【摘 要】
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为了应对环境污染和能源危机,新能源汽车应运而生,并且迅速在我国的汽车产业中占了大量份额。电池作为电动汽车的动力源,它的性能受到温度的影响很大,故而需要对其进行热管理。另外,乘员舱温度对提高驾乘体验也十分重要,纯电动汽车经常将其与电池整合到车载空调中,对二者进行协同热管理。本文为了提高电池和乘员舱的热管理系统的效率,建立了它们的控制策略。首先,建立了电池和乘员舱模型和它们的热管理系统模型。电池模型是
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为了应对环境污染和能源危机,新能源汽车应运而生,并且迅速在我国的汽车产业中占了大量份额。电池作为电动汽车的动力源,它的性能受到温度的影响很大,故而需要对其进行热管理。另外,乘员舱温度对提高驾乘体验也十分重要,纯电动汽车经常将其与电池整合到车载空调中,对二者进行协同热管理。本文为了提高电池和乘员舱的热管理系统的效率,建立了它们的控制策略。首先,建立了电池和乘员舱模型和它们的热管理系统模型。电池模型是电热老化耦合模型,其中,电池的电模型采用一阶RC模型,热模型采用Bernardi模型,老化模型基于实验数据的半经验数学模型。为了测量电池模型所需参数,以及模型的验证,本文做了一系列的电池实验。对于热管理模型的建立,本文介绍了主要部件的建模过程,并且对模型的精度进行了实验验证。接着,本文建立了车辆的传动模型以及车速预测模型。传动系统模型与热管理系统模型结合构成了整车热管理模型,给变车速的电池与乘员舱热管理提供支持。车速预测模型对车辆行驶速度的变化进行预估,提高了控制器性能。然后,建立了电池热管理系统的控制策略。该控制策略基于模型预测控制,结合了车速预测模型和自适应最优电池温度参考值模型。其中,车速预测模型帮助模型预测控制器减少车速变化的扰动;自适应最优电池温度参考值模型随着环境温度变化的电池温度参考值的Pareto边界,它中和了减少冷却能耗和提高电池健康状态值两目标的矛盾。经过对比分析发现,它比其他控制器能更好的控制电池温度,而且减小了冷却系统的能耗,且帮助提高了电池健康状态。最后,建立了电池和乘员舱协同热管理系统的控制策略。该控制策略基于模型预测控制,结合了车速预测模型和最佳电池温度参考值。最佳电池温度参考值考虑到了电池在不同温度下工作时热损耗和健康状态变化,是不受限于行车工况的最佳电池工作温度。与考虑优先级的on-off控制和普通模型预测控制进行了对比发现,它可以很好的控制电池和乘员舱的温度,提高乘员舱的温度舒适性、提高电池的健康状态,减缓电池的老化,降低热管理系统的能耗。
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