【摘 要】
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现今纯电动汽车发展迅猛,热管理系统作为纯电动汽车的重要组成部分,一方面使得电机、电池等关键零部件工作在合适的温度范围内,保证安全性和使用寿命;另一方面满足乘员舱制热、制冷、除霜、除雾等舒适性需求,此外尽可能减小热管理能量的消耗,使能量合理利用以提升续驶里程,保证节能性。纯电动汽车集成式热管理技术成为当前的节能应用趋势,结合热泵技术及电机余热利用成为提升低温续驶里程的研究热点。本文以课题组某纯电动热
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现今纯电动汽车发展迅猛,热管理系统作为纯电动汽车的重要组成部分,一方面使得电机、电池等关键零部件工作在合适的温度范围内,保证安全性和使用寿命;另一方面满足乘员舱制热、制冷、除霜、除雾等舒适性需求,此外尽可能减小热管理能量的消耗,使能量合理利用以提升续驶里程,保证节能性。纯电动汽车集成式热管理技术成为当前的节能应用趋势,结合热泵技术及电机余热利用成为提升低温续驶里程的研究热点。本文以课题组某纯电动热泵乘用车项目为依托,以减小高低温下整车热管理能耗,提升续驶里程为目标,从核心部件热特性、整车EV-Test试验、AMEsim整车模型搭建验证,以及高温热管理控制改进、低温热管理构型改进等方面展开研究。首先对原车热管理系统进行了详细的功能分析,针对乘员舱、电机及电池核心部件阐述了热特性机理,搭建了相应的AMEsim仿真模块;为获得电池热模型参数设计了相关试验;根据原车热泵系统构型,详细阐述了热泵各个部件的机理,搭建了高温制冷和低温制热AMEsim热泵空调仿真系统,最后结合整车行驶模块及控制模块组成了整车热管理仿真模型。结合EV-Test试验数据,从高低温空调压力温度、电机电池回路温度及整车能量流方面验证搭建的AMEsim仿真模型的准确性和可靠性,确定了电机余热利用的可行性;仿真分析了高低温下不同因素对空调系统的影响。为了减小高温热管理能耗,从构型方面,将原车热力膨胀阀改为电子膨胀阀,并分析过热度的影响;从控制方面,采用基于状态空间方程的模型预测控制（MPC）优化压缩机转速控制;MPC预测模型根据试验数据参数辨识得到表征热泵制冷系统的状态空间方程,通过AMEsim与Simulink联合仿真分析了MPC和PID控制3℃、6℃和10℃蒸发器出口风温下的性能表现,仿真结果表明压缩机MPC控制更加稳定节能。为了减少低温热管理能耗,从构型方面,本文以热泵结合电机余热构建了集成式热管理方案;通过AMEsim搭建乘员舱制热模型,仿真结果表明,电机单热源加热乘员舱COP值高,可达到1.7以上,电机空气双热源性能略优于空气单热源;与原车仿真模型相比,改进后的电机热源切换方案可节能14.79%;通过AMEsim搭建电池加热模型,仿真结果表明,电机单热源加热性能最好,电机空气双热源次之,电机循环直通加热效果最差,电机单热情形COP值可达到3以上,且电池温升速度与PTC快充加热速度相当;此外乘员舱制热MPC的控制效果要优于PID控制。
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