基于熱泵的純電動汽車熱管理系統(tǒng)的實驗研究與仿真分析.pdf

1、純電動汽車具有無排放污染、能源利用效率高、運行噪聲低等優(yōu)點，是未來新能源汽車的理想發(fā)展方向。但是，車艙熱舒適與動力模塊散熱是制約純電動汽車發(fā)展的兩大關鍵因素。相比于傳統(tǒng)燃油車，純電動車沒有車艙取暖所需要的發(fā)動機余熱；而采用PTC（Positive Temperature Coefficient,PTC）電加熱進行車艙采暖會嚴重影響純電動汽車的續(xù)航里程。在純電動汽車運行過程中，驅(qū)動電機和動力電池會產(chǎn)生大量的熱，如果沒有配置合理的冷卻系統(tǒng)，

2、會因溫度過高導致動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、制熱雙向運行的高效熱泵系統(tǒng)，并且將熱泵系統(tǒng)與動力模塊冷卻系統(tǒng)相結合。純電動汽車熱管理系統(tǒng)既滿足車艙熱舒適，又能保證驅(qū)動電機和動力電池的運行在安全溫度范圍內(nèi)，是純電動汽車發(fā)展的必然趨勢。
　　本文設計了基于熱泵系統(tǒng)，并集成驅(qū)動電機冷卻系統(tǒng)和動力電池冷卻系統(tǒng)的純電動汽車熱管理系統(tǒng)，并對所提出的方案進行了實車組裝測試；通過實驗與仿真相結合的手段，對

3、純電動汽車熱管理系統(tǒng)性能以及熱管理系統(tǒng)與整車性能之間的交互關系進行了研究。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　1.設計了一種基于熱泵的純電動汽車熱管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)兼顧驅(qū)動電機和動力電池的冷卻。根據(jù)設計方案，搭建了純電動汽車熱管理系統(tǒng)性能測試實驗臺，可以實現(xiàn)不同壓縮機轉速、不同環(huán)境溫度、不同風速、不同電子膨脹閥開度、不同驅(qū)動電機和動力電池熱負荷條件下，熱管理系統(tǒng)性能的測試。
　　2.對所設計的純電動汽車熱管理系統(tǒng)進行了制冷劑充

4、注量實驗，確定系統(tǒng)最佳制冷劑充注量為400 g。研究了壓縮機轉速、膨脹閥開度、環(huán)境溫度、車速、電機熱負荷和電池熱負荷等因素對熱管理系統(tǒng)熱力性能的影響，對比分析了電機廢熱回收技術對熱泵制熱性能的影響。實驗結果表明，存在“最佳過熱度”使得純電動汽車熱管理系統(tǒng)COP（Coefficient of Performance,COP）獲得最大值；制冷工況下，系統(tǒng)的“最佳過熱度”范圍是21~28℃；制熱工況下，系統(tǒng)的“最佳過熱度”范圍是5~10℃。制

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

6、　3.對比了三種經(jīng)典的微通道流動沸騰換熱關聯(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；針對現(xiàn)有流動沸騰換熱關聯(lián)式的精度不高的問題，提出了基于對流換熱強化因子（Enew）和核態(tài)沸騰抑制因子（Snew）的流動沸騰換熱關聯(lián)式。仿真結果表明，新提出的流動沸騰關聯(lián)式預測值和實驗值的平均相對誤差為7.9%，為車用微通道平行流蒸發(fā)器仿真模型的建立奠定了基礎。

7、
　　4.基于ANN（Artificial Neural Network,ANN）模型和理論模型混合仿真的方法，建立了純電動汽車熱管理系統(tǒng)仿真模型，并與實驗數(shù)據(jù)進行了對比分析。結果表明，系統(tǒng)制冷/熱量的平均相對誤差為8.5%，耗電量的平均相對誤差為10.3%，COP的平均相對誤差為7.6%；仿真結果與實驗結果基本吻合，模型可以準確預測純電動汽車熱管理系統(tǒng)熱力性能。
　　5.對整車仿真軟件ADVISOR（AdvanceD Ve

8、hIcle SimulatOR,ADVISOR）進行二次開發(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軟件的集成開發(fā)平臺。針對UDDS（Urban Dynamometer Driving Schedule,UDDS）循環(huán)工況，分析了熱管理系統(tǒng)對整車性能的影響，并進行經(jīng)濟性分析。結果表明，制冷工況下，采用空調(diào)系統(tǒng)，相比于空調(diào)系統(tǒng)關閉時，車輛的百公里能耗增加了19.1%~25.3%，續(xù)航里程減