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新能源汽車一體化整車熱管理的探討

2021-12-17 21:32:42·  來源：AUTO行家  
　
Reading guide隨著新能源汽車的廣泛利用，解決了汽車能量供給方面的問題。在新能源汽車?yán)闷陂g，積極協(xié)調(diào)電機(jī)能量轉(zhuǎn)化及高密度電池儲(chǔ)能效率控制方面的問題尤為
Reading guide
隨著新能源汽車的廣泛利用，解決了汽車能量供給方面的問題。在新能源汽車?yán)闷陂g，積極協(xié)調(diào)電機(jī)能量轉(zhuǎn)化及高密度電池儲(chǔ)能效率控制方面的問題尤為重要。為了提高新能源汽車熱管理效率，在必要的優(yōu)化管理過程中提高車輛的續(xù)航能力，能滿足車輛應(yīng)用的安全性及高效性需求?；诖?，文章分析了一體化整車熱管理技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，總結(jié)整車熱管理的控制目標(biāo)，結(jié)合系統(tǒng)熱慣性潛力特征設(shè)立一體化控制框架，進(jìn)而提高車輛的使用性能。
關(guān)鍵詞：新能源汽車　整車熱管理　系統(tǒng)熱慣性　優(yōu)化控制
作者：高超
單位：南京司凱奇汽車科技有限公司
來源：NEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽車
新能源汽車可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，期間車輛本身會(huì)出現(xiàn)大量的熱量，從而帶動(dòng)汽車輪組的運(yùn)動(dòng)。但是，多部件的反復(fù)摩擦可能會(huì)導(dǎo)致汽車重要部位的溫度不斷增加。若冷卻機(jī)組沒有及時(shí)作用于重要部位時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致局部構(gòu)件溫度異常，誘發(fā)汽車動(dòng)力供給、自燃問題的發(fā)生。由此可見，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)重視車輛的熱管理與控制，探討車輛重要構(gòu)件的性能指標(biāo)，再優(yōu)化電機(jī)、電池的能量產(chǎn)出，有利于提高車輛運(yùn)行的穩(wěn)定性。另外，技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)滿足發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率、電池散熱及散熱熱阻增加方面的性能，探討
核心構(gòu)件溫度上升的要求及熱管理及其同步的應(yīng)用要點(diǎn)，提升電池包的功能性。電池包持續(xù)運(yùn)行期間也會(huì)誘發(fā)電池功能性方面的問題，致使電動(dòng)汽車自燃、突發(fā)性動(dòng)力失效的問題，故需要側(cè)重注意新能源汽車的安全性要求，以期及時(shí)解決電池?zé)峁芾碣|(zhì)不高、電池功能異常方面的問題。總之，解決熱交換問題的核心思路是控制放電效率及電池的電化學(xué)反應(yīng)，解決電池運(yùn)行問題對(duì)車輛運(yùn)行、安全性管理方面的影響，這也對(duì)提高車輛舒適度、穩(wěn)定性有著積極的作用。
01、整車熱管理現(xiàn)有問題與優(yōu)化目標(biāo)
整車熱管理不僅需協(xié)調(diào)車廂內(nèi)空調(diào)機(jī)組的冷熱風(fēng)的輸出管理，還需要對(duì)新能源汽車的核心構(gòu)件給予保溫或降溫管理，提高車輛機(jī)械能的轉(zhuǎn)化效率。因此，整車規(guī)管理對(duì)維系車輛零部件溫度、性能有著積極的作用，并且在管理期間注意車輛的溫度、環(huán)境、功能特點(diǎn)，可及時(shí)滿足車輛的動(dòng)力、使用效果。但是，整車熱管理期間仍然存在多方面的影響因素，其原因是整車熱管理系統(tǒng)主要分為軟件系統(tǒng)空間和硬件系統(tǒng)空間，不同系統(tǒng)對(duì)車輛使用功能也有著不同的影響。其中，硬件區(qū)域的體積較大，且車輛的結(jié)構(gòu)尤為軟冗余，就會(huì)導(dǎo)致車輛制熱方面的問題。若車輛制熱系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行方面的隱患時(shí)，尤其是核心構(gòu)件缺乏具體的管理支持時(shí)，可能會(huì)降低車輛的工作效能。所以，新能源汽車使用期間，車輛熱管理系統(tǒng)缺乏專業(yè)的管理體系，就會(huì)影響機(jī)械裝置的運(yùn)行功能。
