吉利帝豪EV450電動汽車熱管理系統(tǒng)控制策略與故障檢修

王景智

摘 要：純電動汽車熱管理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制策略各異，故障檢修難度較高。本文以主流純電動汽車—吉利帝豪EV450為例，剖析其熱管理系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與工作原理，對其配備的電池智能熱管理系統(tǒng)ITCS 2.0控制策略進(jìn)行分析，并對其熱管理系統(tǒng)兩例典型的故障進(jìn)行檢修，為電動汽車熱管理系統(tǒng)故障診斷及排除提供參考。

關(guān)鍵詞：EV450 熱管理系統(tǒng) 電池智能熱管理 控制策略

Control Strategy and Troubleshooting of Thermal Management System in GEELY EV450

Wang Jingzhi

Abstract：Troubleshooting of the thermal management system in electric vehicle is difficult for its complex structure and different control strategies. This paper introduces the structure and working principle of GEELY EV450s thermal management system， analyzes the control strategy of its battery intelligent thermal control system （ITCS 2.0）， and overhauls two typical faults of its thermal management system， to provide reference for fault diagnosis and troubleshooting of electric vehicle thermal management system.

Key words：EV450， thermal management system， intelligent thermal control system， control strategy

純電動汽車熱管理系統(tǒng)性能的好壞直接影響車輛的續(xù)航里程，是電動汽車的核心管理系統(tǒng)之一。純電動汽車熱管理系統(tǒng)通常包括電驅(qū)動系統(tǒng)、駕乘艙和動力電池的熱管理，由于電動汽車熱管理系統(tǒng)組成部件多，電驅(qū)動系統(tǒng)和動力電池對溫度的控制要求更高，電動汽車熱管理系統(tǒng)控制策略相對于傳統(tǒng)燃油車更為復(fù)雜。吉利帝豪電動汽車的熱管理系統(tǒng)是目前主流電動汽車中較為先進(jìn)的熱管理系統(tǒng)，下面對吉利帝豪EV450電動汽車熱管理的組成結(jié)構(gòu)與工作原理、控制策略進(jìn)行剖析，結(jié)合熱管理系統(tǒng)常見故障的檢修歸納其檢修的基本流程。

1 吉利EV450電動汽車熱管理系統(tǒng)組成與工作原理

吉利帝豪EV450電動汽車熱管理系統(tǒng)分為三個部分：駕乘艙熱管理、動力電池?zé)峁芾?、電?qū)動系統(tǒng)熱管理[1]。

1.1 駕乘艙熱管理

駕乘艙熱管理如圖1所示，制冷系統(tǒng)由電動渦旋式壓縮機、平行流式冷凝器、層疊式蒸發(fā)器和H型膨脹閥等組成，采用的制冷劑是R134a。在H型膨脹閥的前端設(shè)置有制冷管路電磁閥，在駕乘艙不需要制冷時電磁閥關(guān)閉，切斷通向蒸發(fā)器的制冷回路。由于沒有發(fā)動機，駕乘艙制熱靠液暖電加熱PTC來實現(xiàn)。需要制熱時，熱管理控制器控制PTC加熱器（HVH）工作，控制三通電磁閥WV1的1、2號管路接通，PTC加熱水泵驅(qū)使經(jīng)PTC加熱后的冷卻液流進(jìn)空調(diào)箱的加熱芯體，實現(xiàn)采暖。

1.2 電驅(qū)動系統(tǒng)熱管理

吉利EV450電動汽車驅(qū)動電機電磁線圈在工作時會發(fā)熱，若不加以冷卻，驅(qū)動電機將無法正常工作。為了給驅(qū)動電機降溫，電機機體內(nèi)設(shè)置有冷卻液道，通過冷卻液的流動降溫，防止驅(qū)動電機過熱。車載充電機、電機控制器/DCDC總成工作時，電力電子元件IGBT也會產(chǎn)生大量的熱量，需要進(jìn)行冷卻，因此這些部件也設(shè)有冷卻液道來進(jìn)行降溫。

