基于熱泵的純電動(dòng)汽車(chē)熱管理系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究與仿真分析.pdf

1、純電動(dòng)汽車(chē)具有無(wú)排放污染、能源利用效率高、運(yùn)行噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)新能源汽車(chē)的理想發(fā)展方向。但是，車(chē)艙熱舒適與動(dòng)力模塊散熱是制約純電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的兩大關(guān)鍵因素。相比于傳統(tǒng)燃油車(chē)，純電動(dòng)車(chē)沒(méi)有車(chē)艙取暖所需要的發(fā)動(dòng)機(jī)余熱；而采用PTC（Positive Temperature Coefficient,PTC）電加熱進(jìn)行車(chē)艙采暖會(huì)嚴(yán)重影響純電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程。在純電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池會(huì)產(chǎn)生大量的熱，如果沒(méi)有配置合理的冷卻系統(tǒng)，

2、會(huì)因溫度過(guò)高導(dǎo)致動(dòng)力模塊工作效率下降，影響續(xù)航里程，甚至產(chǎn)生安全隱患。因此，需要研發(fā)制冷、制熱雙向運(yùn)行的高效熱泵系統(tǒng)，并且將熱泵系統(tǒng)與動(dòng)力模塊冷卻系統(tǒng)相結(jié)合。純電動(dòng)汽車(chē)熱管理系統(tǒng)既滿足車(chē)艙熱舒適，又能保證驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池的運(yùn)行在安全溫度范圍內(nèi)，是純電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
　　本文設(shè)計(jì)了基于熱泵系統(tǒng)，并集成驅(qū)動(dòng)電機(jī)冷卻系統(tǒng)和動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)的純電動(dòng)汽車(chē)熱管理系統(tǒng)，并對(duì)所提出的方案進(jìn)行了實(shí)車(chē)組裝測(cè)試；通過(guò)實(shí)驗(yàn)與仿真相結(jié)合的手段，對(duì)

3、純電動(dòng)汽車(chē)熱管理系統(tǒng)性能以及熱管理系統(tǒng)與整車(chē)性能之間的交互關(guān)系進(jìn)行了研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　　1.設(shè)計(jì)了一種基于熱泵的純電動(dòng)汽車(chē)熱管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)兼顧驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池的冷卻。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，搭建了純電動(dòng)汽車(chē)熱管理系統(tǒng)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)不同壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、不同環(huán)境溫度、不同風(fēng)速、不同電子膨脹閥開(kāi)度、不同驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池?zé)嶝?fù)荷條件下，熱管理系統(tǒng)性能的測(cè)試。
　　2.對(duì)所設(shè)計(jì)的純電動(dòng)汽車(chē)熱管理系統(tǒng)進(jìn)行了制冷劑充

4、注量實(shí)驗(yàn)，確定系統(tǒng)最佳制冷劑充注量為400 g。研究了壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、膨脹閥開(kāi)度、環(huán)境溫度、車(chē)速、電機(jī)熱負(fù)荷和電池?zé)嶝?fù)荷等因素對(duì)熱管理系統(tǒng)熱力性能的影響，對(duì)比分析了電機(jī)廢熱回收技術(shù)對(duì)熱泵制熱性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，存在“最佳過(guò)熱度”使得純電動(dòng)汽車(chē)熱管理系統(tǒng)COP（Coefficient of Performance,COP）獲得最大值；制冷工況下，系統(tǒng)的“最佳過(guò)熱度”范圍是21~28℃；制熱工況下，系統(tǒng)的“最佳過(guò)熱度”范圍是5~10℃。制

5、冷工況下，車(chē)速的增大有利于冷凝壓力的降低，制冷性能得到提升。電池冷卻回路開(kāi)啟時(shí)，系統(tǒng)制冷COP降低16.1%~27.5%；所設(shè)計(jì)的電池冷卻回路，能夠保證電池在安全（24.1℃~38.8℃）運(yùn)行范圍內(nèi)。相對(duì)于單一空氣源熱泵，環(huán)境溫度為-7℃，廢熱量為500 W時(shí)，系統(tǒng)制熱量提高了22.1%~27.5%，COP提高了19%~21.3%；廢熱量為1000 W時(shí)，系統(tǒng)制熱量提高了47%~50.5%，COP提高了26.6%~29.3%。
　

6、　3.對(duì)比了三種經(jīng)典的微通道流動(dòng)沸騰換熱關(guān)聯(lián)式，即疊加模型（B_Correlation）、選擇模型（KB_Correlation）和擬合模型（SM_Correlation）的精度；針對(duì)現(xiàn)有流動(dòng)沸騰換熱關(guān)聯(lián)式的精度不高的問(wèn)題，提出了基于對(duì)流換熱強(qiáng)化因子（Enew）和核態(tài)沸騰抑制因子（Snew）的流動(dòng)沸騰換熱關(guān)聯(lián)式。仿真結(jié)果表明，新提出的流動(dòng)沸騰關(guān)聯(lián)式預(yù)測(cè)值和實(shí)驗(yàn)值的平均相對(duì)誤差為7.9%，為車(chē)用微通道平行流蒸發(fā)器仿真模型的建立奠定了基礎(chǔ)。

7、
　　4.基于ANN（Artificial Neural Network,ANN）模型和理論模型混合仿真的方法，建立了純電動(dòng)汽車(chē)熱管理系統(tǒng)仿真模型，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，系統(tǒng)制冷/熱量的平均相對(duì)誤差為8.5%，耗電量的平均相對(duì)誤差為10.3%，COP的平均相對(duì)誤差為7.6%；仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合，模型可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)純電動(dòng)汽車(chē)熱管理系統(tǒng)熱力性能。
　　5.對(duì)整車(chē)仿真軟件ADVISOR（AdvanceD Ve

8、hIcle SimulatOR,ADVISOR）進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，將熱管理系統(tǒng)仿真模塊和模糊控制模塊嵌入ADVISOR中，建立了熱管理模塊與ADVISOR軟件的集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)。針對(duì)UDDS（Urban Dynamometer Driving Schedule,UDDS）循環(huán)工況，分析了熱管理系統(tǒng)對(duì)整車(chē)性能的影響，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。結(jié)果表明，制冷工況下，采用空調(diào)系統(tǒng)，相比于空調(diào)系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，車(chē)輛的百公里能耗增加了19.1%~25.3%，續(xù)航里程減