為了解決熱管理方面的問題時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)利用精細(xì)化管理體系，探討熱管理過程中的問題及挑戰(zhàn)，設(shè)立科學(xué)的控制目標(biāo)，重視軟件控制的形式，可提升“一體化”管理的質(zhì)量。其中，設(shè)立一體化管理模式應(yīng)當(dāng)結(jié)合車輛安全性功能、動(dòng)力性功能的管理目標(biāo)，在協(xié)調(diào)車輛動(dòng)力系統(tǒng)功能的同時(shí)滿足關(guān)鍵性元件對(duì)溫度、濕度等環(huán)境指標(biāo)的需求，進(jìn)而提升車輛運(yùn)行的安全性功能。同時(shí)，車輛還需在不同場(chǎng)景狀態(tài)下進(jìn)行溫度調(diào)控，以便在強(qiáng)化車輛應(yīng)激能力的過程中保障車輛運(yùn)行的功能。其中，應(yīng)重點(diǎn)解決車輛動(dòng)力系統(tǒng)及“三電”功能，在不同管理、控制的要求下提升車輛運(yùn)行的穩(wěn)定性，尤其是要防止核心電機(jī)高速運(yùn)行期間磁鋼退磁和絕緣擊穿的影響，也能鞏固車輛運(yùn)行功能在額定指標(biāo)內(nèi)。此外，電池裝置系統(tǒng)應(yīng)用期間，技術(shù)人員也應(yīng)當(dāng)做好電池化學(xué)性能、輸出能力的監(jiān)控，利用如圖1 所示的控制體系對(duì)電控系統(tǒng)的散熱效果、逆變器的承載功能進(jìn)行探討，在關(guān)鍵區(qū)域搭建電機(jī)驅(qū)動(dòng)器裝置，滿足不同元件驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行、冷卻系統(tǒng)能耗方面的要求。
整車熱管理不僅需協(xié)調(diào)車廂內(nèi)空調(diào)機(jī)組的冷熱風(fēng)的輸出管理，還需要對(duì)新能源汽車的核心構(gòu)件給予保溫或降溫管理，提高車輛機(jī)械能的轉(zhuǎn)化效率。因此，整車規(guī)管理對(duì)維系車輛零部件溫度、性能有著積極的作用，并且在管理期間注意車輛的溫度、環(huán)境、功能特點(diǎn)，可及時(shí)滿足車輛的動(dòng)力、使用效果。但是，整車熱管理期間仍然存在多方面的影響因素，其原因是整車熱管理系統(tǒng)主要分為軟件系統(tǒng)空間和硬件系統(tǒng)空間，不同系統(tǒng)對(duì)車輛使用功能也有著不同的影響。其中，硬件區(qū)域的體積較大，且車輛的結(jié)構(gòu)尤為軟冗余，就會(huì)導(dǎo)致車輛制熱方面的問題。若車輛制熱系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行方面的隱患時(shí)，尤其是核心構(gòu)件缺乏具體的管理支持時(shí)，可能會(huì)降低車輛的工作效能。所以，新能源汽車使用期間，車輛熱管理系統(tǒng)缺乏專業(yè)的管理體系，就會(huì)影響機(jī)械裝置的運(yùn)行功能。
通過利用“一體化”整車散熱管理系統(tǒng)對(duì)空調(diào)的耗能、關(guān)鍵元件的溫度進(jìn)行監(jiān)控，設(shè)立必要的熱交換控制體系，可強(qiáng)化整體車組的續(xù)航指標(biāo)。同時(shí)，為了讓車輛核心元件的運(yùn)行溫度在額定指標(biāo)內(nèi)，可讓電池的散熱、功能性指標(biāo)在既定的控制要求內(nèi)，以確保電池溫度始終維系在可控的區(qū)間內(nèi)。

圖1　一體化整車散熱管理系統(tǒng)
除了要保障車輛的安全性及元件功能性需求，還需利用可控的監(jiān)控目標(biāo)滿足車輛的舒適性功能和耐久度功能。首先，耐久度功能提升期間，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)探討降水、大風(fēng)、雷電天氣變化時(shí)，乘客對(duì)車廂內(nèi)部環(huán)境的要求，在控制車輛能耗的同時(shí)控制車輛的溫度系數(shù)，可提升車輛的舒適度。期間，技術(shù)人員應(yīng)重點(diǎn)探查座椅、方向盤、內(nèi)外窗體、內(nèi)視鏡及后視鏡的溫度系數(shù)，給予此類元件必要的加熱及除霧處理。另外，降低各類元件機(jī)組的磨損系數(shù)，避免電機(jī)、動(dòng)力裝置的絕緣性能的損傷，可降低用電電池的磨損及運(yùn)行功率低的問題。值得注意的是，高溫環(huán)境下也會(huì)導(dǎo)致車輛重要元件出現(xiàn)銹蝕、易碎的情況，故需要控制車輛的電池的溫度，可延緩電池老化的速度。
02、構(gòu)建一體化管理思路
2.1 建立化子系統(tǒng)控制導(dǎo)向熱模型
建立化子系統(tǒng)控制導(dǎo)向熱模型，可及時(shí)解決系能源車輛熱管理期間所存在的問題，技術(shù)人員建立熱分析模型，采用科學(xué)、合理的構(gòu)想?yún)f(xié)調(diào)電機(jī)、空調(diào)、逆變器、電池包的功能，再根據(jù)不同元件的管理需求建立有效的構(gòu)想思路，可讓車輛的熱管理系統(tǒng)的始終在多層次、多角度的控制協(xié)調(diào)中進(jìn)行功能協(xié)調(diào)和功能優(yōu)化。另外，為了方便精準(zhǔn)測(cè)試出不同元件的能耗及產(chǎn)熱、冷卻效果，需要技術(shù)人員結(jié)合多重控制模式評(píng)價(jià)各元件的理論值及實(shí)際值，進(jìn)而提升車輛降階模型的性能。
2.2 關(guān)鍵部位的熱耦合影響量控制
