吉利帝豪EV450電動汽車熱管理系統控制策略與故障檢修

王景智

摘 要：純電動汽車熱管理系統整體結構復雜，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，剖析其熱管理系統的組成結構與工作原理，對其配備的電池智能熱管理系統ITCS 2.0控制策略進行分析，并對其熱管理系統兩例典型的故障進行檢修，為電動汽車熱管理系統故障診斷及排除提供參考。

關鍵詞：EV450 熱管理系統 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性能的好壞直接影響車輛的續航里程，是電動汽車的核心管理系統之一。純電動汽車熱管理系統通常包括電驅動系統、駕乘艙和動力電池的熱管理，由于電動汽車熱管理系統組成部件多，電驅動系統和動力電池對溫度的控制要求更高，電動汽車熱管理系統控制策略相對于傳統燃油車更為復雜。吉利帝豪電動汽車的熱管理系統是目前主流電動汽車中較為先進的熱管理系統，下面對吉利帝豪EV450電動汽車熱管理的組成結構與工作原理、控制策略進行剖析，結合熱管理系統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組成與工作原理

吉利帝豪EV450電動汽車熱管理系統分為三個部分：駕乘艙熱管理、動力電池熱管理、電驅動系統熱管理[1]。

1.1 駕乘艙熱管理

駕乘艙熱管理如圖1所示，制冷系統由電動渦旋式壓縮機、平行流式冷凝器、層疊式蒸發器和H型膨脹閥等組成，采用的制冷劑是R134a。在H型膨脹閥的前端設置有制冷管路電磁閥，在駕乘艙不需要制冷時電磁閥關閉，切斷通向蒸發器的制冷回路。由于沒有發動機，駕乘艙制熱靠液暖電加熱PTC來實現。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加熱水泵驅使經PTC加熱后的冷卻液流進空調箱的加熱芯體，實現采暖。

1.2 電驅動系統熱管理

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

電驅動系統熱管理通過冷卻液循環為驅動電機、車載充電機、電機控制器/DCDC總成這三大部件進行散熱冷卻，主要包括電動水泵、電驅動系統部件冷卻液回路、三通電磁閥WV2、散熱器、冷卻風扇、進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，對電驅動系統溫度進行精確控制。

1.3 動力電池熱管理

動力電池熱管理根據不同的工況采用冷卻回路、加熱回路和電驅動加熱回路對動力電池進行熱管理[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來為動力電池降溫，如圖3所示。動力電池管理系統BMS根據監測到的動力電池包進出口水溫及單體電池溫度情況，當需要啟動制冷系統對動力電池進行降溫時，熱管理控制器控制熱交換器電磁閥打開，啟動電動空調壓縮機進行制冷循環，此時熱交換器中的制冷劑回路相當于蒸發器。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運轉促使在動力電池冷卻液流進熱交換器，將熱量傳給制冷系統。熱管理控制器根據動力電池溫度狀態的變化調節制冷量和水泵的轉速，精確控制動力電池的溫度。

當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動加熱回路，利用電動汽車運行過程中電驅動系統產生的熱量來為動力電池加熱，可有效降低動力電池非驅動電耗，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，促使電驅動系統冷卻回路的高溫冷動液流向動力電池，對動力電池進行加熱。

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根據單體電池最高溫度，發送熱管理控制信號，同時，發送目標水溫、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“關閉”三種狀態，“勻熱”是制冷系統不工作，利用冷卻液與電池的溫差持續對電池進行冷卻的狀態。

（1）目標水溫控制

吉利帝豪EV450動力電池冷卻的目標水溫是22℃，當入口水溫>22℃時，BMS發送“冷卻”控制信號，啟動制冷系統對動力電池進行冷卻;當入口水溫<10℃時，BMS發送“勻熱”控制信號，動力電池冷卻保持當前狀態（勻熱或者冷卻）。當根據目標水溫關閉動力電池冷卻時，單體電池最大溫差應≤10℃，否則BMS記錄故障，并發送故障報警[1，4]。

