车载太阳能恒温系统的设计与仿真

摘要

太阳能汽车在很长一段时间内都是国内外可再生能源汽车研究的重点，但光伏发电量低、功率不稳定等问题是阻碍其在汽车上应用的关键所在。考虑到夏日室外停车高温车厢环境的问题，合理地设计一种自给自足的车载太阳能恒温系统是一种极具现实意义的太阳能应用方案。
　　首先对汽车车厢环境进行分析，提出了方案的基本构想，从其设计目的出发提出了车载太阳能恒温系统的概念。按照其使用状态对恒温系统的工况进行定义，分为行车模式与非行车模式两大类。在此基础上设计出车载太阳能恒温系统的控制策略，使其达到高效节能的目的，并确定了其系统硬件架构的基本方案。
　　然后结合相应的理论基础对系统的复杂功能结构部分进行了简化，搭建了数学模型，并在数学模型的基础上建立了车载太阳能恒温系统仿真模型。其中搭建了包括汽车车厢热交换模型、降温子系统模型、光伏模型、蓄电池模型及相应的控制器模型。
　　再对仿真模型进行仿真分析验证各子系统模型的准确性，从分析影响系统能量匹配程度和影响降温效果等方面建立不同的仿真试验工况。通过对不同仿真工况进行仿真分析，研究分析了系统各种环境参数以及设计参数变化时对能量匹配程度和系统降温效果的影响程度。
　　最后通过实验验证的方式验证了车厢的高温环境问题以及风扇降温与半导体制冷的降温效果。通过测量两款车夏季室外停车后车厢的温度变化验证了车厢高温环境的问题，并与汽车热交换模型仿真结果进行了对比，验证了模型的有效性和准确性。在车厢上加装半导体空调，通过测量了车厢的温度变化，得出了半导体制冷的实际效果，并与汽车热交换模型仿真结果对比，分析了其中的误差原因。在车厢上加装散热风扇，通过测量风扇运行后的车厢温度变化，得出风扇换气降温的实际效果，并与降温子系统模型和汽车热交换模型的联合仿真结果进行了对比，验证了模型的有效性，分析了其中的误差来源。
　　本论文通过将仿真分析的方法应用到方案的设计过程中，以此完成方案的初始参数设计。该研究方法可被应用于汽车的电控产品开发过程中，不仅能缩短产品开发周期，还能节省很多不必要的成本浪费。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 车载太阳能恒温系统研究背景及意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 本文研究思路与内容

第2章 车载太阳能恒温系统定义与设计

2.1 引言

2.2 汽车车厢环境分析

2.3 车载太阳能恒温系统的设想及定义

2.4 车载太阳能恒温系统方案设计

2.5 车载太阳能恒温系统硬件架构

2.6 恒温系统工况定义

2.7 车载太阳能恒温系统控制策略

2.8 本章小结

第3章 车载太阳能恒温系统理论基础及数学建模

3.1 汽车车厢热交换模型

3.2 降温子系统模型

3.3 其它电气模型

3.7 本章小结

第4章 车载太阳能恒温系统仿真分析与计算

4.1 车载太阳能恒温系统各子系统仿真模型及其验证

4.2 仿真工况建立

4.3 仿真结果及分析

4.4 本章小结

第5章 实验验证

5.1 夏日停车车厢内温度测量

5.2 半导体制冷效果实验

5.3 风扇降温效果实验

5.3 本章小结

结论与展望

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文及专利

致谢