基于电池热特性分析的增程式电动车动力总成匹配与控制

目前,受动力电池能量密度低、使用寿命短以及充电设施覆盖度较低等因素制约,纯电动汽车大规模市场推广仍存在较大难度。增程式电动车配置双动力源,兼具混合动力与纯电动车的技术优势,可有效缓解纯电动车续驶里程短、充电难等使用焦虑,因此现阶段作为一种向纯电驱动过渡的理想车型受到人们广泛关注。然而,由于增程式电动车电池组容量普遍较低,导致其在行驶过程中充放电倍率较高且温升明显,另外考虑到夏季高温天气多发等客观条件,因此动力电池组温控是增程式电动车开发过程中的关键问题。本文依托某校企合作项目,基于电池热特性分析,以满足全工况下电池组温控需求为目的,开展增程式电动车动力总成匹配及控制策略研究,进一步提升整车行驶安全性及工况适应性。本文的主要研究内容如下:1.依据目标车型纯电续驶里程等设计指标,匹配动力电池组容量范围及确定电池单体类型,并阐述目标电池生热及传热机理。利用实验手段针对温度对电池性能的影响开展分析,论证了基于电池热特性开展深入研究的必要性,并通过电池充放电实验验证了单体电化学-热耦合模型的准确性。2.基于电池组极限生热功率计算结果,以工程化条件下电池组布置空间为约束并提取多种散热方式的冷却介质温度及流量特征,利用CFD仿真技术,研究不同容量及单体间距电池组的散热特性。针对目标车型,得出电池组体积生热率上限越高,其散热方式选择自由度越小的结论,并最终确定适用于目标车型的动力电池组容量及其散热方式的适配方案。3.基于散热特性分析,设计了一套兼顾动力电池散热的新型空调系统。在对电池组及乘员舱热负荷计算的基础上,对空调系统的重点部件进行了匹配与选型,并对压缩机特性进行试验研究。然后制定兼顾散热速率及温均性的电池组两档散热策略以及基于模糊逻辑的乘员舱温控策略。最后搭建空调系统及其负载模型,验证了乘员舱及电池组的散热效果。4.阐述增程式电动车常用控制策略的特点,兼顾行驶经济性和安全性,提出考虑电池温度状态的动力总成复合控制策略。基于MATLAB/Simulink平台,搭建整合空调系统在内的增程式电动车仿真模型,对动力总成控制策略的合理性进行验证。建立统一量化的车辆运行成本模型,分析环境温度及新型空调系统对整车CD/CS模式下经济性的影响。最后结合目标车型的使用特点,运用粒子群算法对APU控制策略进行优化,优化后车辆总运行成本可降低3%左右。本文研究内容可为增程式电动车动力电池组散热及空调系统设计等研究提供指导;论文研究成果对于增程式电动车动力总成控制策略的完善及优化,促进整车性能提升具有参考价值。