新能源汽車一體化整車熱管理的探討

高超

摘 要：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。在新能源汽車利用期間，積極協(xié)調(diào)電機能量轉(zhuǎn)化及高密度電池儲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，結(jié)合系統(tǒng)熱慣性潛力特征設(shè)立一體化控制框架，進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

Discussion on Integrated Vehicle Thermal Management of New Energy Vehicles

Gao Chao

Abstract：With the widespread use of new energy vehicles， the problem of vehicle energy supply has been solved. During the use of new energy vehicles， it is particularly important to actively coordinate the energy conversion of electric motors and the efficiency control of high-density battery energy storage. To improve the thermal management efficiency of new energy vehicles， the endurance of the vehicle can be improved in the necessary optimization management process to meet the safety and efficiency requirements of vehicle applications. Based on this， the article analyzes the application status of integrated vehicle thermal management technology， summarizes the control objectives of vehicle thermal management， and establishes an integrated control framework based on the potential characteristics of system thermal inertia， thereby improving the performance of the vehicle.

Key words：new energy vehicles， vehicle thermal management， system thermal inertia， optimal control

1 引言

新能源汽車可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動能，期間車輛本身會出現(xiàn)大量的熱量，從而帶動汽車輪組的運動。但是，多部件的反復(fù)摩擦可能會導(dǎo)致汽車重要部位的溫度不斷增加。若冷卻機組沒有及時作用于重要部位時，可能會導(dǎo)致局部構(gòu)件溫度異常，誘發(fā)汽車動力供給、自燃問題的發(fā)生。由此可見，技術(shù)人員應(yīng)當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，再優(yōu)化電機、電池的能量產(chǎn)出，有利于提高車輛運行的穩(wěn)定性[1]。另外，技術(shù)人員還應(yīng)當滿足發(fā)動機運行效率、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，提升電池包的功能性。電池包持續(xù)運行期間也會誘發(fā)電池功能性方面的問題，致使電動汽車自燃、突發(fā)性動力失效的問題，故需要側(cè)重注意新能源汽車的安全性要求，以期及時解決電池熱管理質(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)，解決電池運行問題對車輛運行、安全性管理方面的影響，這也對提高車輛舒適度、穩(wěn)定性有著積極的作用。

2 整車熱管理現(xiàn)有問題與優(yōu)化目標

整車熱管理不僅需協(xié)調(diào)車廂內(nèi)空調(diào)機組的冷熱風(fēng)的輸出管理，還需要對新能源汽車的核心構(gòu)件給予保溫或降溫管理，提高車輛機械能的轉(zhuǎn)化效率。因此，整車規(guī)管理對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，可及時滿足車輛的動力、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，就會導(dǎo)致車輛制熱方面的問題。若車輛制熱系統(tǒng)出現(xiàn)運行方面的隱患時，尤其是核心構(gòu)件缺乏具體的管理支持時，可能會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，就會影響機械裝置的運行功能[2]。

為了解決熱管理方面的問題時，技術(shù)人員應(yīng)利用精細化管理體系，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，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)當結(jié)合車輛安全性功能、動力性功能的管理目標，在協(xié)調(diào)車輛動力系統(tǒng)功能的同時滿足關(guān)鍵性元件對溫度、濕度等環(huán)境指標的需求，進而提升車輛運行的安全性功能。同時，車輛還需在不同場景狀態(tài)下進行溫度調(diào)控，以便在強化車輛應(yīng)激能力的過程中保障車輛運行的功能。其中，應(yīng)重點解決車輛動力系統(tǒng)及“三電”功能，在不同管理、控制的要求下提升車輛運行的穩(wěn)定性，尤其是要防止核心電機高速運行期間磁鋼退磁和絕緣擊穿的影響，也能鞏固車輛運行功能在額定指標內(nèi)[3]。此外，電池裝置系統(tǒng)應(yīng)用期間，技術(shù)人員也應(yīng)當做好電池化學(xué)性能、輸出能力的監(jiān)控，利用如圖1所示的控制體系對電控系統(tǒng)的散熱效果、逆變器的承載功能進行探討，在關(guān)鍵區(qū)域搭建電機驅(qū)動器裝置，滿足不同元件驅(qū)動裝置運行、冷卻系統(tǒng)能耗方面的要求。

