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摘 要：纯电动汽车热管理系统整体结构复杂，控制策略各异，故障检修难度较高。本文以主流纯电动汽车—吉利帝豪EV450为例，剖析其热管理系统的组成结构与工作原理，对其配备的电池智能热管理系统ITCS 2.0控制策略进行分析，并对其热管理系统两例典型的故障进行检修，为电动汽车热管理系统故障诊断及排除提供参考。
关键词：EV450 热管理系统 电池智能热管理 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 EV450’s 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
纯电动汽车热管理系统性能的好坏直接影响车辆的续航里程，是電动汽车的核心管理系统之一。纯电动汽车热管理系统通常包括电驱动系统、驾乘舱和动力电池的热管理，由于电动汽车热管理系统组成部件多，电驱动系统和动力电池对温度的控制要求更高，电动汽车热管理系统控制策略相对于传统燃油车更为复杂。吉利帝豪电动汽车的热管理系统是目前主流电动汽车中较为先进的热管理系统，下面对吉利帝豪EV450电动汽车热管理的组成结构与工作原理、控制策略进行剖析，结合热管理系统常见故障的检修归纳其检修的基本流程。
1 吉利EV450电动汽车热管理系统组成与工作原理
吉利帝豪EV450电动汽车热管理系统分为三个部分：驾乘舱热管理、动力电池热管理、电驱动系统热管理[1]。
1.1 驾乘舱热管理
驾乘舱热管理如图1所示，制冷系统由电动涡旋式压缩机、平行流式冷凝器、层叠式蒸发器和H型膨胀阀等组成，采用的制冷剂是R134a。在H型膨胀阀的前端设置有制冷管路电磁阀，在驾乘舱不需要制冷时电磁阀关闭，切断通向蒸发器的制冷回路。由于没有发动机，驾乘舱制热靠液暖电加热PTC来实现。需要制热时，热管理控制器控制PTC加热器（HVH）工作，控制三通电磁阀WV1的1、2号管路接通，PTC加热水泵驱使经PTC加热后的冷却液流进空调箱的加热芯体，实现采暖。
1.2 电驱动系统热管理
吉利EV450电动汽车驱动电机电磁线圈在工作时会发热，若不加以冷却，驱动电机将无法正常工作。为了给驱动电机降温，电机机体内设置有冷却液道，通过冷却液的流动降温，防止驱动电机过热。车载充电机、电机控制器/DCDC总成工作时，电力电子元件IGBT也会产生大量的热量，需要进行冷却，因此这些部件也设有冷却液道来进行降温。
电驱动系统热管理通过冷却液循环为驱动电机、车载充电机、电机控制器/DCDC总成这三大部件进行散热冷却，主要包括电动水泵、电驱动系统部件冷却液回路、三通电磁阀WV2、散热器、冷却风扇、进出水温度传感器和膨胀罐等组成，如图2所示。冷却液的流动顺序为电动水泵3——电机控制器/DCDC总成——车载充电机——驱动电机——三通电磁阀WV2——散热器，电机控制器/DCDC总成出入口分别安装有两个温度传感器，对电驱动系统温度进行精确控制。
1.3 动力电池热管理
动力电池热管理根据不同的工况采用冷却回路、加热回路和电驱动加热回路对动力电池进行热管理[2]。动力电池冷却回路通过热交换集成模块引入驾乘舱制冷系统来为动力电池降温，如图3所示。动力电池管理系统BMS根据监测到的动力电池包进出口水温及单体电池温度情况，当需要启动制冷系统对动力电池进行降温时，热管理控制器控制热交换器电磁阀打开，启动电动空调压缩机进行制冷循环，此时热交换器中的制冷剂回路相当于蒸发器。同时热管理控制器控制三通电磁阀WV3的5、7号管路接通，电动水泵2运转促使在动力电池冷却液流进热交换器，将热量传给制冷系统。热管理控制器根据动力电池温度状态的变化调节制冷量和水泵的转速，精确控制动力电池的温度。
