纯电动汽车动力总成热管理策略研究

汽车产业是我国的重要支柱产业,目前面临的主要挑战来源于能源与环境的双重问题,因此大力发展纯电动汽车成为了我国汽车产业发展的重要战略。纯电动汽车的热管理系统是使得动力总成系统的温度处于允许的范围以内,既可以防止动力电池、驱动电机及电机电控器因为温度过高导致使用寿命缩短,也可以使得驱动电机运行于高效率区间提高车辆的续航里程。本文以纯电动汽车的动力总成为研究对象,通过设计分体式冷却系统,在满足热管理系统控制需求的前提下,以动力总成热管理系统能耗最低为目标,研究冷却系统的控制方法,设计了模型预测控制器,并将其与采用开关式控制、PID控制的热管理系统控制方法作比较,在相同的工况下进行对比分析,为纯电动汽车热管理系统的工程设计提供一定的指导意义。本文的主要研究内容如下:(1)分别建立了纯电动汽车动力电池、驱动电机、电机控制器的产热与散热模型,并分析了驱动电机运行工况、温度对电机及电机控制器产热的影响,放电电流与温度对电池产热的影响。(2)设计了纯电动汽车动力总成冷却系统并搭建了实验台架。分别分析了电机及电机控制器、动力电池冷却系统方式及方案设计,并完成了冷却系统各部件的选型与参数匹配。(3)制定了动力总成冷却系统实验方案,测量不同工况下驱动电机及电机控制器的产热功率,记录动力电池冷却系统放电时的参数。(4)基于搭建的试验台架,利用AMEsim软件中的驱动电机模型库、液压元件模型库、热力学模型库、电气部件模型库搭建了纯电动汽车动力总成冷却系统模型,对该冷却系统中的各模型进行参数匹配,并对模型进行验证。(5)基于simulink软件搭建了冷却系统的状态空间模型,以冷却系统中的整体功耗最少为目标,来研究冷却系统控制方法,设计了多输入多输出模型预测控制器,以冷却系统的产热功率作为扰动量,电子水泵流量、电子风扇风量作为操作量,与AMEsim软件进行了联合仿真,并将仿真结果与PID控制、开关式控制进行了对比分析。