电动汽车液流循环系统集成热管理平台构建及其优化分析

由于能源短缺和环境污染的问题日益严重，新能源汽车的推广发展已是大势所趋，而电动汽车作为新能源汽车的代表具有十分广泛的发展前景，已被公认为是汽车产业改造和发展的最终方向。然而，目前纯电动汽车还面临着一些制约其发展的巨大难题，首当其冲的便是车载能源的高效利用问题。为了有效提高电动汽车车载能源的使用效率，增加车辆的续航里程，延长动力电池和电机的使用寿命，必须设计开发一种高效集成的电动汽车热管理系统。 本文通过对国内外现有电动汽车热管理系统的研究比较，设计构建了一种液流循环集成热管理系统。该系统由电机电气热管理系统、电池热管理系统和热泵空调系统组成。系统通过液流循环使电机电气部件、电池与热泵空调装置联合工作，在夏季通过液流循环将电池、电机电气部件产生的热量散发到环境中，并通过热泵空调系统进行辅助冷却；在冬季通过液流循环对电池进行预热，从而实现了电动汽车在各气候条件下的精细冷暖热控，有效的提高了车载能源的使用效率，延长了动力电池和电机的使用寿命。 为此，系统开展了电动汽车动力系统和暖通空调系统数学建模和模型计算方法的研究，构建了包括电机电气热管理、电池热管理和热泵空调等的数字化热管理分析体系，实现了仿真分析平台的软件化。 在仿真平台主要构件的模型建立中，采用理论表征和实验表征两种模化形式，建立了诸如散热器、电池、电机和热泵等换热和流阻模型。其中，理论表征以传热学和流体力学理论方法建立模型，包括热阻组成及其控制方程，流阻组成及其控制方程；实验表征以相关构件性能实验数据为基础建立模型，包括相关传热性能和流动阻力性能等的特征关联，重点描述流量（液流、风流等）和部件换热能力、流阻性能的数学关系。 研究工作在模型、模块构建的基础上，通过系统流程进行耦合关联，实现整车热管理集成分析，完成了由电机电气热管理、动力电池热管理和热泵冷暖等软件化工作，并申报了软件著作权。上述工作所形成的软件化仿真计算方法可以对系统在不同工况下开展基本主控因素（水泵、风机、热泵、汽车动力性、温度等）的液流热管理系统仿真分析，为电动汽车整车热管理系统的设计开发和优化分析提供了数字化仿真分析方法。 在数字化平台建立的基础上，提出了电动汽车液流循环系统集成热管理的评价指标,并通过算例对系统的运行性能进行了仿真分析和优化分析。算例分析中，在设定的工况下研究行驶车速、坡度、环境温度、介质流量和换热风量等参数对电机电气热管理和电池热管理性能的影响作用特性，以及行驶车速、坡度、环境温度和热泵压缩机转速等参数对热泵冷暖效能的影响。 利用算例计算结果分析比较，初步研究了不同因素对热管理系统运行性能的影响规律，通过提出评价体系指标评估热管理效果，为整车集成热管理系统的改进和优化设计提供依据，同时为深化数字化平台方法应用奠定基础。