当动力电池最低温度小于-10℃时，动力电池加热回路利用驾乘舱的电加热PTC来为动力电池供热，如图4所示。热管理控制器控制三通电磁阀WV1的1、10管路接通，三通电磁阀WV3的5、7管路接通，启动PTC加热器、电池水泵1和电动水泵2。PTC电加热冷却液流动顺序为电动水泵1——PTC加热器——三通电磁阀WV1——热交换器——电动水泵1。加热后的PTC电加热冷却液与动力电池冷却液在热交换器中进行热量交换，将热量传给动力电池冷却液，为动力电池加热。 当动力电池有加热需求，且最低温度大于-10℃时，动力电池加热采用电驱动加热回路，利用电动汽车运行过程中电驱动系统产生的热量来为动力电池加热，可有效降低动力电池非驱动电耗，如图5所示。热管理控制器控制三通電磁阀WV2的1、3号管路接通，控制三通电磁阀WV3的5、6号管路接通，同时启动电动水泵2和电动水泵3，促使电驱动系统冷却回路的高温冷动液流向动力电池，对动力电池进行加热。
2 动力电池智能热管理（ITCS2.0）控制策略
吉利帝豪EV450配备动力电池智能热管理（ITCS2.0），可在交流慢充模式、直流快充模式、智能充电或行车过程中（包括车速为0）时对动力电池进行热管理[1，3]。
2.1 动力电池冷却控制策略
吉利帝豪EV450动力电池冷却时，由BMS根据单体电池最高温度，发送热管理控制信号，同时，发送目标水温、入出口水温和水温传感器故障这三类信号。动力电池冷却包括“冷却”、“匀热”和“关闭”三种状态，“匀热”是制冷系统不工作，利用冷却液与电池的温差持续对电池进行冷却的状态。
（1）目标水温控制
吉利帝豪EV450动力电池冷却的目标水温是22℃，当入口水温>22℃时，BMS发送“冷却”控制信号，启动制冷系统对动力电池进行冷却;当入口水温<10℃时，BMS发送“匀热”控制信号，动力电池冷却保持当前状态（匀热或者冷却）。当根据目标水温关闭动力电池冷却时，单体电池最大温差应≤10℃，否则BMS记录故障，并发送故障报警[1，4]。
（2）单体电池最高温度Th控制
当单体电池最高温度Th≥55℃时，车辆无法上高压电，车辆处于ON档时，不启动电池冷却，同时BMS发送电池高温故障报警。当单体电池最高温度Th<55℃，且SOC大于最低限值时，BMS根据动力电池工作模式发送动力电池冷却信号。在放电模式或慢充模式时，单体电池最高温度≥38℃，电池冷却回路开启;单体电池最高温度≤32℃，电池冷却回路关闭。在快充模式时，单体电池最高温度≥32℃，电池冷却回路开启;当单体电池最高温度≤28℃，电池冷却回路关闭。
动力电池冷却开启后，当BMS监测到单体电池的平均温度Tavg≥25℃，且动力电池冷却液温度与单体电池最高温度温差ΔT≥14℃时，制冷系统停止工作，动力电池进入“匀热”状态，利用处于低温的冷却液持续给动力电池冷却。若电池最高温度持续10min不变，“匀热”关闭，重启制冷系统给动力电池冷却。
2.2 动力电池PTC加热控制策略
吉利帝豪EV450动力电池需要加热时，由BMS根据单体电池最低温度，发送热管理控制信号，同时发送目标水温、入出口水温和水温传感器故障这三类信号。动力电池加热包括“加热”、“匀热”和“关闭”三种状态，“匀热”是PTC电加热器不工作，利用冷却液与电池的温差持续对电池进行加热的状态。
（1）目标水温控制