電驅(qū)動系統(tǒng)熱管理通過冷卻液循環(huán)為驅(qū)動電機、車載充電機、電機控制器/DCDC總成這三大部件進(jìn)行散熱冷卻，主要包括電動水泵、電驅(qū)動系統(tǒng)部件冷卻液回路、三通電磁閥WV2、散熱器、冷卻風(fēng)扇、進(jìn)出水溫度傳感器和膨脹罐等組成，如圖2所示。冷卻液的流動順序為電動水泵3——電機控制器/DCDC總成——車載充電機——驅(qū)動電機——三通電磁閥WV2——散熱器，電機控制器/DCDC總成出入口分別安裝有兩個溫度傳感器，對電驅(qū)動系統(tǒng)溫度進(jìn)行精確控制。

1.3 動力電池?zé)峁芾?/p>

動力電池?zé)峁芾砀鶕?jù)不同的工況采用冷卻回路、加熱回路和電驅(qū)動加熱回路對動力電池進(jìn)行熱管理[2]。動力電池冷卻回路通過熱交換集成模塊引入駕乘艙制冷系統(tǒng)來為動力電池降溫，如圖3所示。動力電池管理系統(tǒng)BMS根據(jù)監(jiān)測到的動力電池包進(jìn)出口水溫及單體電池溫度情況，當(dāng)需要啟動制冷系統(tǒng)對動力電池進(jìn)行降溫時，熱管理控制器控制熱交換器電磁閥打開，啟動電動空調(diào)壓縮機進(jìn)行制冷循環(huán)，此時熱交換器中的制冷劑回路相當(dāng)于蒸發(fā)器。同時熱管理控制器控制三通電磁閥WV3的5、7號管路接通，電動水泵2運轉(zhuǎn)促使在動力電池冷卻液流進(jìn)熱交換器，將熱量傳給制冷系統(tǒng)。熱管理控制器根據(jù)動力電池溫度狀態(tài)的變化調(diào)節(jié)制冷量和水泵的轉(zhuǎn)速，精確控制動力電池的溫度。

當(dāng)動力電池最低溫度小于-10℃時，動力電池加熱回路利用駕乘艙的電加熱PTC來為動力電池供熱，如圖4所示。熱管理控制器控制三通電磁閥WV1的1、10管路接通，三通電磁閥WV3的5、7管路接通，啟動PTC加熱器、電池水泵1和電動水泵2。PTC電加熱冷卻液流動順序為電動水泵1——PTC加熱器——三通電磁閥WV1——熱交換器——電動水泵1。加熱后的PTC電加熱冷卻液與動力電池冷卻液在熱交換器中進(jìn)行熱量交換，將熱量傳給動力電池冷卻液，為動力電池加熱。

當(dāng)動力電池有加熱需求，且最低溫度大于-10℃時，動力電池加熱采用電驅(qū)動加熱回路，利用電動汽車運行過程中電驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量來為動力電池加熱，可有效降低動力電池非驅(qū)動電耗，如圖5所示。熱管理控制器控制三通電磁閥WV2的1、3號管路接通，控制三通電磁閥WV3的5、6號管路接通，同時啟動電動水泵2和電動水泵3，促使電驅(qū)動系統(tǒng)冷卻回路的高溫冷動液流向動力電池，對動力電池進(jìn)行加熱。

2 動力電池智能熱管理（ITCS2.0）控制策略

吉利帝豪EV450配備動力電池智能熱管理（ITCS2.0），可在交流慢充模式、直流快充模式、智能充電或行車過程中（包括車速為0）時對動力電池進(jìn)行熱管理[1，3]。

