電動汽車冷卻系統設計

張玲，董瑞新，張紅濤

（長安汽車股份有限公司北京研究院，北京 100000）

電動汽車冷卻系統設計

張玲，董瑞新，張紅濤

（長安汽車股份有限公司北京研究院，北京 100000）

介紹一種電動汽車的冷卻系統裝置及控制方法。確保電動汽車動力系統部件工作在適宜的溫度下，車輛能夠安全運行，達到節能控制、增加電動汽車續駛里程的目的。

電動汽車；冷卻系統；控制方法

在電動汽車中，電機及電機控制器取代常規發動機，將高壓電池中的電能轉換成機械能，提供給整車以驅動車輛運行。增加充電機及DC／DC變換器，使用充電機給高壓電池充電；通過DC／DC變換器將高壓交流電轉換成低壓直流電，供整車低壓用電設備使用。車輛行駛或制動時，在電機進行能量回收過程中，電機和電機控制器中的逆變器產生大量熱量。熱量過多堆積使部件的溫度上升，嚴重影響部件的工作效率以及使用壽命。因此，需根據電機、電機控制器、充電機、DC／DC變換器的工作溫度范圍區間及車輛運行狀態，設計一套電動汽車冷卻系統，對其進行冷卻，保證電機、電機控制器、充電機、DC／DC變換器的溫度在允許設計范圍內。由于電動汽車續時里程備受關注，電動汽車能耗成為研究對象。

電動汽車動力系統冷卻方式分為風冷和水冷。風冷卻系統的效率低，溫度控制不精準；水冷卻系統效率高，溫度控制精準。本文主要介紹某車型動力系統水冷卻系統，闡述電動汽車動力系統的水冷卻系統構成及控制，保證電動汽車動力部件在適合的工作范圍內安全運行，同時實現節能控制。某車型動力系統冷卻系統部件位置圖見圖1。

1 電動汽車冷卻系統構成

1.1 電動汽車冷卻系統零部件構成

電動汽車冷卻系統零部件構成見圖2。主要包括由冷卻管路依次連接在一起的散熱器、電動水泵、水溫傳感器、充電機、DC／DC變換器、電機控制器、電機、補償水壺。其中冷卻管路內充滿冷卻液，散熱器上裝有加強冷卻的電動風扇。

圖1 某車型動力系統水冷卻系統部件位置圖

散熱器的作用是冷卻系統內部的冷卻液；電動水泵的作用是為系統內部冷卻液提供動力；電動風扇的作用是加強散熱器的冷卻能力；水溫傳感器的作用是檢測系統內部冷卻液溫度。

1.2 冷卻系統控制部件構成

冷卻系統控制包含熱管理模塊控制器及整車控制器，它們通過CAN進行通信，隸屬于整車CAN。電機、電機控制器、充電機及DC／DC變換器則隸屬于動力CAN部分。熱管理模塊控制器通過硬線與電動水泵、水溫傳感器、電動風扇連接，進行信息傳遞。冷卻系統控制原理見圖3。

圖2 冷卻系統零部件構成

圖3 冷卻系統控制原理

2 冷卻系統控制設計

控制系統功能：①驅動電動水泵，控制電動水泵轉速，采集電動水泵反饋信號，將電動水泵運行情況上報整車。②驅動電動風扇，控制風扇高低轉速。③溫度信號采集，對故障信息采集及判定。④實現與整車控制器的CAN通信。

電動汽車與傳統的發動機汽車有所不同，整車不同的運行狀態，控制方式不同。電動汽車工作模式分為：車輛運行模式和車輛充電模式。模式不同，動力系統對冷卻系統控制的溫度及流量便不同。

2.1 車輛運行時冷卻系統控制

車輛起動運行，鑰匙打到ON，儀表上指示燈“ready”燈開始閃爍時，熱管理模塊控制器控制電動水泵開始以X占空比運行。熱管理模塊控制器通過水溫傳感器檢測冷卻系統水循環散熱器出水溫度；通過CAN通信實時監測整車控制器發出的電機、電機控制器、逆變器的溫度；通過檢測水溫傳感器、電機、電機控制器、逆變器的溫度，來調整電動水泵轉速及風扇高低速切換。

