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原文传递某型纯电动汽车热管理系统全局优化控制策略研究

论文题名：	某型纯电动汽车热管理系统全局优化控制策略研究
关键词：	电动汽车;热管理系统;全局优化;控制策略;模糊PID控制
摘要：	近年来，以纯电动汽车为代表的新能源汽车在政策和市场的双重驱动下发展迅速。热管理系统是纯电动汽车的重要组成部分，对整车安全性、经济性、舒适性和耐久性具有重要影响，是提升纯电动汽车环境适应性、提高用户驾乘感受的关键技术保障。然而，高低温环境下热管理系统能耗明显增加，严重影响了纯电动汽车的续驶里程。因此，如何在保证乘员舱舒适性的前提下，有效降低热管理系统能耗，进一步提升整车续驶里程成为纯电动汽车领域的研究热点。　　本文依托某“产学研”科技合作项目“某型纯电动车整车性能提升技术研究与智能温控系统开发”，针对纯电动乘用车高温环境下热管理系统能耗高的痛点问题，开展全局工况已知条件下的热管理系统全局优化控制策略研究，重点攻关整车高温行驶工况下乘员舱温度与动力电池温度协调控制以及热管理系统能效最优控制等关键技术。基于此，本文设计了一种面向热管理系统全局优化的双层控制策略：上层控制策略是在保证乘员舱舒适性的前提下，采用动态规划算法离线求解动力电池高温制冷全局最优温度轨迹；下层控制策略采用模糊PID控制压缩机的转速和电子膨胀阀的开度，保证乘员舱的舒适性和实现电池最优温度轨迹的跟踪。研究结果表明，本文提出的全局优化控制策略与原车控制策略相比，压缩机能耗和热管理系统能耗分别降低了5.71%和4.37%。　　本文具体研究内容如下：　　首先，对车用锂离子电池的工作原理和生热机理进行分析。利用课题组试验设备对目标车型的锂离子电池开展了相关试验研究与性能参数测试，获取了某型车用锂离子电池的开路电压和直流内阻，以及比热容和导热系数等热物性参数。在此基础上，建立了锂离子电池电-热耦合模型，为后续热管理系统模型搭建奠定了基础。　　其次，根据原车热管理系统架构，搭建了整车热管理系统冷却回路模型，包含整车动力系统模型、空调系统模型、乘员舱系统模型以及电池热管理系统模型。根据原车EV-TEST试验数据，对热管理系统模型进行了标定，并验证了热管理系统模型的准确性，为后续热管理系统全局优化控制策略设计提供了模型支撑。　　然后，基于空调系统仿真模型开展了不同车速和电子膨胀阀开度条件下的工况仿真试验，计算出相应的压缩机功率，建立了以车速和电池制冷量为输入、压缩机功率为输出的空调系统能效比的简化模型。在此基础上，进行了基于动态规划的动力电池全局优化温度轨迹研究，在保证乘员舱舒适性的前提下，离线求解出动力电池高温制冷全局最优温度轨迹，为后续制定热管理系统在线控制策略提供了数据支撑。　　最后，设计了一种考虑动力电池温度轨迹跟踪的热管理系统在线控制策略，通过控制压缩机转速和电子膨胀阀的开度，在保证乘员舱舒适性的同时可实现电池高温制冷最优温度轨迹的跟踪。应用所设计的控制策略，与原车热管理系统控制策略进行了能耗对比。结果表明，本文所设计的热管理系统双层全局优化控制策略相比原车控制策略，在整车高温行驶工况下，压缩机能耗和热管理系统能耗分别降低了5.71%和4.37%，实现了整车热管理系统在乘员舱和动力电池同时制冷工况的节能控制目标。
作者：	高永利
专业：	车辆工程
导师：	闵海涛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023