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车用动力电池组液冷温控系统结构设计及控制策略研究

王炜超  
【摘要】:面临能源短缺和环境污染等诸多挑战,汽车工业正在经历“电动化”的变革。具有零碳排放特点的纯电动汽车广受市场的欢迎,也是当前新能源汽车研究的重点领域。但纯电动车型大规模推广却面临着充电时间长和续驶里程短的两大难题,在动力电池的研发和制造技术没有重大突破的情况下,合理高效的动力电池组热管理系统是延长单次充电续驶里程、确保纯电动汽车安全运行的关键。本文的主要研究对象是车用动力电池组的热管理系统,主要研究内容是基于热管理系统关键部件功能的结构设计和基于其工作特性的控制策略制定。本文首先调查分析了电池组热管理技术的研究现状和发展趋势,在梳理和分析当前主流电池组散热方式的基础上,设计了一种协同车载空调包含动力电池组和乘员舱的集成式热管理系统,将动力电池组和乘员舱的热管理纳入到同一个体系中,并通过仿真模拟和实验验证的方式证明了该方案设计的合理性和现实可行性。在具体的研究过程中,本文在分析了动力电池和乘员舱的生热机理后,根据其生热特性分别计算了各自的散热需求,在分析车载空调系统制冷原理的基础上,依据动力电池组和乘员舱的热负荷,对空调系统的关键部件进行了选型和匹配。在对比目前主流电池组散热方式的优缺点后,选择了综合性能较为均衡的液冷作为本文中电池组的散热方式,在此基础上设计了一种空调冷风和自然风组合辅助散热的电池组液冷温控方案。组合辅助的优势在于,既能够充分利用外界环境的低温空气辅助电池组散热,减少温控系统的能量消耗;又能利用空调冷风辅助电池组散热,使该方案在高温环境下也具有良好的温控能力。根据该液冷温控方案的结构特点以及电池组和乘员舱的适宜温度特性,分别制定了动力电池组和乘员舱的温度控制策略。在仿真软件AMESim中将动力电池组液冷温控系统集成到纯电动整车模型中,并设置了严苛的环境温度进行模拟仿真,最大程度地检验了该方案设计的合理性。随后搭建了电池组液冷温控系统的试验台架,利用Arduino开发板作为控制器实现温控过程,实验开展期间由chroma测试设备负责温度数据的记录工作,通过实验的方式证明了该液冷温控方案的现实可行性和散热能力。


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