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电动汽车直冷式热管理系统控制策略仿真研究及实验验证
| 论文题名： | 电动汽车直冷式热管理系统控制策略仿真研究及实验验证 |
| 关键词： | 电动汽车;电池热管理;电池直冷;控制策略 |
| 摘要： | 随着经济社会的发展与节能减排需求的日益凸显，电动汽车越来越成为汽车产业发展的重点。在电动汽车的运行过程中，其电池温度的过高、过低与过大温差均会导致电池工作效率与寿命的下降，因而一个有效的热管理系统是电动汽车必不可少的一部分。 直冷系统作为一种新型的热管理系统，利用了制冷剂的相变以实现更高冷却需求，制冷剂蒸发温度的恒定又给予了它极佳的温度一致性。相比于其他形式的热管理系统，它的冷却能力、温度一致性更强，且能与车辆的空调系统集成，形成一个双蒸发器系统，大大提高了车辆内部系统的紧凑性。然而由于两相流的特性以及系统本身的结构，直冷系统存在非线性、多动态特性、强耦合性的特点，这为其带来了较大的控制难度。 为更好地开展对其系统控制的研究，基于现有直冷式热管理系统实验平台搭建了系统仿真模型。基于直冷系统的系统特性，对其在单冷及双冷工况下的耦合性进行了分析，为解决其控制难点，引入了具备解耦控制能力的新型PD权重模糊逻辑算法。使用系统仿真模型将其与PID算法对比，证明其在单变量控制下有着更快的响应速度，在耦合条件下有着更好的控制稳定性，具备良好的解耦控制能力。 针对强耦合作用下的双冷工况，在PD权重模糊逻辑算法的基础上，提出了基于基点压力稳定控制的温度控制策略和过热度控制策略，并证明了基点压力控制的可行性。在定电流和变电流工况下分别对控制策略的控制效果开展了仿真验证，在所有工况下基点压力温度控制策略均能够对电池与乘员舱实现良好的控制效果，将其稳定控制于目标温度附近。其中，在1.5C、2C定电流放电工况下，电池温度偏差能够保持在0.1℃以内，乘员舱温度存在一次不超过0.7℃的波动，且能迅速恢复至目标温度，并在大部分时间内同样保持偏差小于0.1℃；在UDDS、US06循环变电流工况下，电池温度偏差不超过0.2℃，乘员舱温度偏差则能够保持在0.15℃以内。上述结果证明了此控制策略及对应的控制算法解耦控制能力的优异性。 最后，为验证基于基点压力稳定控制的温度控制策略在复杂度、控制难度更高的实际直冷系统上的可行性，使用现有的直冷式热管理实验平台对此控制策略在定电流、变电流双冷工况下进行了实验验证。实验结果表明基点压力温度控制策略在所有工况下均能将电池与乘员舱温度稳定控制于目标温度附近，最大偏差不超过0.25℃，证明此控制策略能够在构造更复杂、时滞更大的实际直冷式热管理系统中取得较好的控制效果，验证了控制策略以及控制算法在实际应用中的有效性。 |
| 作者： | 叶崇阳 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 徐象国;苏健 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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