蓄电池冷却液泵 V590 将冷却液通过高电压蓄电池 1 AX2 和高电压蓄电池预热混合阀 V683 输送到高电压蓄电池热交换器（冷却器）1。冷却后的冷却液流过 PTC 加热器元件 3 Z132，然后返回高电压蓄电池的冷却液泵 V590。

启用的用于冷却高电压蓄电池的制冷剂回路在制冷剂汽化时吸收高电压蓄电池热交换器（冷却器）1中的热量，并将该热量传递给冷凝器 6。

4.电动动力总成的冷却液回路

如图14所示。

图14 电动动力总成的冷却液回路

以下部件包含在电动动力总成的冷却液回路中：

低温回路的冷却液泵V468、高电压蓄电池的充电单元1 AX4、温度传感器G18、后桥三相电流驱动装置VX90、恒温器2、低温散热器3、电压转换器A19。

止回阀4和带有冷却液短缺指示传感器G32的冷却液膨胀箱5也是电动动力总成冷却液回路的一部分。

电动动力总成的冷却液回路中可能出现最高约65℃的温度。

散热器风扇VX54和低温回路的冷却液泵V468由电机控制单元J623驱动。电机控制单元J623还负责电动动力总成冷却液回路的热管理。

5.示例：冷却电动动力总成

见图14所示。

低温回路的冷却液泵V468通过高电压蓄电池充电单元1 AX4和后桥三相电流驱动装置VX90将冷却液输送到恒温器2。根据冷却液温度，恒温器将冷却液通过低温散热器3和/或通过低温散热器3上的旁路输送到电压转换器A19。从那里，冷却液流回低温回路的冷却液泵V468。

6.quattro车辆电动动力总成的冷却液回路

如图15所示。

图15 quattro车辆电动动力总成的冷却液回路

后轮驱动车辆上的电动动力总成的冷却液回路与quattro车辆上的不同。已添加前桥三相电流驱动装置VX89，并且冷却液回路中电压转换器A19的位置已更改。高电压蓄电池的冷却液回路保持不变。

7.制冷剂回路

如图16所示。

图16 制冷剂回路

制冷剂回路分为两个分支：第一个分支用于车辆内部的温度控制，第二个分支的作用是在必要时冷却高电压蓄电池1 AX2。

制冷剂回路包括以下组件：

空调压缩机VX81、带干燥器的冷凝器6、制冷剂回路压力传感器G805、加热器和空调装置的制冷剂截止阀N541、热膨胀阀7、压缩机8、制冷剂压力和温度传感器G395、制冷剂膨胀阀2 N637、高电压蓄电池热交换器（冷却器）1。

8.示例：主动冷却车辆内部和高电压蓄电池1 AX2

如图17所示。

图17 主动冷却车辆内部和高电压蓄电池1 AX2示例

电动空调压缩机VX81将压缩的气态制冷剂输送到带有干燥器的冷凝器6。气态制冷剂在冷凝器中冷却并液化。液态制冷剂经过加热器和空调单元的制冷剂截止阀N541流向热膨胀阀7。制冷剂通过膨胀阀雾化和汽化。在该过程中，在通向车辆内部的途中从通过蒸发器8的空气中除去热量和水分。气态制冷剂从蒸发器8流回电动空调压缩机VX81。

用于冷却高电压蓄电池1 AX2的制冷剂回路在加热器和空调单元的制冷剂截止阀N541之前分支，通向制冷剂膨胀阀2 N637和高电压蓄电池热交换器（冷却器）1。制冷剂蒸发时，会吸收高电压蓄电池热交换器中高电压蓄电池冷却液回路的热量。从那里，制冷剂流入并流回车辆内部用于温度控制的制冷剂回路。

制冷剂流量由加热器和空调单元的制冷剂截止阀N541和制冷剂膨胀阀2 N637根据需要进行控制。这仅允许内部、高电压蓄电池1 AX2或同时对二者进行冷却。

08

带加热泵功能的车辆

如图18所示。

图18 带加热泵功能的车辆冷却液回路

高电压蓄电池的冷却液回路已在具有热泵功能的车辆上进行了改装。电动动力总成的冷却液回路保持不变。

高电压蓄电池热交换器（冷却器）1和PTC加热器元件3 Z132并联连接。通过此调整，可以利用高电压蓄电池冷却液回路或热泵模式下动力总成冷却液回路的余热。还添加了用于高电压蓄电池预热的混合阀2 V696。它由控制单元J840启动。