2.1 動力電池冷卻控制策略

吉利帝豪EV450動力電池冷卻時，由BMS根據(jù)單體電池最高溫度，發(fā)送熱管理控制信號，同時，發(fā)送目標(biāo)水溫、入出口水溫和水溫傳感器故障這三類信號。動力電池冷卻包括“冷卻”、“勻熱”和“關(guān)閉”三種狀態(tài)，“勻熱”是制冷系統(tǒng)不工作，利用冷卻液與電池的溫差持續(xù)對電池進(jìn)行冷卻的狀態(tài)。

（1）目標(biāo)水溫控制

吉利帝豪EV450動力電池冷卻的目標(biāo)水溫是22℃，當(dāng)入口水溫>22℃時，BMS發(fā)送“冷卻”控制信號，啟動制冷系統(tǒng)對動力電池進(jìn)行冷卻;當(dāng)入口水溫<10℃時，BMS發(fā)送“勻熱”控制信號，動力電池冷卻保持當(dāng)前狀態(tài)（勻熱或者冷卻）。當(dāng)根據(jù)目標(biāo)水溫關(guān)閉動力電池冷卻時，單體電池最大溫差應(yīng)≤10℃，否則BMS記錄故障，并發(fā)送故障報警[1，4]。

（2）單體電池最高溫度Th控制

當(dāng)單體電池最高溫度Th≥55℃時，車輛無法上高壓電，車輛處于ON檔時，不啟動電池冷卻，同時BMS發(fā)送電池高溫故障報警。當(dāng)單體電池最高溫度Th<55℃，且SOC大于最低限值時，BMS根據(jù)動力電池工作模式發(fā)送動力電池冷卻信號。在放電模式或慢充模式時，單體電池最高溫度≥38℃，電池冷卻回路開啟;單體電池最高溫度≤32℃，電池冷卻回路關(guān)閉。在快充模式時，單體電池最高溫度≥32℃，電池冷卻回路開啟;當(dāng)單體電池最高溫度≤28℃，電池冷卻回路關(guān)閉。

動力電池冷卻開啟后，當(dāng)BMS監(jiān)測到單體電池的平均溫度Tavg≥25℃，且動力電池冷卻液溫度與單體電池最高溫度溫差ΔT≥14℃時，制冷系統(tǒng)停止工作，動力電池進(jìn)入“勻熱”狀態(tài)，利用處于低溫的冷卻液持續(xù)給動力電池冷卻。若電池最高溫度持續(xù)10min不變，“勻熱”關(guān)閉，重啟制冷系統(tǒng)給動力電池冷卻。

2.2 動力電池PTC加熱控制策略

吉利帝豪EV450動力電池需要加熱時，由BMS根據(jù)單體電池最低溫度，發(fā)送熱管理控制信號，同時發(fā)送目標(biāo)水溫、入出口水溫和水溫傳感器故障這三類信號。動力電池加熱包括“加熱”、“勻熱”和“關(guān)閉”三種狀態(tài)，“勻熱”是PTC電加熱器不工作，利用冷卻液與電池的溫差持續(xù)對電池進(jìn)行加熱的狀態(tài)。

（1）目標(biāo)水溫控制

吉利帝豪EV450動力電池加熱的目標(biāo)水溫是40℃，行車模式啟動動力電池加熱前，動力電池單體溫度不能低于-30℃;快充和慢充模式啟動動電池加熱前，動力電池的單體溫度不能低于-20℃[1，5]。

（2）單體電池最低溫度TL控制

①放電模式，電池單體電池最低溫度TL≤-18℃，電池加熱系統(tǒng)啟動工作;當(dāng)單體電池最低溫度TL≥-8℃，電池PTC加熱系統(tǒng)停止工作。

②快充模式，當(dāng)電池單體最高電壓≤4.148V時，-20℃

③慢充模式，當(dāng)-20℃

④動力電池加熱啟動后，若單體電池溫度的變化量≥12℃，冷卻水溫度與單體電池最高溫度溫差≥14℃，電池PTC加熱關(guān)閉，水泵繼續(xù)運轉(zhuǎn)，開啟“勻熱”。若電池最高溫度持續(xù)10min不變，“勻熱”關(guān)閉，重啟動力電池PTC加熱系統(tǒng)。