吉利帝豪EV450动力电池加热的目标水温是40℃，行车模式启动动力电池加热前，动力电池单体温度不能低于-30℃;快充和慢充模式启动动电池加热前，动力电池的单体温度不能低于-20℃[1，5]。
（2）单体电池最低温度TL控制
①放电模式，电池单体电池最低温度TL≤-18℃，电池加热系统启动工作;当单体电池最低温度TL≥-8℃，电池PTC加热系统停止工作。
②快充模式，当电池单体最高电压≤4.148V时，-20℃ ③慢充模式，当-20℃ ④动力电池加热启动后，若单体电池温度的变化量≥12℃，冷却水温度与单体电池最高温度温差≥14℃，电池PTC加热关闭，水泵继续运转，开启“匀热”。若电池最高温度持续10min不变，“匀热”关闭，重启动力电池PTC加热系统。
2.3 动力电池驱动回路加热控制策略
当动力电池有加热需求且电池最低温度小于-10℃，热管理系统开启电加热PTC回路为动力电池加热;当动力电池有加热需求且-10℃ 3 吉利EV450电动汽车热管理系统故障案例分析
3.1 PTC加热水泵故障检修
PTC加热水泵不工作将导致空调制暖效果差，低温状态时，动力电池温升慢，电池输出功率受限等故障，PTC加热水泵电路如图6所示。
①用故障诊断仪读取A/C空调控制器故障码，若有按故障代码检查;
②检查PTC加热水泵保险丝EF13是否熔断，若熔断，检查线路无短路并更换保险丝。
③检查PTC加热水泵供电是否正常，断开PTC加热水泵连接器CA72，将启动开关打至ON档，测量CA72的3号端子与搭铁电压应为11-14V。
④检查PTC加热水泵搭铁是否正常，关闭启动开关，测量CA72的1号端子与搭铁电阻应小于1Ω。
⑤检查PTC电加热水泵与A/C控制器之间的控制线束。断开A/C控制器连接器IP80，测量CA72的2号端子与IP80的8号端子电阻应小于1Ω。
⑥更换PTC加热水泵
⑦更换A/C控制器
3.2 冷却风扇低速档不运转的故障检修
EV450电驱动系统散热器与空调制冷系统冷凝器依靠两个冷却风扇强制散热。两个风扇分别由VCU通过一个低速档继电器和一个高速档继电器控制高低速，若冷却风扇不运转将导致驱动电机、车载充电机温度过高，制冷系统高压压力偏高、制冷效果变差等故障。冷却风扇控制电路如图7所示。
①用故障诊断仪读取A/C空调控制器故障码，若有按故障代码检查;
②检查整车控制器VCU保险丝EF09、SF08是否熔断，若熔断，检查线路无短路并更换保险丝。
③检查冷却风扇电源供电是否正常，关闭启动开关，断开冷却风扇1连接器CA30b，将启动开关打至ON档，测量CA30b的1号端子与搭铁电压应为11-14V。
④检查冷却风扇搭铁是否正常，关闭启动开关，测量CA30b的3号端子与搭铁电阻应小于1Ω。
⑤检查冷却风扇低速继电器ER12。
⑥检查冷却风扇主继电器ER05。
⑦更换冷却风扇。
⑧更换VCU控制器。
4 总结
热管理系统是电动汽车的核心管理系统之一，本文以吉利帝豪EV450电动汽车热管理系统为例，介绍其热管理系统的组成结构及工作原理，重点针对热管理系统中的动力电池智能温控管理系统（ITCS2.0）对其控制策略进行分析。在对吉利帝豪EV450热管理系统进行检修时，掌握热管理系统的组成结构和工作原理可快速确定故障所在的热管理范围，结合故障出现时车辆所处的工作状况及其控制策略，有助于对故障原因进行分析并实行检修。
参考文献：
[1]吉利汽车. 吉利帝豪EV450维修手册2018.
[2]李丹.吉利帝豪EV450热管理系统结构原理及检修[J]. 汽车电器.2020，（2）：16-18.
