論文信息：基于熱泵的純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究和仿真分析，田鎮(zhèn)

將建立的熱管理系統(tǒng)仿真模型嵌入到整車仿真軟件 ADVISOR 中，建立了熱管理模塊與 ADVISOR 軟件的集成開發(fā)平臺(tái)，為純電動(dòng)汽車整車參數(shù)匹配和設(shè)計(jì)開發(fā)提供實(shí)用價(jià)值。

純電動(dòng)汽車的研發(fā)方式主要分為三種，包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)架研發(fā)、實(shí)車平臺(tái)研發(fā)和計(jì)算機(jī)仿真研發(fā)。涉及整車性能的動(dòng)態(tài)測(cè)試難度較大，可操作性差。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)使得系統(tǒng)之間參數(shù)設(shè)置和傳遞更加靈活，可以有效縮短純電動(dòng)汽車的研發(fā)周期。目前應(yīng)用較為廣泛的純電動(dòng)汽車整車仿真軟件主要包括：美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NERL）開發(fā)的 ADVISOR，奧地利 AVL 實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的 CRUISE，美國(guó)芝加哥大學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ANL）開發(fā)的 PSAT。

整車性能仿真平臺(tái)對(duì)比

ADVISOR 中純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)參數(shù)由整車“Vehicle”，電池“Energy Storage”，驅(qū)動(dòng)電機(jī)“Motor”，傳動(dòng)系統(tǒng)“Transmission”，傳動(dòng)系控制“Power Train Control”，車輪“Wheel”和電器附件“Accessory”等組成。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用剛剛起步，ADVISOR 仿真軟件還不支持純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)與整車性能的聯(lián)合仿真。ADVISOR 軟件二次開發(fā)的目的是通過改進(jìn)模型和建立新模型，實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)與整車性能的聯(lián)合仿真。

ADVISOR結(jié)構(gòu)參數(shù)組成

ADVISOR 軟件中，空調(diào)等電動(dòng)附件能量消耗一般采用經(jīng)驗(yàn)值或者額定值加以估算并進(jìn)行整車性能計(jì)算。而對(duì)于包含熱泵系統(tǒng)、電機(jī)冷卻、電池冷卻的熱管理系統(tǒng)，單一的經(jīng)驗(yàn)值必然影響整車性能仿真的準(zhǔn)確性。對(duì) ADVISOR 進(jìn)行二次開發(fā)，以實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)與整車性能聯(lián)合仿真。相比于 ADVISOR 原有純電動(dòng)汽車模型，主要進(jìn)行的二次開發(fā)功能如表所示。

ADVISOR二次開發(fā)與原版功能對(duì)比

車輛仿真主要參數(shù)

1、熱泵系統(tǒng)模型

將所建立的熱泵模塊嵌入到“electric acc loads”某塊中，將原有“power_constant”替換為純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)模塊（EVTMS）輸出的壓縮機(jī)耗電量。

熱泵系統(tǒng)的simulink模型

2、驅(qū)動(dòng)電機(jī)熱管理系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)廢熱回收模塊

3、動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)

電池冷卻模塊

熱泵系統(tǒng)的模糊控制

熱泵系統(tǒng)的能耗對(duì)純電動(dòng)汽車性能有很大的影響，為了使系統(tǒng)保持較高的運(yùn)行效率，必須采用有效的控制策略。渦旋壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和電子膨脹閥開度是熱泵系統(tǒng)制冷量和制熱量的主要控制量，采用模糊控制對(duì)車內(nèi)溫度進(jìn)行控制。

將采樣時(shí)刻的室溫與設(shè)定值溫差及變化率作為輸入量，通過模糊推理對(duì)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和電子膨脹閥開度進(jìn)行控制；當(dāng)車內(nèi)溫度與設(shè)定溫度溫差絕對(duì)值大于 15℃時(shí)，為了使車內(nèi)溫度盡快達(dá)到設(shè)定值，壓縮機(jī)以最高轉(zhuǎn)速和電子膨脹閥以最大開度運(yùn)行；室溫偏差絕對(duì)值在 15℃以內(nèi)時(shí)，采用模糊控制算法控制壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和電子膨脹閥開度?；谏鲜隹刂圃瓌t，建立純電動(dòng)汽車熱泵系統(tǒng)的模糊控制器。

模糊控制器原理

所設(shè)計(jì)的熱泵系統(tǒng)模糊控制器是雙輸入和雙輸出，其中輸入量為車車內(nèi)溫度設(shè)定值與實(shí)測(cè)值之差的模糊量 E 以及該偏差變化率的模糊量 EC；輸出量為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速（Ncomp）和電子膨脹閥開度（Neev）。

模糊控制規(guī)則

模糊控制器

熱管理系統(tǒng)與ADVISOR聯(lián)合仿真分析

ADVISOR 中的循環(huán)工況、車身、車輪/車軸、主減速器、變速箱、電動(dòng)機(jī)/控制器、電器附件、動(dòng)力總線、蓄電池等模塊，存儲(chǔ)于“models”文件夾中，是整車仿真的基礎(chǔ)。根據(jù)純電動(dòng)汽車主要技術(shù)參數(shù)及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將二次開發(fā)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)熱管理模塊、動(dòng)力電池?zé)峁芾砟K以及熱泵系統(tǒng)模塊嵌入到 ADVISOR，建立綜合管理系統(tǒng)與ADVISOR 聯(lián)合仿真模型，如圖所示。在進(jìn)行二次開發(fā)過程中，要兼顧前向過程和后向過程，對(duì)相關(guān)的 M 文件進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)輸入變量和輸出變量的傳遞。

熱管理系統(tǒng)和ADVISOR聯(lián)合仿真模型

對(duì)整車仿真軟件 ADVISOR 進(jìn)行二次開發(fā)，建立了純電動(dòng)汽車熱泵系統(tǒng)的模糊控制模塊，將所建立的熱管理系統(tǒng)仿真模型嵌入到 ADVISOR 中，實(shí)現(xiàn)了純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)與 ADVISOR 的聯(lián)合仿真。針對(duì) UDDS 循環(huán)工況，可以分析車內(nèi)制冷和制熱效果以及冬季電機(jī)熱回收和夏季電池冷卻對(duì)電池 SOC 的影響，進(jìn)而對(duì)熱管理系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。