新能源汽车冷却系统性能分析及优化控制的研究

纯电动汽车相比于传统发动机汽车,行驶过程完全无排放,并且具有结构简单,易于维护,没有噪音等优点,因而也成了汽车行业未来的发展方向。动力锂离子电池组作为当前电动汽车的主要储能装置,具有高能量密度、自放电率低、充放电倍率高、循环寿命长等优点,但在其使用过程中会生成大量的热,而锂离子电池在高温条件下性能衰减很快,这会影响到电池的循环寿命和使用性能,持续的热量堆积还可能会引起爆炸、起火等危险,严重影响电动汽车的使用安全性,所以对动力锂电池组的热管理极其重要。驱动电机作为电动汽车的主要动力输出装置,具有大功率、高扭矩等特点,这使得驱动电机在使用过程中也会生成大量的热,而电机的冷却系统会消耗很多的电能,严重影响电动汽车的续航里程,所以制定详细的电机冷却系统工作过程控制策略显得非常关键。本文结合实验和CFD仿真分析的研究方法对新能源汽车的动力锂电池组冷却系统进行了详细深入的分析,并在此基础上进行了电机ATS冷却系统自动控制模块的设计。主要内容如下:(1)分析了磷酸铁锂电池的工作原理和生热机理,并建立了动力锂电池的热效应仿真计算模型,对单体电池在不同放电倍率条件下进行了生热特性仿真分析和电池温度场分布的图像化处理。(2)搭建了动力锂电池内阻特性与温升特性测试实验台架,测试了电池在不同SOC状态下的内阻并对其变化规律进行分析。测试了1C、2C、3C放电倍率条件下的电池温升,并分析了单体电池温升变化规律的原因。(3)搭建了电池组冷却性能测试实验台架,并建立了电池组冷却结构的计算模型,对初步设计的冷却结构进行冷却性能测试及仿真模型的验证,在此基础上进行了电池组的散热结构优化设计和冷却结构在不同冷却条件下的仿真分析。(4)通过实验台架对电机冷却系统中的散热器进行了换热性能测试,以测试数据为基础制定了详细的自动控制策略。利用飞思卡尔MC9S08DZ60主控芯片完成了电机ATS冷却系统自动控制模块的硬件设计与软件开发工作。