[3]王莫然等.纯电动汽车冬季冷启动阶段热管理策略影响续驶里程分析[J]. 制冷学报.2021，42（01）：60-66.
[4]黎帅.电动汽车热管理系统设计及应用进展[J]. 汽车实用技术.2019，（13）：8-11.
[5]查云飞等.动力电池液体热管理研究综述[J]. 汽车文摘.2020，（11）：1-8.
关键词：EV450 热管理系统 电池智能热管理 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 EV450’s 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
纯电动汽车热管理系统性能的好坏直接影响车辆的续航里程，是電动汽车的核心管理系统之一。纯电动汽车热管理系统通常包括电驱动系统、驾乘舱和动力电池的热管理，由于电动汽车热管理系统组成部件多，电驱动系统和动力电池对温度的控制要求更高，电动汽车热管理系统控制策略相对于传统燃油车更为复杂。吉利帝豪电动汽车的热管理系统是目前主流电动汽车中较为先进的热管理系统，下面对吉利帝豪EV450电动汽车热管理的组成结构与工作原理、控制策略进行剖析，结合热管理系统常见故障的检修归纳其检修的基本流程。
1 吉利EV450电动汽车热管理系统组成与工作原理
吉利帝豪EV450电动汽车热管理系统分为三个部分：驾乘舱热管理、动力电池热管理、电驱动系统热管理[1]。
1.1 驾乘舱热管理
驾乘舱热管理如图1所示，制冷系统由电动涡旋式压缩机、平行流式冷凝器、层叠式蒸发器和H型膨胀阀等组成，采用的制冷剂是R134a。在H型膨胀阀的前端设置有制冷管路电磁阀，在驾乘舱不需要制冷时电磁阀关闭，切断通向蒸发器的制冷回路。由于没有发动机，驾乘舱制热靠液暖电加热PTC来实现。需要制热时，热管理控制器控制PTC加热器（HVH）工作，控制三通电磁阀WV1的1、2号管路接通，PTC加热水泵驱使经PTC加热后的冷却液流进空调箱的加热芯体，实现采暖。
1.2 电驱动系统热管理
吉利EV450电动汽车驱动电机电磁线圈在工作时会发热，若不加以冷却，驱动电机将无法正常工作。为了给驱动电机降温，电机机体内设置有冷却液道，通过冷却液的流动降温，防止驱动电机过热。车载充电机、电机控制器/DCDC总成工作时，电力电子元件IGBT也会产生大量的热量，需要进行冷却，因此这些部件也设有冷却液道来进行降温。
电驱动系统热管理通过冷却液循环为驱动电机、车载充电机、电机控制器/DCDC总成这三大部件进行散热冷却，主要包括电动水泵、电驱动系统部件冷却液回路、三通电磁阀WV2、散热器、冷却风扇、进出水温度传感器和膨胀罐等组成，如图2所示。冷却液的流动顺序为电动水泵3——电机控制器/DCDC总成——车载充电机——驱动电机——三通电磁阀WV2——散热器，电机控制器/DCDC总成出入口分别安装有两个温度传感器，对电驱动系统温度进行精确控制。
1.3 动力电池热管理
动力电池热管理根据不同的工况采用冷却回路、加热回路和电驱动加热回路对动力电池进行热管理[2]。动力电池冷却回路通过热交换集成模块引入驾乘舱制冷系统来为动力电池降温，如图3所示。动力电池管理系统BMS根据监测到的动力电池包进出口水温及单体电池温度情况，当需要启动制冷系统对动力电池进行降温时，热管理控制器控制热交换器电磁阀打开，启动电动空调压缩机进行制冷循环，此时热交换器中的制冷剂回路相当于蒸发器。同时热管理控制器控制三通电磁阀WV3的5、7号管路接通，电动水泵2运转促使在动力电池冷却液流进热交换器，将热量传给制冷系统。热管理控制器根据动力电池温度状态的变化调节制冷量和水泵的转速，精确控制动力电池的温度。
