基于模型預測的純電動汽車動力總成熱管理策略

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　　摘 要：本文首先對多回路熱管理系統進行了分析，同時也對熱管理系統的工作模式進行了闡述，最后進行了仿真測試，證明了多回路熱管理系統可在電動汽車中得到廣泛的運用。
　　關鍵詞：電動汽車;多回路熱管理系統;應用分析
　　 電動汽車作為當下汽車發展的主要方向，與傳統汽車相比，有以下典型特征：取消了內燃機，改用動力電池加電機的方式來驅動汽車;不再需要加注燃油，改用需要外部電網進行對車輛充電來續航車輛行駛里程;延續使用傳統汽車的大部分系統或部件，如轉向系統、車身電器等。電動汽車的優點在于技術相對簡單成熟，只要有電力供應的地方都能夠充電，而且比較環保。而影響電動汽車性能最大的便是電池，因為它為整車提供動力，而電池的熱管理系統又對電池影響很大，因此對電動汽車熱管理系統的研究很有必要。
　　1 電動汽車電池熱管理系統概述
　　 電池熱管理系統是通過對電池組溫度的實時監控，使用相應的控制策略，來控制電池組的溫度。電池熱管理系統的功能主要包括以下幾個方面：
　　 第一，在不同的充放電條件下保證電池組工作在最佳的溫度范圍內。當電池溫度過高時，熱管理系統就會通過控制散熱設備對電池組進行散熱，防止熱失控的發生;當電池溫度過低時，熱管理系統就會對電池組進行加熱，防止電池容量下降。
　　 第二，保證電池組內每個單體電池之間的差異不能太大。通過合理的電池箱結構設計、合理的冷卻介質流道布置，使每個單體電池處在相同的換熱條件下工作，降低電池間的不一致性。
　　 第三，對電池組內每個關鍵部位的溫度進行準確的監控，正常狀況下調整冷卻和加熱系統的功率以節約能源，并且當溫度超過電池的允許工作溫度范圍時，及時的發出報警。動力電池組由于其獨特的組成方式，是由許多電池模塊組成，每個電池模塊又是由若干個單體采用一定的排列方式緊密排列在一起，當汽車行駛在大功率放電的工況下，電池的產熱增加，熱量大量積聚，電池組內每個單體電池的溫度會分布不均勻，單體電池之間的一致性變差。如果熱量積累的時間過長將引起部分電池的過充或者過放，從而影響電池組的使用性能與壽命。當電池在高溫環境下運行而不能及時得到冷卻會引發熱失控。因此掌握電動汽車熱管理系統就顯得非常重要。使用電池組熱管理系統可以將工作溫度控制在最佳范圍內，從而使電池性能最優，效率最高，確保其安全性。
　　2 純電動汽車分布式冷卻系統基本組成
　　 由于動力電池、驅動電機、電機控制器的適宜溫度不一致，采用分布式冷卻系統可以更有針對性地控制對象，使其冷卻效果更好。試驗臺架主要由動力總成模塊、液流換熱模塊、充放電模塊、臺架控制模塊和數據采集模塊組成。
　　 在對純電動汽車冷卻系統的控制方式進行研究之前，需要對純電動汽車的冷卻系統進行詳細分析，對于動力電池采用液冷散熱，電機以及電機控制器使用另外的液冷回路進行散熱，考慮到電機的適宜工作溫度要比電機控制器要高，冷卻液先流過電機控制器再經過驅動電機。整車控制器根據采集的電池、電機系冷卻回路進出水口溫度值分別對兩個獨立的冷卻系統的兩個水泵和兩個風扇進行控制。
　　3 熱管理系統的不同工作模式
　　 （1）在夏季氣溫高于20攝氏度的時候，由于環境溫度過高，乘員艙和動力電池都會有冷卻需求，熱管理的系統工作回路設置為三通閥的上下導通、左側導通以及右側導通，電磁閥需要都導通，壓縮機工作而PTC不工作。高溫散熱回路和低溫散熱回路以及動力電池散熱回路都在水泵作用下開始工作，從而滿足了乘員艙以及全部高壓零部件的冷卻需求。
　　 （2）春秋季節時期，環境溫度多在5到20攝氏度之間，在這個溫度條件下，對于動力電池來說是最佳環境溫度，因此沒有加熱或者冷卻的需求;而乘員艙有加熱需求，但是需求力度并不算大，因此熱管理的系統工作回路應該設置為三通閥右側導通，三通閥左側導通，三通閥左右導通，關閉電磁閥，壓縮機與PTC都不工作。電機冷卻液滿足了乘員艙加熱的熱量需求，可以達到節能目的。高溫散熱回路水溫太高會影響電機的正常運作，在這種情況下需要讓三通閥上下導通，利用高溫散熱器達到散熱效果。
　　 （3）在環境溫度低于5攝氏度的冬季當中，乘員艙會有比較大的加熱需求，同時也需要預熱動力電池，這種情況下的熱管理系統工作回路應該設置為三通閥上下導通，三通閥左側導通以及三通閥右側導通，電磁閥都關閉，壓縮機不工但是PTC要工作。起步駕駛期間，PTC加熱器要大功率運行，才能滿足乘員艙和動力電池的雙重需求，等到動力電池達到一定溫度后，就可以停止預熱，控制電磁閥左側導通，電磁閥左右導通，電池閥右側導通。但這個時候的電機水溫還無法達到乘員艙的需求，因此還要PTC降功率運行。
　　4 仿真與測試
　　 為了讓熱管理系統功能得到最大的作用發揮，特別是低溫和高溫散熱回路的冷卻效果，可以設置一個仿真工況，環境溫度設置為45攝氏度，車速設置為一小時115千米，冷卻液的流速設置為每分鐘15升。通過仿真計算可以得出低溫散熱器入水口的溫度是51.4攝氏度，出水口溫度則為48.6攝氏度，達到了不高于65攝氏度的系統要求;高溫散熱器入水口的溫度為62.9攝氏度，出水口溫度57.3攝氏度，達到了不高于80攝氏度的要求。在完成裝車后進行系統測試，基本符合仿真結果，各部件工作情況和系統工作情況都達到了預期要求。
　　5 結束語
　　 對于電動車高壓零部件冷卻和乘員艙及動力電池的加熱需求，多回路熱管理系統可以基本滿足，但在高溫情況下，依然存在空調系統的冷凝器散熱效果不夠好的問題，因此降低了換熱能力，沒有達到理想的系統制冷效果，為了優化這些方面，可以并排布置散熱器和冷凝器或者將它們錯開布置，盡可能將高溫散熱器的不利影響降到最低。
　　參考文獻：
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