2.3 動力電池驅(qū)動回路加熱控制策略

當(dāng)動力電池有加熱需求且電池最低溫度小于-10℃，熱管理系統(tǒng)開啟電加熱PTC回路為動力電池加熱;當(dāng)動力電池有加熱需求且-10℃

3 吉利EV450電動汽車熱管理系統(tǒng)故障案例分析

3.1 PTC加熱水泵故障檢修

PTC加熱水泵不工作將導(dǎo)致空調(diào)制暖效果差，低溫狀態(tài)時，動力電池溫升慢，電池輸出功率受限等故障，PTC加熱水泵電路如圖6所示。

①用故障診斷儀讀取A/C空調(diào)控制器故障碼，若有按故障代碼檢查;

②檢查PTC加熱水泵保險絲EF13是否熔斷，若熔斷，檢查線路無短路并更換保險絲。

③檢查PTC加熱水泵供電是否正常，斷開PTC加熱水泵連接器CA72，將啟動開關(guān)打至ON檔，測量CA72的3號端子與搭鐵電壓應(yīng)為11-14V。

④檢查PTC加熱水泵搭鐵是否正常，關(guān)閉啟動開關(guān)，測量CA72的1號端子與搭鐵電阻應(yīng)小于1Ω。

⑤檢查PTC電加熱水泵與A/C控制器之間的控制線束。斷開A/C控制器連接器IP80，測量CA72的2號端子與IP80的8號端子電阻應(yīng)小于1Ω。

⑥更換PTC加熱水泵

⑦更換A/C控制器

3.2 冷卻風(fēng)扇低速檔不運轉(zhuǎn)的故障檢修

EV450電驅(qū)動系統(tǒng)散熱器與空調(diào)制冷系統(tǒng)冷凝器依靠兩個冷卻風(fēng)扇強制散熱。兩個風(fēng)扇分別由VCU通過一個低速檔繼電器和一個高速檔繼電器控制高低速，若冷卻風(fēng)扇不運轉(zhuǎn)將導(dǎo)致驅(qū)動電機、車載充電機溫度過高，制冷系統(tǒng)高壓壓力偏高、制冷效果變差等故障。冷卻風(fēng)扇控制電路如圖7所示。

①用故障診斷儀讀取A/C空調(diào)控制器故障碼，若有按故障代碼檢查;

②檢查整車控制器VCU保險絲EF09、SF08是否熔斷，若熔斷，檢查線路無短路并更換保險絲。

③檢查冷卻風(fēng)扇電源供電是否正常，關(guān)閉啟動開關(guān)，斷開冷卻風(fēng)扇1連接器CA30b，將啟動開關(guān)打至ON檔，測量CA30b的1號端子與搭鐵電壓應(yīng)為11-14V。

④檢查冷卻風(fēng)扇搭鐵是否正常，關(guān)閉啟動開關(guān)，測量CA30b的3號端子與搭鐵電阻應(yīng)小于1Ω。

⑤檢查冷卻風(fēng)扇低速繼電器ER12。

⑥檢查冷卻風(fēng)扇主繼電器ER05。

⑦更換冷卻風(fēng)扇。

⑧更換VCU控制器。

4 總結(jié)

熱管理系統(tǒng)是電動汽車的核心管理系統(tǒng)之一，本文以吉利帝豪EV450電動汽車熱管理系統(tǒng)為例，介紹其熱管理系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及工作原理，重點針對熱管理系統(tǒng)中的動力電池智能溫控管理系統(tǒng)（ITCS2.0）對其控制策略進(jìn)行分析。在對吉利帝豪EV450熱管理系統(tǒng)進(jìn)行檢修時，掌握熱管理系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理可快速確定故障所在的熱管理范圍，結(jié)合故障出現(xiàn)時車輛所處的工作狀況及其控制策略，有助于對故障原因進(jìn)行分析并實行檢修。

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