当动力电池最低温度小于-10℃时，动力电池加热回路利用驾乘舱的电加热PTC来为动力电池供热，如图4所示。热管理控制器控制三通电磁阀WV1的1、10管路接通，三通电磁阀WV3的5、7管路接通，启动PTC加热器、电池水泵1和电动水泵2。PTC电加热冷却液流动顺序为电动水泵1——PTC加热器——三通电磁阀WV1——热交换器——电动水泵1。加热后的PTC电加热冷却液与动力电池冷却液在热交换器中进行热量交换，将热量传给动力电池冷却液，为动力电池加热。 当动力电池有加热需求，且最低温度大于-10℃时，动力电池加热采用电驱动加热回路，利用电动汽车运行过程中电驱动系统产生的热量来为动力电池加热，可有效降低动力电池非驱动电耗，如图5所示。热管理控制器控制三通電磁阀WV2的1、3号管路接通，控制三通电磁阀WV3的5、6号管路接通，同时启动电动水泵2和电动水泵3，促使电驱动系统冷却回路的高温冷动液流向动力电池，对动力电池进行加热。
2 动力电池智能热管理（ITCS2.0）控制策略
吉利帝豪EV450配备动力电池智能热管理（ITCS2.0），可在交流慢充模式、直流快充模式、智能充电或行车过程中（包括车速为0）时对动力电池进行热管理[1，3]。
2.1 动力电池冷却控制策略
吉利帝豪EV450动力电池冷却时，由BMS根据单体电池最高温度，发送热管理控制信号，同时，发送目标水温、入出口水温和水温传感器故障这三类信号。动力电池冷却包括“冷却”、“匀热”和“关闭”三种状态，“匀热”是制冷系统不工作，利用冷却液与电池的温差持续对电池进行冷却的状态。
（1）目标水温控制
吉利帝豪EV450动力电池冷却的目标水温是22℃，当入口水温>22℃时，BMS发送“冷却”控制信号，启动制冷系统对动力电池进行冷却;当入口水温<10℃时，BMS发送“匀热”控制信号，动力电池冷却保持当前状态（匀热或者冷却）。当根据目标水温关闭动力电池冷却时，单体电池最大温差应≤10℃，否则BMS记录故障，并发送故障报警[1，4]。
（2）单体电池最高温度Th控制
当单体电池最高温度Th≥55℃时，车辆无法上高压电，车辆处于ON档时，不启动电池冷却，同时BMS发送电池高温故障报警。当单体电池最高温度Th<55℃，且SOC大于最低限值时，BMS根据动力电池工作模式发送动力电池冷却信号。在放电模式或慢充模式时，单体电池最高温度≥38℃，电池冷却回路开启;单体电池最高温度≤32℃，电池冷却回路关闭。在快充模式时，单体电池最高温度≥32℃，电池冷却回路开启;当单体电池最高温度≤28℃，电池冷却回路关闭。
动力电池冷却开启后，当BMS监测到单体电池的平均温度Tavg≥25℃，且动力电池冷却液温度与单体电池最高温度温差ΔT≥14℃时，制冷系统停止工作，动力电池进入“匀热”状态，利用处于低温的冷却液持续给动力电池冷却。若电池最高温度持续10min不变，“匀热”关闭，重启制冷系统给动力电池冷却。
2.2 动力电池PTC加热控制策略
吉利帝豪EV450动力电池需要加热时，由BMS根据单体电池最低温度，发送热管理控制信号，同时发送目标水温、入出口水温和水温传感器故障这三类信号。动力电池加热包括“加热”、“匀热”和“关闭”三种状态，“匀热”是PTC电加热器不工作，利用冷却液与电池的温差持续对电池进行加热的状态。
（1）目标水温控制
