摘要
随着世界能源与环保形势的日益严峻以及我国“双碳”发展战略的提出，以增程式电动汽车（REEV）为代表的新能源汽车产业发展迅速。整车热管理系统作为 REEV 的重要组成部分，其性能表现对整车的热安全性、经济性、乘坐舒适性和整车寿命有着重要影响。因此，对于REEV整车热管理系统而言，低温环境下建立发动机余热利用和PTC协调加热控制策略，高温环境下对空调系统电子膨胀阀和压缩机控制进行优化，对于保证乘员舱内热舒适性、保证动力电池性能输出以及提高整车行驶经济性有着重要意义。 本文依托于课题组项目“某型增程式电动汽车整车性能提升技术研究”，以REEV整车热管理系统为研究对象，以提高热管理系统在高低温环境下的节能效果和热舒适性为研究目的，分别从整车能量管理策略、热管理策略及热管理系统关键部件控制优化展开研究；通过实车试验数据对热管理系统模型的验证分析，重点从综合考虑热管理需求的能量管理策略设计、低温环境下 APU 和电机回路余热利用及高温环境下空调系统关键部件的控制优化等方面展开研究。本文具体研究内容如下： （1）动力系统特性分析与模型搭建：针对原车动力系统构型，对发动机、驱动电机等部件动力特性进行分析，搭建动力系统模型；之后通过动力电池充放电试验获取动力电池输出特性参数和热物性参数，搭建动力电池热-电耦合模型；在基于规则的能量管理策略基础上进行整车能量管理策略设计及APU工作点选取，并通过GT-SUITE进行行驶工况验证。 （2）整车热管理系统分析建模与仿真验证：针对原车热管理系统构型、空调系统、乘员舱模块、液冷回路及前舱模块进行特性分析及建模；根据热管理系统工作模式设计以 PID 控制为基础的压缩机转速、电子膨胀阀开度和 PTC 功率的热管理控制策略。之后，通过高低温实车试验数据对整车热管理系统模型仿真精度进行验证，结果表明，整车热管理系统模型精度偏差在10%以内，仿真模型能很好的反映车辆状态变化，为低温制热策略开发和高温制冷控制优化提供了模型基础。 （3）低温环境下热管理系统制热控制策略设计。首先，以降低制热能耗为目的，增加了纯电动行驶时的发动机余热利用输出功率点，并针对发动机余热利用模式下的节温器和三通阀流量进行控制，在保证乘员舱热舒适性的同时，提高发动机余热利用效率；之后为了加快低温行驶工况下的动力电池温升速度，对热管理系统构型进行优化，利用电机余热对动力电池进行加热，并通过仿真进行优化效果验证。仿真结果显示，在明显提高动力电池温度速度的同时，降低了热管理系统制热能耗。 （4）针对高温环境下的空调系统制冷性能进行控制优化。首先，在电子膨胀阀PID控制的基础上，考虑到其压缩机入口过热度控制受到环境工况影响较大，采用模糊控制器对PID控制进行优化，在Simulink平台完成模糊PID控制器搭建，并通过GT-SUITE与Simulink联合仿真对其控制优化效果进行验证，结果显示压缩机入口过热度，受周围环境干扰波动明显减小，空调系统制冷性能有所改善，相同工况条件下，空调系统节能效果提升了6%；对压缩机转速控制进行优化，考虑到在空调系统模式转换时乘员舱温度会有明显波动，采用 MPC 控制来减小乘员舱温度受空调系统模式转换的影响，在Simulink 中完成对空调系统状态空间方程的参数辨识和 MPC 控制器模型搭建，并进行联合仿真，对压缩机转速控制优化效果进行验证，仿真结果显示，乘员舱温度在空调系统模式转换时温度波动程度明显降低，乘员舱热舒适性明显提高，且空调系统节能效果提升了4.2%。
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