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纯电动汽车动力电池与空调联合热管理仿真研究
| 论文题名： | 纯电动汽车动力电池与空调联合热管理仿真研究 |
| 关键词： | 纯电动汽车;空调系统;电池热管理;控制策略 |
| 摘要： | 在环境污染及能源短缺等问题亟待解决，我国工业产业发展需要寻求新突破的背景下，新能源汽车特别是纯电动汽车成为近年来研究发展的热点之一。锂离子电池由于其良好的充放电特性、比能量高以及成本较低等优点成为目前纯电动汽车主要的能量来源，但其安全性及动力性受温度的影响较大，需要对应的热管理系统保证锂离子电池在合理温度范围内正常工作。目前传统的空气及液体冷却难以满足电池组在环境温度较高、放电功率较大时的散热需求。为了保证锂离子电池组安全高效地工作、提高电池工作寿命，设计新型有效的电池组热管理系统对于目前纯电动汽车研究来说意义非凡。 本文首先学习总结了前人对电池热管理技术的研究成果和发展趋势。在此基础上，考虑空调系统是纯电动汽车上最大的制冷量来源，提出了将空调系统制冷回路与电池冷却回路耦合，将电池组作为空调系统的一个热负载，利用空调系统的制冷量为电池组散热。本文研究内容主要包括以下几个方面： 首先，经过学习前人的研究成果，对锂离子电池充放电的基本工作原理以及生热机理有了较为清晰的认识，并根据所明确的电池基本工作机理建立合理的传热模型，通过数值计算得到了锂离子电池组在不同环境温度及汽车车速下需要的理想散热功率，之后根据理论知识在AMESim软件中搭建锂离子电池组仿真模型。 其次，利用稳态传热法建立乘员舱内热负荷模型，计算对应工况下乘员舱热负荷。再根据电池组与乘员舱热负荷确定空调系统需要提供的最大制冷量，对空调系统各部件进行选型和匹配，建立其对应的AMESim仿真模型。 最后，根据该系统的特点，明确其四种工作模式。在Matlab/Simulink中分别建立乘员舱温度PID控制模块及模糊控制模块。利用AMESim和Matlab/Simulink之间的接口进行联合仿真，取得了较为良好的结果。通过仿真结果可知，该空调与电池组联合热管理系统能够良好控制电池组在适宜的温度范围内工作，同时模糊控制相较于PID控制能够更好地维持乘员舱内温度平衡，温度误差和超调量都在可以接受的范围内，空调系统制冷能效比EER也相应较高。证明了本文设计的系统可以满足乘员舱与电池组的散热需求。 |
| 作者： | 刘科延 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 导师： | 谢旭良 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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