1.高电压蓄电池的冷却液回路

如图19所示。

图19 高电压蓄电池的冷却液回路

高电压蓄电池的冷却液回路包含以下组件：

高电压蓄电池冷却液泵V590、高电压蓄电池冷却液温度传感器1G898、高电压蓄电池1 AX2、高电压蓄电池冷却液温度传感器2 G899、高电压蓄电池预热混合阀V683、高电压蓄电池热交换器（冷却器）1、PTC加热器元件3 Z132、高电压蓄电池预热混合阀2 V696。

2.示例：主动冷却高电压蓄电池1 AX2

如图20所示。

图20 主动冷却高电压蓄电池1 AX2

高电压蓄电池冷却液泵 V590 将冷却液通过高电压蓄电池1 AX2 和高电压蓄电池预热混合阀V683 输送到高电压蓄电池热交换器（冷却器）1。连接高电压蓄电池预热混合阀2 V696，以使来自电动动力总成的冷却液回路的冷却液不能流到高电压蓄电池热交换器（冷却器）1。

启用的用于冷却高电压蓄电池的制冷剂回路在制冷剂气化时吸收高电压蓄电池热交换器（冷却器）1中的热量，并将该热量传递给气体冷却器9。

根据阀门V683和V696的位置，来自高电压蓄电池冷却液回路或电动动力总成的冷却液回路的冷却液流向高电压蓄电池热交换器（冷却器）1。

3.制冷剂回路

如图21所示。

图21 制冷剂回路

具有热泵功能的车辆使用带制冷剂R744的空调。此空调还分成两个制冷剂回路，用于冷却车辆内部和高电压蓄电池1 AX2。

制冷剂回路包括以下组件：

空调压缩机VX81、制冷剂压力和温度传感器G395、制冷剂截止阀2 N640、气体冷却器9、制冷剂压力和温度传感器3 G827、带内部热交换器的干燥器10、制冷剂膨胀阀2 N637、制冷剂压力和温度传感器4 G828、蒸发器 8、制冷剂截止阀4 N642、制冷剂压力和温度传感器2 G826、制冷剂压力和温度传感器5 G829、制冷剂截止阀 1 N696、制冷剂截止阀3 N641、制冷剂膨胀阀1 N636、热冷凝器11、制冷剂膨胀阀3 N638、高电压蓄电池热交换器（冷却器）1、制冷剂截止阀5 N643。

4.示例：主动冷却车辆内部和高电压蓄电池1 AX2

如图22所示。

图22 主动冷却车辆内部和高电压蓄电池1 AX2

可以单独或一起冷却车辆内部和高电压蓄电池1 AX2。

空调压缩机VX81将压缩和加热的制冷剂通过制冷剂截止阀2 N640输送到气体冷却器9。气体制冷剂在气体冷却器中冷却，但不液化。然后制冷剂通过带内部热交换器的干燥器10进入制冷剂膨胀阀2 N637，制冷剂膨胀并流过蒸发器8。在该过程中，在通向车辆内部的途中从通过蒸发器的空气中除去热量和水分。加热的制冷剂通过制冷剂截止阀4 N642和带内部热交换器的干燥器10流向空调压缩机VX81。

如有必要，可以主动冷却高电压蓄电池1 AX2。这涉及部分制冷剂流向制冷剂膨胀阀3 N638，制冷剂膨胀并进入高电压蓄电池（冷却器）热交换器1，制冷剂吸收高电压蓄电池冷却液回路中冷却液的热能。制冷剂在带内部热交换器的干燥器10之前流入车内用于温度控制的制冷剂回路。

5.空气热泵

如图23所示。

图23 空气热泵

来自空调压缩机VX81压缩和加热的制冷剂经过制冷剂截止阀3N641流入热冷凝器11并经过制冷剂膨胀阀1 N636 流入蒸发器8。流入车辆内的空气由热冷凝器和蒸发器加热。制冷剂流经制冷剂膨胀阀2 N637、带内部热交换器的干燥器10、气体冷却器9、制冷剂截止阀5 N643 ，然后通过带内部热交换器的干燥器 10 流回空调压缩机VX81。

在本示例中，膨胀阀 N636 和N637根据需要由加热器和空调系统控制单元J979启动。

6.流体热泵

如图24所示。

图24 流体热泵

来自空调压缩机VX81压缩和加热的制冷剂经过制冷剂截止阀3N641流入热冷凝器11并经过制冷剂膨胀阀1 N636流入蒸发器8。流入车辆内的空气由热冷凝器和蒸发器加热。制冷剂从蒸发器8到达制冷剂膨胀阀3 N638，膨胀的制冷剂进入高电压蓄电池（冷却器）热交换器1，并从冷却液中吸收热能。加热的制冷剂继续流动，并通过带有内部热交换器10的干燥器到达空调压缩机 VX81。