电动汽车空调系统在双冷模式下的控制策略研究

作     者：陈烜 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭烈恩

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：电动汽车 空调系统 动力电池 制冷模式 控制策略 

摘      要：当前,纯电动汽车因具有无尾气排放、噪声低、能量转化率高、运行成本低等特点而成为我国新能源汽车产业发展的主要战略方向。纯电动车能源完全来自车载动力电池,电池能量的有限大大制约了汽车的发展,而空调系统作为汽车最大的辅助系统,其能耗约占整车的33%,严重影响了整车的续驶里程。并且电池在持续工作过程中会放出大量热量,过高温度会直接降低电池的各项性能。因此,本文以电动汽车空调系统为基础,同时考虑乘客舱制冷和动力电池制冷的需求,设计一套空调系统在双冷模式下的控制策略,最后进行仿真验证,主要完成了以下工作:通过稳态传热的方法计算得到乘客舱的热负荷为3526W,动力电池的热负荷为2774W,两者相加确定电动汽车的总热负荷为6300W。选用R134a作为系统的制冷剂,对空调系统进行热力学分析,结合计算得到的热负荷对压缩机、内外换热器、节流装置等空调各部件和动力电池的相关参数进行计算匹配,并在AMESim软件中建立起电动汽车空调系统总模型。根据双冷需求对空调系统控制策略进行了设计,把空调系统的控制分为乘客舱温度控制和动力电池温度控制两个部分。针对乘客舱温度控制,采用模糊控制方法,设计了一种二输入、二输出的模糊控制器,通过控制压缩机和室内风机的转速,进而控制乘客舱的制冷量。针对动力电池温度控制,采用PID控制的方法,通过控制电子膨胀阀的开度,进而控制电池的制冷量。在AMESim和Simulink软件中分别建立空调系统仿真模型和乘客舱温度控制系统,最后进行联合仿真分析乘客舱制冷性能和动力电池制冷性能,结果表明本文设计的控制策略能够对乘客舱和动力电池的温度进行有效控制,可以实现双冷功能。同时与开关控制进行对比分析,发现模糊控制的控制效果更精确,使空调系统的制冷能效比EER更高,且空调系统处于双冷模式下时,电池SOC下降地更缓慢,系统更节能省电。