（2）單體電池最高溫度Th控制

當單體電池最高溫度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發送電池高溫故障報警。當單體電池最高溫度Th<55℃，且SOC大于最低限值時，BMS根據動力電池工作模式發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;當單體電池最高溫度≤28℃，電池冷卻回路關閉。

動力電池冷卻開啟后，當BMS監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，制冷系統停止工作，動力電池進入“勻熱”狀態，利用處于低溫的冷卻液持續給動力電池冷卻。若電池最高溫度持續10min不變，“勻熱”關閉，重啟制冷系統給動力電池冷卻。

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根據單體電池最低溫度，發送熱管理控制信號，同時發送目標水溫、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“關閉”三種狀態，“勻熱”是PTC電加熱器不工作，利用冷卻液與電池的溫差持續對電池進行加熱的狀態。

（1）目標水溫控制

吉利帝豪EV450動力電池加熱的目標水溫是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℃，電池加熱系統啟動工作;當單體電池最低溫度TL≥-8℃，電池PTC加熱系統停止工作。

②快充模式，當電池單體最高電壓≤4.148V時，-20℃

③慢充模式，當-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加熱關閉，水泵繼續運轉，開啟“勻熱”。若電池最高溫度持續10min不變，“勻熱”關閉，重啟動力電池PTC加熱系統。

2.3 動力電池驅動回路加熱控制策略

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

3 吉利EV450電動汽車熱管理系統故障案例分析

3.1 PTC加熱水泵故障檢修

PTC加熱水泵不工作將導致空調制暖效果差，低溫狀態時，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，將啟動開關打至ON檔，測量CA72的3號端子與搭鐵電壓應為11-14V。

④檢查PTC加熱水泵搭鐵是否正常，關閉啟動開關，測量CA72的1號端子與搭鐵電阻應小于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號端子電阻應小于1Ω。

⑥更換PTC加熱水泵

⑦更換A/C控制器

3.2 冷卻風扇低速檔不運轉的故障檢修

EV450電驅動系統散熱器與空調制冷系統冷凝器依靠兩個冷卻風扇強制散熱。兩個風扇分別由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，若冷卻風扇不運轉將導致驅動電機、車載充電機溫度過高，制冷系統高壓壓力偏高、制冷效果變差等故障。冷卻風扇控制電路如圖7所示。

①用故障診斷儀讀取A/C空調控制器故障碼，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檢查冷卻風扇電源供電是否正常，關閉啟動開關，斷開冷卻風扇1連接器CA30b，將啟動開關打至ON檔，測量CA30b的1號端子與搭鐵電壓應為11-14V。

④檢查冷卻風扇搭鐵是否正常，關閉啟動開關，測量CA30b的3號端子與搭鐵電阻應小于1Ω。

⑤檢查冷卻風扇低速繼電器ER12。

⑥檢查冷卻風扇主繼電器ER05。

⑦更換冷卻風扇。

⑧更換VCU控制器。

4 總結

熱管理系統是電動汽車的核心管理系統之一，本文以吉利帝豪EV450電動汽車熱管理系統為例，介紹其熱管理系統的組成結構及工作原理，重點針對熱管理系統中的動力電池智能溫控管理系統（ITCS2.0）對其控制策略進行分析。在對吉利帝豪EV450熱管理系統進行檢修時，掌握熱管理系統的組成結構和工作原理可快速確定故障所在的熱管理范圍，結合故障出現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行分析并實行檢修。

參考文獻：

[1]吉利汽車. 吉利帝豪EV450維修手冊2018.

[2]李丹.吉利帝豪EV450熱管理系統結構原理及檢修[J]. 汽車電器.2020，（2）：16-18.

[3]王莫然等.純電動汽車冬季冷啟動階段熱管理策略影響續駛里程分析[J]. 制冷學報.2021，42（01）：60-66.

[4]黎帥.電動汽車熱管理系統設計及應用進展[J]. 汽車實用技術.2019，（13）：8-11.

[5]查云飛等.動力電池液體熱管理研究綜述[J]. 汽車文摘.2020，（11）：1-8.