鑰匙打到OFF，整車下電后，電動水泵延時幾秒后關閉。

2.2 車輛充電時冷卻系統控制

車輛充電時，整車控制器硬線喚醒熱管理模塊控制器，控制電動水泵以Z%占空比工作。

整車充電完畢，電動水泵延時幾秒后關閉。

上述溫度閥值和電動水泵占空比可以根據不同的動力系統部件進行匹配調節。

2.3 冷卻系統診斷流程控制

電動汽車冷卻系統故障時，熱管理模塊可檢測故障信息，并通過CAN信號發給整車控制器。

熱管理模塊控制器在檢測水溫傳感器短路或斷路時，可控制電動水泵以Y占空比運轉，通過CAN發送水溫傳感器故障。整車控制器對電機進行限制功率控制。

熱管理模塊控制器通過電動水泵的輸出信號來檢測電動水泵是否正常工作。若未正常，風扇高速開啟。熱管理模塊控制器通過CAN信號發送電動水泵故障信號，整車控制器對電機進行限制功率控制，直至車輛停止。整車報三級故障，此時儀表故障燈點亮。熱管理模塊控制器通過電動水泵的輸出信號來判定電動水泵故障模式，電動水泵故障模式有過壓、欠壓、過溫保護、電流故障、堵轉或空轉、電動水泵損壞或外圍電路故障（插件松動、熔斷絲燒毀）等。

熱管理模塊控制器可以記憶水溫傳感器及電動水泵的故障模式，通過整車的診斷接口，利用診斷儀讀取故障信息，以便維修時快速鎖定故障原因。

3 應用結果

3.1 仿真分析結論

圖4是某電動汽車冷卻系統水流量仿真分析。水泵占空比在X%時，系統水流量＞12 L／min，滿足電機及電機控制器的流量要求。

圖5是某電動汽車冷卻系統溫度仿真分析。環境溫度在40℃，車速45km／h，電動水泵占空比在X%時，風扇高速運轉，冷卻系統水溫度47.9℃。滿足電動汽車動力系統部件進水溫度要求。

圖4 流量仿真

圖5 溫度仿真

圖6是某電動汽車風扇轉速與系統溫度的關系仿真分析。環境溫度在40℃，車速45km／h，電動水泵占空比在X%。用來確定風扇高速擋與低速擋電機轉速。

圖6 風扇轉速與系統溫度關系

圖7是某電動汽車風扇轉速與系統溫度的關系仿真分析。環境溫度在38℃，車速45km／h，電動水泵占空比在X%。用來確定風扇高速擋與低速擋電機轉速。

圖7 風扇轉速與系統溫度關系

3.2 整車實際驗證結論

圖8是某電動汽車在高溫環境艙內進行的模擬試驗數據數據。試驗工況環境溫度40℃，模擬1000W陽光日照，滿足整車動力部件進水溫度＜60℃要求；通過CAN工具接收到動力系統內部部件溫度滿足設計要求。車輛行駛工況見表2。

圖8 環模試驗數據

表2 車輛行駛工況

4 結論

本文介紹了一款電動汽車動力系統的冷卻系統構成及控制流程，保證電動汽車動力部件在適合的工作范圍內安全運行。通過電動風扇的擋位控制和電動水泵的PWM控制，使得兩種用電部件在適宜的情況開啟，減少電器部件的用電功率，實現節能控制，整車增加5km的續時里程。

本文控制難點在于溫度閥值及電動水泵運行占空比確定，需要做大量仿真模擬、臺架試驗、環境艙模擬標定試驗及道路標定試驗來確定。

（編輯 張每文）

Cooling System Design of Electric Vehicle

ZHANG Ling，DONG Rui-xin，ZHANG Hong-tao

（Beijing Changan Auto R&D Center，Changan Automobile Co.，Ltd.，Beijing 100000，China）

This article describes an electric vehicle cooling system and its control methods，which ensure electric vehicle power system components operating at the appropriate temperature；in turn realizes vehicle operating safety，energy saving and better driving endurance.

electric vehicle；cooling system；control methods

U463.234.93

A

1003－8639（2017）02－0001－04

2016-01-05；

2016-12-07

張玲（1981-），女，工程師，主要從事整車熱管理領域系統設計及開發工作；董瑞新（1982-），男，工程師，主要從事整車NVH設計與開發；張紅濤（1983-），男，工程師，主要從事整車原理設計及線束設計相關工作。