日本无码免费高清在线|成人日本在线观看高清|A级片免费视频操逼欧美|全裸美女搞黄色大片网站|免费成人a片视频|久久无码福利成人激情久久|国产视频一二国产在线v|av女主播在线观看|五月激情影音先锋|亚洲一区天堂av

  • 手機站
  • 小程序

    汽車測試網(wǎng)

  • 公眾號

    • 汽車測試網(wǎng)

    • 在線課堂

    • 電車測試

混合動力汽車動力電池冷卻系統(tǒng)噪聲控制策略研究

2020-07-05 16:56:25·  來源：汽車熱管理之家  
　
【摘要】為解決混合動力汽車行駛過程中車內(nèi)噪聲問題，針對其鎳氫動力電池冷卻系統(tǒng)提出了一種新的控制策略。根據(jù)對電池冷卻系統(tǒng)控制因素的分析，設(shè)計了冷卻系統(tǒng)控
【摘要】為解決混合動力汽車行駛過程中車內(nèi)噪聲問題，針對其鎳氫動力電池冷卻系統(tǒng)提出了一種新的控制策略。根據(jù)對電池冷卻系統(tǒng)控制因素的分析，設(shè)計了冷卻系統(tǒng)控制策略。試驗結(jié)果表明，該控制策略可以將車內(nèi)噪聲聲壓級降低1～3 dB（A），且能保證電池組工作在合適的溫度區(qū)間。
 
1 前言
相對于傳統(tǒng)燃油汽車，混合動力汽車搭載了動力電池系統(tǒng)與電機等部件，因而也增加了更多噪聲源，所以協(xié)調(diào)整車運行時的噪聲極其重要。
 
混合動力汽車所搭載的鎳氫動力電池的冷卻系統(tǒng)普遍采用風冷方式且布置在車廂內(nèi)部，因此需要嚴格控制其冷卻系統(tǒng)噪聲以提高乘坐舒適性。目前，降低冷卻系統(tǒng)噪聲的主要措施是調(diào)整硬件結(jié)構(gòu)和采取相應的控制策略。但隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計的成熟，以及增加吸聲材料、加強密封、安裝彈性支承、優(yōu)化風道等措施的使用，對電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化的降噪效果難以進一步提升；而目前的控制策略在設(shè)計時只關(guān)注動力電池溫度而忽視系統(tǒng)噪聲因素的影響，因此在噪聲控制方面存在較大的優(yōu)化空間。為此，本文在原有控制策略基礎(chǔ)上進行了優(yōu)化設(shè)計，在保證冷卻系統(tǒng)散熱能力的基礎(chǔ)上嚴格控制其噪聲，實現(xiàn)了正常工況下車內(nèi)噪聲的降低。
 
2 冷卻系統(tǒng)噪聲控制因素分析
2.1 溫度因素
鎳氫電池的最佳工作溫度范圍為20～40℃，每升高10℃化學反應速率加倍，同時會導致電池壽命減半[6，7]。由于受行駛工況與環(huán)境因素的影響，混合動力汽車工作溫度范圍可達-30～60℃，為保證鎳氫動力電池組的使用壽命，其最高溫度必須控制在50℃以下。溫度偏高或偏低時，可根據(jù)噪聲限值控制風機轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)電芯的工作溫度。但當溫度超過鎳氫電池安全范圍時，應以溫度控制為主，同時調(diào)整動力電池充放電功率以控制電池發(fā)熱量。
2.2 噪聲因素
車內(nèi)噪聲主要來源于進排氣系統(tǒng)、發(fā)動機、行駛狀態(tài)控制件、空調(diào)系統(tǒng)以及動力電池冷卻系統(tǒng)等[4，5]，各噪聲源涉及變量較多，且計算過程繁瑣，所以將除冷卻風機以外的所有噪聲因素歸為車內(nèi)環(huán)境噪聲。標準GB/ T18697—2002聲學汽車車內(nèi)噪聲測量方法中規(guī)定，以車速代表被測汽車車內(nèi)噪聲的運行條件，因此可將車速作為衡量車內(nèi)環(huán)境噪聲的依據(jù)。
該動力電池冷卻系統(tǒng)選用無級調(diào)速的低壓風機，與分級調(diào)速相比具有節(jié)能高效、控制精確、便于集成等優(yōu)點，其聲功率計算式為[3]：
 
式中，LW為聲功率；P為風機功率；Q為風量；p為風壓；k為電機容量系數(shù)，取1.5；η為風機全壓效率。
由式（1）和式（2）可知，降低風機噪聲的關(guān)鍵在于限制其輸出功率，而風機功率的控制主要依靠風量的調(diào)節(jié)，即冷卻風機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，但在控制風機轉(zhuǎn)速的同時還應滿足動力電池系統(tǒng)的散熱需求。
3 冷卻系統(tǒng)噪聲控制策略設(shè)計與驗證
根據(jù)影響因素設(shè)計的冷卻系統(tǒng)噪聲控制策略如圖1所示，該控制策略是通過噪聲限制、溫度匹配及功率限制等3方面來實現(xiàn)降低車內(nèi)噪聲與控制電池溫度。
 
