混合动力总成热管理系统优化设计

混合动力汽车(简称HEV)自问世以来,通过不断的技术改进,在汽车行业得到了很好的发展。然而,由于HEV动力总成热管理系统具有多热源、多温区和变温度的特点,控制难度比传统燃油汽车和纯电动汽车都要复杂,因此,HEV动力总成热管理系统优化设计和智能控制已成为进一步提高整车动力性能、经济性能和排放性能的关键技术之一。本文以混合动力总成为研究对象进行热管理系统优化设计研究。首先对混合动力总成中发动机、电机和电池等动力部件的产热规律进行了研究,包括在AVL-BOOST软件中建立发动机一维燃烧模型,获取不同工况下发动机的产热MAP图;根据试验所获得的不同工况下的电机和电机控制器效率MAP图得出相应的产热量;根据D.Bernardi的电池生热速率模型对不同工况下电池的产热进行计算等。其次根据混合动力总成各部件的产热规律并结合汽车行驶模式,以总成零部件热状态和冷却系统功耗为优化目标,进行了混合动力总成热管理系统方案研究,提出了2套动力总成热管理系统方案,即动力部件独立热管理系统方案和动力部件协同热管理系统方案,并设计了相应的控制策略,综合考虑了发动机、电机和电池等总成动力部件的热管理和功耗需求,并在AMEsim-Simulink联合仿真平台上搭建总成热管理系统模型和控制器模型,并对模型进行验证。然后在2个连续的NEDC和FTP工况下,采用混合动力总成动力部件冷却液出口温度对比分析了2套热管理系统对动力部件的冷却效果以及研究了热管理系统总功耗的优化情况。仿真结果表明相比独立热管理系统,协同热管理系统不仅保证了发动机和电机冷却液出口温度在最佳工作温度范围内,而且热管理系统功耗分别减小了87.9%和82.4%。最后选取动力部件协同热管理系统为研究对象,在FTP工况下,初始温度分别为环境温度和动力总成热机后的发动机和电机的冷却液出口温度条件,整车行驶模式为联合驱动,研究了发动机和电机在不同功率分配比K下动力总成热管理系统的总功耗并进行了优化,仿真结果表明初始温度为环境温度时,总功耗在K≤3时相差不大,在K>3时,随着K的增加而明显增加;初始温度为热机后动力部件温度时,总功耗随着K的增加先减小后增加,当K=0.6时,总功耗达到最小。