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纯电动汽车多热力系统耦合动力舱集成分析

崔程玮  
【摘要】:世界范围的环境污染、温室效应和能源危机的加剧给人类生产生活带来了诸多不便。在环境污染和能源短缺的双重压力下,各国均致力于开发纯电动汽车以满足排放法规和节能环保的双重要求。纯电动汽车动力舱内布置紧凑,多热力系统在动力舱内集成,从而产生复杂的热交互行为,直接影响着各系统间的工作性能,甚至给汽车动力性、经济性和舒适性带来负面作用。因此,本文针对纯电动汽车动力舱多热力系统,包括电池热管理系统、电机热管理系统、电动空调系统开展集成分析,实现热管理系统的仿真与优化,完善电动汽车集成热管理耦合仿真计算过程与分析方法。在纯电动汽车多热力系统仿真平台搭建过程中,采用了一维模型与三维模型结合、理论表征与实验表征结合的仿真分析方法。以传热学理论为基础,研究电池/电机的产热机理,设计了电池/电机的冷却结构并对其进行一维传热模型的理论表征;根据电动空调系统的冷凝器、蒸发器、压缩机和膨胀阀四个部件的实验数据,分析影响因素与部件间的数学关系,建立一维实验表征的数学模型;针对动力舱内的散热器、冷凝器的换热和流动模型,冷却风扇的转动模型,采用三维表征方法。利用一维MATLAB程序化编译控制三维FLUENT模型的计算,完成了纯电动汽车多热力系统耦合动力舱1D/3D联合仿真平台的搭建工作。通过开展动力舱多热力系统集成分析方法和热管理系统设计匹配方法的研究工作,提出了一套纯电动汽车热管理系统性能评价方法,结合仿真平台模拟计算结果,可以实现多热力系统部件的匹配与优化、多种工况下热管理系统运行效果的评价、动力舱多热力系统热交互问题的分析等功能。通过对不同空调负荷和不同行驶状态工况的模拟计算,并与热管理性能评价方法结合,对比分析了冷凝器前置和冷凝器后置两种舱内构形的部件热参数,最终确定了冷凝后置的动力舱布置形式,改进了纯电动汽车动力舱内构形问题。在搭建的纯电动汽车多热力系统耦合动力舱1D/3D联合仿真平台的基础上,模拟计算了不同空调负荷、不同行驶状态、不同冷却液流量、不同环境温度和不同电池/电机冷却风扇转速等主要影响因素下动力舱多热力系统部件热参数变化趋势,观察了动力舱热流场分布状态,分析了不同因素影响下纯电动汽车多热力系统间热交互影响情况。通过仿真结果间的对比分析,研究不同影响因素对多热力系统的作用特性,评价多热力系统的作用效果,从而为热管理系统的改型、优化设计和纯电动汽车热管理控制策略提出合理建议。


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