關(guān)鍵部位的熱耦合性能監(jiān)控期間，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)利用統(tǒng)一化的控制模式對(duì)車輛關(guān)鍵部位的熱耦合指標(biāo)展開量化分析，監(jiān)控出不同構(gòu)件的布局要點(diǎn)、功率傳輸特點(diǎn)的關(guān)系，再探討核心構(gòu)件機(jī)械能、電能傳遞的效率，以確保終端系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)地分析出自控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，提升量化管理效率。
03、挖掘整車熱管理潛力與熱慣性的利用
新能源汽車熱管理系統(tǒng)運(yùn)行期間核心構(gòu)件會(huì)做功，故系統(tǒng)本身的慣性較高，且車輛的瞬時(shí)溫度的響應(yīng)非常慢。在該情況的影響下，車輛熱管理系統(tǒng)具有較好的“儲(chǔ)熱”效益，也能在自動(dòng)化的監(jiān)控運(yùn)行期間設(shè)立可操作性的空間管理體系，進(jìn)而提升汽車綜合熱管理的質(zhì)量。另外，充分挖掘整車熱管理工作系統(tǒng)的潛力，除了可控制車輛的能耗參數(shù)和舒適度功能，還能提升車輛的控溫系統(tǒng)的核心性能，促使熱管理機(jī)組在“平滑化”的狀態(tài)內(nèi)運(yùn)行，而這一操作也能提升熱管理、冷卻機(jī)組、加熱系統(tǒng)的功能性。
04、一體化框架模型下軟、硬件對(duì)接與統(tǒng)籌
為了提升電池控制器的核心功能，需要技術(shù)人員根據(jù)新能源汽車各元件的熱量分散、冷卻組件的互聯(lián)方法展開探討，構(gòu)建一套控制型的熱管理模式，可促使一體化管理系統(tǒng)與整車管理系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)始終在額定標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。為此，需要技術(shù)人員探討子控制器、終端控制器的熱耦合功能特征，采用自動(dòng)化模型對(duì)裝置的溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)和測(cè)試，進(jìn)而提升熱管理及軟件、硬件系統(tǒng)對(duì)接工作的質(zhì)量。
05、一體化實(shí)時(shí)整車熱管理系統(tǒng)的潛力
一體化整車熱管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)管理過程中，應(yīng)當(dāng)總結(jié)系統(tǒng)在利用期間的潛能，分析冷卻、熱價(jià)護(hù)岸、熱耦合性能的監(jiān)控與量化管理，可提升裝置的功能性。具體而言，需要根據(jù)自控制系統(tǒng)的熱耦合性能指標(biāo)展開測(cè)試，依據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)搭建量化管理模型，可在自動(dòng)化溫度監(jiān)控期間提升電機(jī)、空調(diào)等關(guān)鍵組件模型指標(biāo)的可信度。另外，多端串聯(lián)冷卻系統(tǒng)控制期間，應(yīng)當(dāng)測(cè)試出冷卻系統(tǒng)瞬時(shí)狀態(tài)，給予短板必要的保護(hù)，利用有限的資源控制模型分析出機(jī)組的溫度參數(shù)，解決絕緣系統(tǒng)老化現(xiàn)象的不利影響。通過建立科學(xué)的預(yù)測(cè)、控制模型，結(jié)合整車運(yùn)行測(cè)試的過程，設(shè)立科學(xué)的控制方案，可提高車輛舒適度功能。
06、動(dòng)力鋰電池?zé)峁芾淼膽?yīng)用前景
新能源汽車應(yīng)用期間，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)重視動(dòng)力鋰電池的熱管理要求，及時(shí)滿足穿電動(dòng)汽車熱管理過程中對(duì)電機(jī)、DCDC、充電機(jī)、電池?zé)峁芾砑翱照{(diào)的功能需求，結(jié)合車輛在行駛期間的續(xù)航特點(diǎn)、運(yùn)行動(dòng)力、安全性功能及重要元件的耐久度性能展開測(cè)試，設(shè)立一體化管理體系，可提升鋰電池?zé)峁芾淼馁|(zhì)量。其中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)車輛的運(yùn)行狀態(tài)設(shè)立科學(xué)的建模思路，依據(jù)和不同系統(tǒng)的熱慣性潛力功能作出評(píng)價(jià)，再測(cè)試出子控制部件和終端控制部件的運(yùn)行要求和管理要求，利用智能化的管理思路提升預(yù)測(cè)控制的質(zhì)量，有利于提升車輛本身的耐受性，解決車輛熱失效的不利影響。
07、結(jié)語(yǔ)
通過對(duì)新能源汽車展開一體化的熱管理控制，分析電池、熱交換、空調(diào)、電機(jī)等組件的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行功能，再使用科學(xué)的評(píng)價(jià)思路及管理思路提升車輛運(yùn)行質(zhì)量，有利于消除新能源汽車熱管理控制方面的問題，提升車輛的核心品質(zhì)。
【參考文獻(xiàn)】
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