吉利帝豪EV450动力电池加热的目标水温是40℃，行车模式启动动力电池加热前，动力电池单体温度不能低于-30℃;快充和慢充模式启动动电池加热前，动力电池的单体温度不能低于-20℃[1，5]。
（2）单体电池最低温度TL控制
①放电模式，电池单体电池最低温度TL≤-18℃，电池加热系统启动工作;当单体电池最低温度TL≥-8℃，电池PTC加热系统停止工作。
②快充模式，当电池单体最高电压≤4.148V时，-20℃
2.3 动力电池驱动回路加热控制策略
当动力电池有加热需求且电池最低温度小于-10℃，热管理系统开启电加热PTC回路为动力电池加热;当动力电池有加热需求且-10℃
3.1 PTC加热水泵故障检修
PTC加热水泵不工作将导致空调制暖效果差，低温状态时，动力电池温升慢，电池输出功率受限等故障，PTC加热水泵电路如图6所示。
①用故障诊断仪读取A/C空调控制器故障码，若有按故障代码检查;
②检查PTC加热水泵保险丝EF13是否熔断，若熔断，检查线路无短路并更换保险丝。
③检查PTC加热水泵供电是否正常，断开PTC加热水泵连接器CA72，将启动开关打至ON档，测量CA72的3号端子与搭铁电压应为11-14V。
④检查PTC加热水泵搭铁是否正常，关闭启动开关，测量CA72的1号端子与搭铁电阻应小于1Ω。
⑤检查PTC电加热水泵与A/C控制器之间的控制线束。断开A/C控制器连接器IP80，测量CA72的2号端子与IP80的8号端子电阻应小于1Ω。
⑥更换PTC加热水泵
⑦更换A/C控制器
3.2 冷却风扇低速档不运转的故障检修
EV450电驱动系统散热器与空调制冷系统冷凝器依靠两个冷却风扇强制散热。两个风扇分别由VCU通过一个低速档继电器和一个高速档继电器控制高低速，若冷却风扇不运转将导致驱动电机、车载充电机温度过高，制冷系统高压压力偏高、制冷效果变差等故障。冷却风扇控制电路如图7所示。
①用故障诊断仪读取A/C空调控制器故障码，若有按故障代码检查;
②检查整车控制器VCU保险丝EF09、SF08是否熔断，若熔断，检查线路无短路并更换保险丝。
③检查冷却风扇电源供电是否正常，关闭启动开关，断开冷却风扇1连接器CA30b，将启动开关打至ON档，测量CA30b的1号端子与搭铁电压应为11-14V。
④检查冷却风扇搭铁是否正常，关闭启动开关，测量CA30b的3号端子与搭铁电阻应小于1Ω。
⑤检查冷却风扇低速继电器ER12。
⑥检查冷却风扇主继电器ER05。
⑦更换冷却风扇。
⑧更换VCU控制器。
4 总结
热管理系统是电动汽车的核心管理系统之一，本文以吉利帝豪EV450电动汽车热管理系统为例，介绍其热管理系统的组成结构及工作原理，重点针对热管理系统中的动力电池智能温控管理系统（ITCS2.0）对其控制策略进行分析。在对吉利帝豪EV450热管理系统进行检修时，掌握热管理系统的组成结构和工作原理可快速确定故障所在的热管理范围，结合故障出现时车辆所处的工作状况及其控制策略，有助于对故障原因进行分析并实行检修。
参考文献：
[1]吉利汽车. 吉利帝豪EV450维修手册2018.
[2]李丹.吉利帝豪EV450热管理系统结构原理及检修[J]. 汽车电器.2020，（2）：16-18.
[3]王莫然等.纯电动汽车冬季冷启动阶段热管理策略影响续驶里程分析[J]. 制冷学报.2021，42（01）：60-66.
[4]黎帅.电动汽车热管理系统设计及应用进展[J]. 汽车实用技术.2019，（13）：8-11.
[5]查云飞等.动力电池液体热管理研究综述[J]. 汽车文摘.2020，（11）：1-8.