基于AMESim的電動汽車冷卻系統能量優化研究
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摘 要：某車型原有風扇控制模式存在一定不足，課題組使用AMEsim搭建了該車型動力驅動系統、冷卻系統和整車控制系統三個仿真模型模擬該車實際運行情況，并依托仿真模型制定風扇工作優化方案，可以實現在某些溫度范圍時讓風扇無需全速運行，而使得溫度控制在一個范圍內，在散熱過程中也不會導致風扇頻繁啟停，這樣能夠有效減少風扇的能量消耗，增加風扇的使用壽命。
關鍵詞：AMESIM;風扇;能量消耗
近年來，純電動汽車行業發展迅速，電動汽車熱管理技術已成為各大企業研究的重點，電動汽車冷卻風扇的控制是其中的重要研究方向之一。本課題以國內某款電動汽車為研究對象，該車型風扇控制方法的是根據電動機的工作需要設置溫度控制范圍。當冷卻液溫度在55℃以下時，風扇不開啟，由防凍液自行冷卻。若傳感器檢測到溫度超過該范圍，冷卻風扇會被起動用以降溫。該控制策略存在的主要問題是：會導致扇熱風扇在特定的情況下頻繁啟停，一方面增大了能量損耗影響電動汽車的使用成本，另一方面也會影響風扇的使用壽命。
1 純電動汽車冷卻系統原理
本課題以國內某款電動汽車為研究對象。
用于驅動汽車的行駛，驅動器也叫電機控制器，作用主要是將電池的直流電逆變成三相交流電給驅動電機，這兩個部件是該系統的主要熱源，溫度過高會影響其正常性能，需要及時冷卻。去驅動器和驅動電機內部都裝有溫度傳感器，將溫度信號轉化成電信號通過CAN總線發送給VCU（整車控制器）。
2 基于AMESim的冷卻系統仿真模型的構建
基于該款電動汽車的冷卻系統結構和工作原理，課題組使用AMESim仿真軟件構建了該車動力驅動系統和冷卻系統仿真模型;而為了更加真實的反應車輛的使用和控制情況，又搭建了整車控制系統，并實現了三個模型的整合。
3 仿真模型參數匹配
仿真參數的匹配是仿真模型運行的基礎，課題組在參數匹配時，主要依托了該車型的真實數據，部分無法直接獲取的參數則是依托仿真軟件進行適當調整，參數匹配結果如下：
（1）驅動電機參數的匹配。驅動電機是電動汽車的心臟，目前電動汽車上比較常見的驅動電機主要有直流電機、永磁同步電機、交流異步電機和開關磁阻電機。驅動電機汽車的動力源，也是電動汽車的主要熱源之一，驅動電機參數的匹配是熱管理系統仿真和運行的重要環節，直接關系到仿真結果的有效性。
本課題研究的車型采用的是永磁同步電機，他具有起動轉矩大、能量轉化效率高等優點，是目前電動汽車普遍采用的主流電機類型，工作原理是三相交流電會在定子線圈中產生旋轉的磁場，帶動永磁鐵的轉動，定子線圈在工作中會通電發熱。匹配的參數主要包括：轉子類型、線圈鏈接方式、勵磁方式、極對數、參考溫度、定子電阻的矯正系數、d坐標和q坐標下的電感、磁通匝數等。
最終確定驅動電機仿真參數，見表1。
（2）電機控制器參數匹配。電機控制器參數包括晶體管正向壓降、電阻等，最終確定驅動電機仿真參數，見表2。
4 冷卻系統的能量優化控制方法設計
在仿真過程中，課題組以最小化冷卻風扇的風量為優化目標。通過查資料可知，原車型的風扇最大風量為3m3/s。本課題在仿真模型的運行中，調整風量控制策略，模擬設計優化控制器，該方案通過溫度的檢測與反饋，能計算出風扇輸出的控制量，可以實現在某些溫度范圍時讓風扇無需全速運行，而使得溫度控制在一個范圍內，在散熱過程中也不會導致風扇頻繁啟停，這樣能夠有效減少風扇的能量消耗，增加風扇的使用壽命。
5 總結
本人闡述了某純電動汽車車型冷卻系統的結構，使用AMEsim仿真軟件中的器件搭建了動力驅動系統、冷卻系統和整車控制系統三個仿真模型，并實現了三個模型的整合;根據選定車型實際，對仿真模型完成了參數匹配;本課題在仿真模型的運行中，調整風量控制策略，模擬設計優化控制器，該方案通過溫度的檢測與反饋，能計算出風扇輸出的控制量，可以實現在某些溫度范圍時讓風扇無需全速運行，而使得溫度控制在一個范圍內，在散熱過程中也不會導致風扇頻繁啟停，這樣能夠有效減少風扇的能量消耗，增加風扇的使用壽命，仿真結果也證明了該結論。因此，本課題的研究結果滿足企業需求，具有一定研究和推廣價值。
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項目基金：2019杭州職業技術學院校級課題《基于AMESim的電動汽車冷卻系統能量優化研究》（項目編號：ky201928）;2018年度浙江省大學生科技創新活動計劃暨新苗人才計劃項目《純電動汽車冷卻系統能量優化策略研究》成果
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