【摘 要】
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在碳达峰、碳中和的大背景下,电动汽车得到了全球各个国家和各行各业的支持,发展势头十分迅猛。但电动汽车的续驶里程是有限的,如何在有限的电池容量下,通过优化电动汽车各耗能子系统的能耗,来延长电动汽车的续驶里程,是电动汽车制造商试图克服的主要挑战之一。电动汽车热管理系统作为能耗大户,其终极目标是在保证热管理系统性能的同时降低能耗。本文围绕电动汽车空调系统及其控制策略和电池建模及基于热泵空调系统的电池低温
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在碳达峰、碳中和的大背景下,电动汽车得到了全球各个国家和各行各业的支持,发展势头十分迅猛。但电动汽车的续驶里程是有限的,如何在有限的电池容量下,通过优化电动汽车各耗能子系统的能耗,来延长电动汽车的续驶里程,是电动汽车制造商试图克服的主要挑战之一。电动汽车热管理系统作为能耗大户,其终极目标是在保证热管理系统性能的同时降低能耗。本文围绕电动汽车空调系统及其控制策略和电池建模及基于热泵空调系统的电池低温加热进行了相关研究。主要研究内容和成果如下:1.建立了耦合乘员舱的电动汽车空调系统模型,并进行了零部件级和整车级验证,证明了所提出的空调系统模型具有足够的精度。基于此模型,提出了一种基于遗传算法优化的多级定压缩机转速控制策略。与传统的on-off和PID控制器相比,多级定压缩机转速控制策略的能耗分别降低17.5%和7.5%。与某工程实际应用的汽车空调控制器相比,多级定压缩机转速控制策略的能耗降低了5.8%。此外,多级定压缩机转速控制器比某工程实际应用的汽车空调控制器具有更小的压缩机转速波动,证明了其在实际工程中的实用性。2.建立了间接式热泵空调系统模型,并对模型中使用的换热器、电子膨胀阀、水泵等基于实验进行了验证。基于仿真计算,研究了热泵空调系统的基础性能。比较了on-off、PID和多级定压缩机转速控制策略在热泵空调系统中的表现,多级定压缩机转速控制器相比于on-off和PID控制器分别节能7.8%和2.3%,COP分别提高20.6%和3.0%。3.建立了锂电池的基于一阶RC等效电路模型的电模型和基于Bernardi方程的热模型。然后对电池进行了HPPC实验和低温放电特性实验,对实验结果进行参数识别得到了电池建模相关的参数。最后,对所建立的模型进行了验证,结果表明,仿真结果和实验数据对比,电池电压最大RMSE为0.15 V,最小为0.11 V;电池温度最大RMSE为1.85°C,最小为0.33°C。4.建立了电池低温加热模型,分别基于乘员舱采暖优先、电池加热优先和乘员舱与电池同时加热对电池的低温加热进行了研究。使用热泵空调系统将电池从-10°C加热到0°C和25°C的电池包容量消耗分别为2.26 Ah和4.44 Ah,获得了正的容量收益0.48 Ah和5.44 Ah,按照电压平台计算,为0.15 k W.h和1.74 k W.h。
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