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原文传递燃料电池汽车整车热管理系统建模与优化

论文题名：	燃料电池汽车整车热管理系统建模与优化
关键词：	燃料电池汽车;整车热管理;AMESim平台;模糊控制;联合仿真
摘要：	全球环境形势日益严峻，能源结构多元化与环保化正成为发展潮流，氢燃料因其清洁、安全、高效等优点引起人类社会广泛的关注，而搭载氢燃料电池的汽车较现有其他新能源车型更具有燃料补给时间短、续航里程长的优势，将成为未来新能源汽车发展方向。然而燃料电池汽车发展仍存在技术壁垒，如其复杂工况下的热管理问题。　　本文以某款燃料电池汽车为研究对象，综合考虑车辆的整车布置环境和热管理要求，设计了一套完整的氢燃料电池汽车热管理系统；通过方案设计、匹配计算与理论分析的方法，搭建较为完整的整车级燃料电池汽车热管理系统模型，并运用联合仿真的方式，对不同整车热管理控制策略方案开展复杂工况下的温控性能与能控性能分析，并通过优化控制策略方法改善整车热管理性能，可为今后燃料电池汽车整车热管理系统开发与研究提供一定思路。　　主要研究工作可归结为以下4方面：　　①燃料电池汽车整车热管理方案设计。基于整车空间布置环境和热管理要求，从结构与原理两个设计角度，明确整车热管理系统架构方案；从产热机理与散热途径两方面对热管理系统开展热负荷分析与需求计算，并依此完成对散热器、水泵等关键零部件的选型与性能匹配设计。　　②燃料电池汽车整车热管理系统仿真模型搭建。基于AMESim平台完成整车传动系统建模，并通过新欧洲驾驶循环NEDC、中国乘用车驾驶循环CLTC-P两种工况测试验证了整车动力性；通过理论分析与参数定义的方法，搭建燃料电池、动力电池、电驱动以及空压机四个热管理分布式子系统，并集成动力系统模型，建立整车级燃料电池汽车热管理一维仿真AMESim模型，并通过试验数据对模型进行验证，相对误差均控制在5%以内，表明模型具有较高的计算精度。　　③燃料电池汽车整车热管理系统运行性能与影响规律探索。以系统能量消耗，零部件进、出水温度及温差等为评价指标，对系统开展稳态与瞬态工况仿真试验，考察其多工况热管理性能；运用单变量控制法，探究了不同环境温度、冷却液流量、冷却风速等模型参数的热特性影响规律。研究得出，环境温度对散热性能影响随负载增大而减弱；单纯提高冷却液流量对热管理性能改善存在局限；增大冷却空气流量可显著提升系统散热性能；PTC开启温度设为10℃，其加热功耗最少，冷启动综合性能最佳。　　④整车热管理系统控制策略制定与优化。以保证系统安全温度、减小温度波动，降低系统能量损耗为目标，制定了逻辑控制、PID控制、模糊控制以及模糊自适应PI控制四种控制策略方案，并基于Simulink平台搭建控制策略模型；通过集成控制策略Simulink模型与热管理系统AMESim模型，建立整车热管理系统联合仿真模型；以逻辑控制方案为参照，基于联合仿真模型开展控制策略热管控性能对比分析，得出模糊自适应PI控制策略综合控制性能最佳，该方案可节约系统能耗37.88%，能够良好满足整车散热需求，稳定管控部件温度，实现协同优化热管理系统能量消耗。
作者：	王良旭
专业：	车辆工程
导师：	卢炽华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2022