电动汽车热管理系统关键部件建模及集成仿真

传统内燃机汽车的高燃油消耗和废气排放,加剧了全球能源危机和环境污染,使得运输行业面临严峻的能源、环境问题。开发节能环保、能量利用率高的新能源汽车成为有效的解决途径。电动汽车以高效率、零排放和相对成熟的技术在新能源汽车中迅速崛起。然而热管理技术制约着电动汽车的发展,尤其是动力电池的引入和车舱采暖方式的改变,使得热管理的研究工作具有重要价值。本文着重于热管理系统集成后,对高压部件、动力电池的热管控能力和热泵空调性能的分析及整车热管理控制策略开发。首先,通过分析电动汽车热力系统结构,结合当前电动汽车热管理系统研究现状,提出了带电机余热回收的热泵热管理方案。根据热管理系统各关键部件工作原理和在系统中的作用,以实验数据和部件特性数据为支撑,建立了相应数学模型。根据热源传热机理,忽略次要因素影响,建立了高压部件、动力电池导热模型。考虑太阳辐射、车内外温差和车内热源建立了车内环境负荷模型。以热管理系统关键部件模型为基础,搭建了高压冷却系统、电池冷却系统、车内空气循环系统和空调系统仿真平台。通过仿真平台,分别分析了高压系统散热性能,水泵和风扇工作状态对散热的影响;电池主动式和被动式液体冷却下冷却回路中温度分布情况;车内不同环境下的冷热负荷需求;空调不同环境下的制冷量/制热量和性能系数。接着,对行驶中的电动汽车进行受力分析,建立了车辆行驶状态与电机功率输出的关系,搭建了电动汽车动力性仿真模型。综合分析电子水泵、冷却风扇对冷却系统散热的影响,采用逻辑门限值法设计了冷却风扇控制策略,结合逻辑门限值和比例控制法设计了电子水泵控制策略。采用模糊自适应PID算法设计空调系统关键控制部件压缩机和电子膨胀阀的控制器,根据控制件在系统中的作用及相互影响关系,开发热管理系统中其他控制件的控制策略。最后,通过电动汽车动力性模型模拟车辆行驶工况,计算出高压部件、动力电池产热速率;由控制器根据热管理系统运行状态输出控制量;热管理仿真平台接收动力性模型产热速率和控制系统控制量进行仿真,并实时反馈系统状态量给动力性模型和控制系统。通过动力性模型、控制系统与热管理系统的集成仿真,结果表明高压部件温度和车内温度具有较好的控制效果,采用电机余热回收和电池主被动冷却结合的方式更有利于电池节能。