电动汽车冷却系统设计

张玲，董瑞新，张红涛

（长安汽车股份有限公司北京研究院，北京 100000）

电动汽车冷却系统设计

张玲，董瑞新，张红涛

（长安汽车股份有限公司北京研究院，北京 100000）

介绍一种电动汽车的冷却系统装置及控制方法。确保电动汽车动力系统部件工作在适宜的温度下，车辆能够安全运行，达到节能控制、增加电动汽车续驶里程的目的。

电动汽车；冷却系统；控制方法

在电动汽车中，电机及电机控制器取代常规发动机，将高压电池中的电能转换成机械能，提供给整车以驱动车辆运行。增加充电机及DC／DC变换器，使用充电机给高压电池充电；通过DC／DC变换器将高压交流电转换成低压直流电，供整车低压用电设备使用。车辆行驶或制动时，在电机进行能量回收过程中，电机和电机控制器中的逆变器产生大量热量。热量过多堆积使部件的温度上升，严重影响部件的工作效率以及使用寿命。因此，需根据电机、电机控制器、充电机、DC／DC变换器的工作温度范围区间及车辆运行状态，设计一套电动汽车冷却系统，对其进行冷却，保证电机、电机控制器、充电机、DC／DC变换器的温度在允许设计范围内。由于电动汽车续时里程备受关注，电动汽车能耗成为研究对象。

电动汽车动力系统冷却方式分为风冷和水冷。风冷却系统的效率低，温度控制不精准；水冷却系统效率高，温度控制精准。本文主要介绍某车型动力系统水冷却系统，阐述电动汽车动力系统的水冷却系统构成及控制，保证电动汽车动力部件在适合的工作范围内安全运行，同时实现节能控制。某车型动力系统冷却系统部件位置图见图1。

1 电动汽车冷却系统构成

1.1 电动汽车冷却系统零部件构成

电动汽车冷却系统零部件构成见图2。主要包括由冷却管路依次连接在一起的散热器、电动水泵、水温传感器、充电机、DC／DC变换器、电机控制器、电机、补偿水壶。其中冷却管路内充满冷却液，散热器上装有加强冷却的电动风扇。

图1 某车型动力系统水冷却系统部件位置图

散热器的作用是冷却系统内部的冷却液；电动水泵的作用是为系统内部冷却液提供动力；电动风扇的作用是加强散热器的冷却能力；水温传感器的作用是检测系统内部冷却液温度。

1.2 冷却系统控制部件构成

冷却系统控制包含热管理模块控制器及整车控制器，它们通过CAN进行通信，隶属于整车CAN。电机、电机控制器、充电机及DC／DC变换器则隶属于动力CAN部分。热管理模块控制器通过硬线与电动水泵、水温传感器、电动风扇连接，进行信息传递。冷却系统控制原理见图3。

图2 冷却系统零部件构成

图3 冷却系统控制原理

2 冷却系统控制设计

控制系统功能：①驱动电动水泵，控制电动水泵转速，采集电动水泵反馈信号，将电动水泵运行情况上报整车。②驱动电动风扇，控制风扇高低转速。③温度信号采集，对故障信息采集及判定。④实现与整车控制器的CAN通信。

电动汽车与传统的发动机汽车有所不同，整车不同的运行状态，控制方式不同。电动汽车工作模式分为：车辆运行模式和车辆充电模式。模式不同，动力系统对冷却系统控制的温度及流量便不同。

2.1 车辆运行时冷却系统控制

车辆起动运行，钥匙打到ON，仪表上指示灯“ready”灯开始闪烁时，热管理模块控制器控制电动水泵开始以X占空比运行。热管理模块控制器通过水温传感器检测冷却系统水循环散热器出水温度；通过CAN通信实时监测整车控制器发出的电机、电机控制器、逆变器的温度；通过检测水温传感器、电机、电机控制器、逆变器的温度，来调整电动水泵转速及风扇高低速切换。

钥匙打到OFF，整车下电后，电动水泵延时几秒后关闭。

2.2 车辆充电时冷却系统控制

车辆充电时，整车控制器硬线唤醒热管理模块控制器，控制电动水泵以Z%占空比工作。

整车充电完毕，电动水泵延时几秒后关闭。

上述温度阀值和电动水泵占空比可以根据不同的动力系统部件进行匹配调节。

2.3 冷却系统诊断流程控制

电动汽车冷却系统故障时，热管理模块可检测故障信息，并通过CAN信号发给整车控制器。

热管理模块控制器在检测水温传感器短路或断路时，可控制电动水泵以Y占空比运转，通过CAN发送水温传感器故障。整车控制器对电机进行限制功率控制。

热管理模块控制器通过电动水泵的输出信号来检测电动水泵是否正常工作。若未正常，风扇高速开启。热管理模块控制器通过CAN信号发送电动水泵故障信号，整车控制器对电机进行限制功率控制，直至车辆停止。整车报三级故障，此时仪表故障灯点亮。热管理模块控制器通过电动水泵的输出信号来判定电动水泵故障模式，电动水泵故障模式有过压、欠压、过温保护、电流故障、堵转或空转、电动水泵损坏或外围电路故障（插件松动、熔断丝烧毁）等。

热管理模块控制器可以记忆水温传感器及电动水泵的故障模式，通过整车的诊断接口，利用诊断仪读取故障信息，以便维修时快速锁定故障原因。

3 应用结果

3.1 仿真分析结论

图4是某电动汽车冷却系统水流量仿真分析。水泵占空比在X%时，系统水流量＞12 L／min，满足电机及电机控制器的流量要求。

图5是某电动汽车冷却系统温度仿真分析。环境温度在40℃，车速45km／h，电动水泵占空比在X%时，风扇高速运转，冷却系统水温度47.9℃。满足电动汽车动力系统部件进水温度要求。

图4 流量仿真

图5 温度仿真

图6是某电动汽车风扇转速与系统温度的关系仿真分析。环境温度在40℃，车速45km／h，电动水泵占空比在X%。用来确定风扇高速挡与低速挡电机转速。

图6 风扇转速与系统温度关系

图7是某电动汽车风扇转速与系统温度的关系仿真分析。环境温度在38℃，车速45km／h，电动水泵占空比在X%。用来确定风扇高速挡与低速挡电机转速。

图7 风扇转速与系统温度关系

3.2 整车实际验证结论

图8是某电动汽车在高温环境舱内进行的模拟试验数据数据。试验工况环境温度40℃，模拟1000W阳光日照，满足整车动力部件进水温度＜60℃要求；通过CAN工具接收到动力系统内部部件温度满足设计要求。车辆行驶工况见表2。

图8 环模试验数据

表2 车辆行驶工况

4 结论

本文介绍了一款电动汽车动力系统的冷却系统构成及控制流程，保证电动汽车动力部件在适合的工作范围内安全运行。通过电动风扇的挡位控制和电动水泵的PWM控制，使得两种用电部件在适宜的情况开启，减少电器部件的用电功率，实现节能控制，整车增加5km的续时里程。

本文控制难点在于温度阀值及电动水泵运行占空比确定，需要做大量仿真模拟、台架试验、环境舱模拟标定试验及道路标定试验来确定。

（编辑 张每文）

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

张玲（1981-），女，工程师，主要从事整车热管理领域系统设计及开发工作；董瑞新（1982-），男，工程师，主要从事整车NVH设计与开发；张红涛（1983-），男，工程师，主要从事整车原理设计及线束设计相关工作。