基于热泵技术的纯电动轿车热管理集成开发

随着环境和能源问题日益严峻,全球各主要车企都投入了大批的人力、物力、财力来开发和生产纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池电动汽车。纯电动汽车作为其中的一种类型,目前已有若干车型投放市场。在大量阅读国内外文献的基础上,针对现有纯电动轿车制冷、制热、电池及电机的热管理相对孤立分散,不能有效的统一集成化管理的问题,利用热泵技术,提出一种制热模式回收驱动电机废热,制冷模式兼顾电池冷却的整车综合热管理系统。首先,利用热泵技术,设计纯电动轿车整车综合热管理系统方案。1)夏季工况,车内制冷同传统汽车空调一样,通过制冷循环对车内制冷。当车辆高速运行时,电池发热量大,热管理系统方案将对电池进行冷却。2)冬季工况,车内制热采取热泵循环从车外获取热量。同时,启动电机热回收,通过板式换热器回收热量,提高制热效果,降低制热功耗。其次,对于纯电动轿车热管理系统方案,开发研制了基于飞思卡尔(Freescale)16位微控制器MC9S12XEP100的综合热管理全自动控制系统。硬件方面,使用Altium Designer进行控制器硬件电路原理图的绘制。软件方面,采取模块化的程序设计思想,使用Mat Lab/Simulink/Stateflow进行控制系统软件开发,并在RTW下实现标准C程序代码的自动生成。然后,在制冷、制热各典型工况下,对整车热管理开展系统性能试验。试验表明,热管理系统在测试工况下可满足对车内制冷、制热的性能要求。在初步的试验数据的基础上,通过Vector公司的CANape进行控制器的初步在线标定试验。最后,在理论和实验的基础上,建立热管理模型。基于Advisor平台将其集成到整车模型中,考查在冬季制热模式,新型的基于热泵技术的热管理系统对整车性能影响。结果表明,对于冬季制热模式,相比PTC热电阻,纯电动轿车采用热泵系统时,其制热运行时的整车电能消耗可降低16.4%,续驶里程可提高18.3%。本文较为全面的研究设计了纯电动轿车热管理系统,并为其开发全自动控制系统,实现整车热管理一体化调节,对纯电动轿车热管理系统的发展及商品化具有一定的促进意义。