纯电动四驱SUV整车热管理系统性能研究

摘要

纯电动汽车作为一种节能环保的交通运输工具，近年来受到了极大的关注和发展。作为研究热点之一，整车热管理技术是指通过有效的方式将纯电动汽车各部分温度控制在合理的范围内，从而达到提高整车运行的安全性、经济性和舒适性的目的。因此一个有效的整车热管理系统是纯电动汽车安全高效运行的关键。本文结合课题组与企业合作项目，对前后轴独立驱动式纯电动四驱SUV整车热管理系统性能进行了研究。本文研究的主要内容如下：　　（1）根据前后轴独立驱动式纯电动四驱SUV特点，提出了一套整车交互式热管理方案。该方案可实现驱动系统冷却、乘员舱制冷耦合电池包冷却、电池包加热和电机余热回收等功能，介绍了不同工作模式下各功能的具体实现形式。随后基于所提出的热管理方案，对整车热管理系统性能进行了研究；　　（2）驱动系统冷却方面。为计算驱动系统热负荷，本文利用台架对驱动电机和电机控制效率进行了测试。根据台架实验结果分别建立了驱动电机和电机控制器生热模型。然后从整车角度分析了前后轴独立驱动式电动汽车驱动功率损耗的特征，提出基于驱动系统效率最高的前后电机转矩分配策略，进行工况分解从而计算整车工况下的驱动系统热负荷。仿真分析了典型工况下（低速爬坡、高速爬坡、最高车速和HWFET）驱动系统的冷却性能，结果表明在各工况下驱动冷却系统满足散热需求；　　（3）对双蒸发器空调系统展开了理论研究。然后基于空调系统理论和空调系统零部件台架实验数据，分别建立了压缩机、膨胀阀、换热器和乘员舱的仿真模型。同时对电池生热机理展开研究，基于电池单体内阻和开路电压测试数据建立了电池包热管理模型；　　（4）基于环境舱和转鼓实验平台，对样车空调系统进行了实验研究。首先参考行业标准制定了实验大纲，合理布置了传感器测点并进行空调系统性能实验。根据实验结果对样车双蒸发器空调系统性能进行分析并指出当前不足。然后基于实验测试数据对双蒸发器空调系统模型进行了标定与校核，在保证模型准确性的前提下对整车空调系统展开了仿真研究。针对样车空调系统的不足，提出了综合考虑乘员舱和电池包制冷需求的空调系统控制策略。计算结果表明在WLTC工况下，该控制策略能够将乘员舱温度够维持在目标温度22℃左右，电池包温度能够维持在目标温度28-30℃范围内。　　（5）对驱动系统余热回收性能展开仿真研究。提出了余热回收策略并建立了余热回收模型，仿真结果表明当环境温度为-20℃时，在HWFET和WTLC行驶工况下回收电机余热来辅助加热电池包可分别减少PTC能量消耗的78%和55%。

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 纯电动汽车整车热管理技术研究现状

1.3 动力电池热管理研究现状

1.4 驱动电机及驱动电机冷却系统研究现状

1.5 整车交互式热管理系统方案设计

1.6 本文主要研究内容

2 整车驱动系统建模与热特性分析

2.1 台架实验原理及方案设计

2.1.2 驱动电机模型

2.1.2 换热器及风扇模型

2.3 整车工况的驱动系统热特性分析

2.3.1 前后轴双电机系统动力学分析

2.3.2 转矩分配策略分析

2.4 整车驱动系统热管理性能仿真分析

2.5 本章小结

3 乘员舱制冷耦合电池包冷却系统建模研究

3.1 纯电动汽车空调制冷系统理论研究

3.2 乘员舱制冷系统建模研究

3.2.1 乘员舱模型

3.2.2 压缩机模型

3.2.3 换热器模型

3.2.4 膨胀阀模型

3.3 电池包热管理系统模型

3.3.1 电池包电气系统模型

3.3.2 电池包热物理模型

3.4本章小结

4 整车双蒸发器空调系统性能实验研究

4.1 实验描述

4.2 实验结果处理及分析

4.3 整车双蒸发空调系统模型标定与校核

4.4 本章小结

5 整车交互式热管理系统性能仿真研究

5.1 乘员舱制冷耦合电池包冷却性能研究

5.1.1 双蒸发器空调系统控制策略研究

5.1.2 电池包热管理系统耦合空调系统性能研究

5.2 电机余热回收性能研究

5.2.1 电机余热回收模型建立

5.2.2 驱动电机余热回收性能研究

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录

致谢