电动车动力电池热管理与空调系统联合仿真及控制技术研究

当前，电动汽车是汽车发展的重要趋势。汽车的使用条件复杂多变，对于纯电动汽车而言，传统的电池风冷方式已经很难满足电池组在高温、大功率放电等恶劣环境下的散热需求。为了最大限度的利用动力电池的有限能量，充分发挥动力电池的使用性能，提高动力电池的使用寿命，保证动力电池的使用安全性，高效的动力电池热管理系统成为电动汽车开发环节中的重要一环。 本文首先分析和总结了动力电池热管理技术和空调技术的研究现状和发展趋势，在此基础上，从整车热管理角度出发，提出了一种考虑电池热管理的新型空调系统结构，即把动力电池作为空调系统的一个负载，利用空调系统产生的冷风对动力电池进行散热。本文的研究内容主要包括以下几个方面： 首先，研究了磷酸铁锂电池的温度特性和散热特性。通过试验数据分析，明确了磷酸铁锂电池的适宜工作温度范围为1845℃。从锂离子电池的生热机理着手，建立了磷酸铁锂电池的生热传热模型，通过计算得到了不同车速和环境温度下磷酸铁锂电池组的理想需求散热功率。 其次，完成了电动车空调系统的参数匹配和关键零部件选型。提出了一种考虑电池包热管理的新型空调系统结构，根据该系统的结构特点，其工作模式可以分为四种。在系统模式划分的基础上，分别计算了乘员舱热负荷和电池组热负荷值的大小，并以这两个值的和作为新型空调系统的峰值热负荷。进一步可以求解空调系统的制冷量，以该制冷量为基础，完成系统的参数匹配和关键零部件选型。 第三，编写了新型空调系统的控制策略。新型空调系统必须灵活的在各种工作模式之间进行切换，以满足乘员舱和动力电池的制冷需求。对于磷酸铁锂电池而言，只需要将其温度控制在适宜的温度范围内，因此，磷酸铁锂电池的温度控制采用逻辑门限值控制。而对于乘员舱而言，需要将温度控制在适宜温度附近，并且人类对于温度的感知存在模糊性，因此，乘员舱的温度控制采用模糊控制。 最后，对新型空调系统进行了建模和联合仿真。根据模块化建模思想，将新型空调系统分为了四个模块：乘员舱一维热负荷模块、电池包三维热负荷模块、空调控制模块和乘员舱温度计算模块。基于Simulink和Fluent，选取典型工况，对新型空调系统进行了联合仿真，验证了其合理性。