通過利用“一體化”整車散熱管理系統(tǒng)對空調(diào)的耗能、關(guān)鍵元件的溫度進行監(jiān)控，設(shè)立必要的熱交換控制體系，可強化整體車組的續(xù)航指標。同時，為了讓車輛核心元件的運行溫度在額定指標內(nèi)，可讓電池的散熱、功能性指標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)。

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)當探討降水、大風(fēng)、雷電天氣變化時，乘客對車廂內(nèi)部環(huán)境的要求，在控制車輛能耗的同時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，降低各類元件機組的磨損系數(shù)，避免電機、動力裝置的絕緣性能的損傷，可降低用電電池的磨損及運行功率低的問題。值得注意的是，高溫環(huán)境下也會導(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。

3 構(gòu)建一體化管理思路

3.1 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、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)中進行功能協(xié)調(diào)和功能優(yōu)化。另外，為了方便精準測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)合多重控制模式評價各元件的理論值及實際值，進而提升車輛降階模型的性能。

3.2 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)當利用統(tǒng)一化的控制模式對車輛關(guān)鍵部位的熱耦合指標展開量化分析，監(jiān)控出不同構(gòu)件的布局要點、功率傳輸特點的關(guān)系，再探討核心構(gòu)件機械能、電能傳遞的效率，以確保終端系統(tǒng)能夠精準地分析出自控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，提升量化管理效率。

4 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)運行期間核心構(gòu)件會做功，故系統(tǒng)本身的慣性較高，且車輛的瞬時溫度的響應(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“儲熱”效益，也能在自動化的監(jiān)控運行期間設(shè)立可操作性的空間管理體系，進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，促使熱管理機組在“平滑化”的狀態(tài)內(nèi)運行，而這一操作也能提升熱管理、冷卻機組、加熱系統(tǒng)的功能性。

5 一體化框架模型下軟、硬件對接與統(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)的運行狀態(tài)始終在額定標準內(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，采用自動化模型對裝置的溫度進行預(yù)測和測試，進而提升熱管理及軟件、硬件系統(tǒng)對接工作的質(zhì)量。

6 一體化實時整車熱管理系統(tǒng)的潛力

一體化整車熱管理系統(tǒng)實時管理過程中，應(yīng)當總結(jié)系統(tǒng)在利用期間的潛能，分析冷卻、熱價護岸、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)的熱耦合性能指標展開測試，依據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)搭建量化管理模型，可在自動化溫度監(jiān)控期間提升電機、空調(diào)等關(guān)鍵組件模型指標的可信度。另外，多端串聯(lián)冷卻系統(tǒng)控制期間，應(yīng)當測試出冷卻系統(tǒng)瞬時狀態(tài)，給予短板必要的保護，利用有限的資源控制模型分析出機組的溫度參數(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、控制模型，結(jié)合整車運行測試的過程，設(shè)立科學(xué)的控制方案，可提高車輛舒適度功能。

7 動力鋰電池熱管理的應(yīng)用前景

新能源汽車應(yīng)用期間，技術(shù)人員應(yīng)當重視動力鋰電池的熱管理要求，及時滿足穿電動汽車熱管理過程中對電機、DCDC、充電機、電池熱管理及空調(diào)的功能需求，結(jié)合車輛在行駛期間的續(xù)航特點、運行動力、安全性功能及重要元件的耐久度性能展開測試，設(shè)立一體化管理體系，可提升鋰電池熱管理的質(zhì)量。其中，技術(shù)人員應(yīng)當根據(jù)車輛的運行狀態(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價，再測試出子控制部件和終端控制部件的運行要求和管理要求，利用智能化的管理思路提升預(yù)測控制的質(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[4]。

8 結(jié)語

通過對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)、電機等組件的運行狀態(tài)及運行功能，再使用科學(xué)的評價思路及管理思路提升車輛運行質(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：

[1]黃瑞，薛松，陳俊玄，俞小莉.新能源車輛熱管理實驗教學(xué)平臺開發(fā)和應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理，2020，37（12）：102-107.

[2]謝佳平.淺談新能源汽車用鋰電池熱管理系統(tǒng)設(shè)計[J].時代汽車，2019（19）：59-60.

[3]孫鑫，房炫伯，劉永川，馬紅，吳雙威，楊李萍.燃料電池熱管理技術(shù)專利分析[J].中國科技信息，2020（12）：15-17+20.

[4]肖軍.新能源汽車低溫電池熱管理方法研究[J].汽車文摘，2020（10）：34-40.