圖1 冷卻系統(tǒng)噪聲控制策略
3.1 功率限制
功率限制是指限制電池發(fā)熱的同時防止其在高溫等極端情況下仍高負荷工作，以保證電池的使用壽命與安全。動力電池工作功率的控制是通過動力電池系統(tǒng)發(fā)送信號給混合動力控制單元HCU（Hybrid Control Unit），HCU通過調(diào)節(jié)驅(qū)動電機扭矩控制其工作電流來實現(xiàn)。為保障整車動力性需求，此處功率限制取的是10 s內(nèi)動力電池平均功率，即允許短時超功率運行，但總功率平均值須低于該限值。
功率限制主要功能[8]為：限制電池組工作功率以減少發(fā)熱，輔助控制電池溫度；根據(jù)電池當前狀態(tài)限制充放電功率，以延長其使用壽命；保證整車在百公里加速、上陡坡、坡道起動等工況下瞬時高功率的需求；發(fā)生故障時保障電池安全。其控制策略為：根據(jù)溫度與SOC值查表確定當前功率限值（見圖2和圖3），再由故障類別、歷史功率、健康狀態(tài)SOH（State of Health）等因素對該限值進行處理并作為最終功率限值輸出。其中故障類別包括動力電池電壓、電流、溫度、SOC、電池箱體部件（含繼電器、傳感器、冷卻風機等）、系統(tǒng)安全與通信以及監(jiān)控層。在此僅討論與溫度相關(guān)的故障判定，其定義與處理措施如表1所示。
 
圖2 輸出功率限值
 
圖3 輸入功率限值
表1 故障等級定義
 
3.2 溫度匹配
溫度匹配是指在保障電池得到足夠散熱量的同時盡量降低風機轉(zhuǎn)速，是通過各布點傳感器所采集到的溫度確定電池散熱需求，并由此決定風機的轉(zhuǎn)速輸出。具體控制邏輯如表2所示。由表2可知，當最低溫度低于0℃時，風機以最低轉(zhuǎn)速運行，利用駕駛艙內(nèi)相對溫度較高的空氣提高動力電池組溫度；最低溫度在0～3℃時為暖機模式回差區(qū)間，即根據(jù)風機工作狀態(tài)判斷其是否處于暖機模式，若風機處于開啟狀態(tài)則最低溫度升至3℃時才可關(guān)閉，用于防止溫度抖動導致風機頻繁啟停；最高溫度在34～36℃時為冷卻模式回差區(qū)間，即根據(jù)風機狀態(tài)判斷其是否處于冷卻模式，若風機處于開啟狀態(tài)則最高溫度降至34℃時才可關(guān)閉；當最高溫度在36～50℃時，除對風機輸出轉(zhuǎn)速進行線性插值外，還需要根據(jù)各傳感器間的溫差確定風機的散熱模式，協(xié)調(diào)電池組各模塊間的均衡性。
表2 溫度控制邏輯
 
3.3 噪聲限制
噪聲限制是指根據(jù)車速、車內(nèi)環(huán)境噪聲、風機噪聲與風機轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，在電池溫度處于安全范圍的情況下限制風機轉(zhuǎn)速極值。
車內(nèi)環(huán)境聲壓級與風機聲壓級疊加計算式見式（3），由此可以得出兩聲源間聲壓級差與總聲壓級增值ΔLp之間的關(guān)系如圖4所示。
 
 
式中，Lp為總聲壓級；Lpf為風機聲壓級；Lpe為車內(nèi)環(huán)境聲壓級。
 
圖4 兩噪聲聲源疊加曲線
由圖4可看出，當風機聲壓級低于車內(nèi)環(huán)境噪聲6 dB（A）以上時，總聲壓增值的降低趨勢逐漸放緩，因此，為實現(xiàn)降低車內(nèi)噪聲的同時兼顧散熱能力，通過控制風機轉(zhuǎn)速使其噪聲聲壓級低于車內(nèi)環(huán)境噪聲6～9 dB（A）較為合理。
為將風機噪聲與車內(nèi)環(huán)境噪聲的聲壓級差值轉(zhuǎn)換為風機轉(zhuǎn)速與車速間的關(guān)系，必須分別測試風機和車速單一因素影響下駕駛艙內(nèi)的噪聲。噪聲測試使用LMS公司的LMS Test.LAB軟件及LMS SCADAS Mobile前端數(shù)據(jù)采集設(shè)備，將聲學麥克風安裝在車后排中間位置，關(guān)閉車窗及空調(diào)等一切輔助裝置，以10 s為一個測量周期對車內(nèi)聲壓信號進行采集，極差小于2 dB（A）方為有效測量周期，選取3個有效周期的平均值作為最終數(shù)據(jù)記錄。進行車速與車內(nèi)環(huán)境噪聲關(guān)系測試時，關(guān)閉冷卻風機并控制整車在國道上勻速行駛，其中車速在0～30 km/h時整車運行分為純電動（Electric Vehicle，EV）與混合動力（Hybrid-Electric Vehicle，HEV）兩種模式，車內(nèi)噪聲與車速關(guān)系如圖5所示，根據(jù)試驗結(jié)果以及車內(nèi)環(huán)境聲壓級與風機聲壓級差值要求可以確定不同車速下風機噪聲限值。風機轉(zhuǎn)速與車內(nèi)噪聲關(guān)系測試在整車靜止時進行，試驗結(jié)果如圖6所示，由此可將風機的噪聲限值轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)速限值，從而可知車速對風機轉(zhuǎn)速的限值（見圖7），并建立車速與風機轉(zhuǎn)速的線性插值表。
 
圖5 風機關(guān)閉時車內(nèi)噪聲與車速關(guān)系曲線
 
圖6 風機轉(zhuǎn)速與車內(nèi)噪聲關(guān)系曲線
 
圖7 風機轉(zhuǎn)速限值
噪聲限制是在溫度匹配的基礎(chǔ)上對風機轉(zhuǎn)速進行限制，其控制方法如下：根據(jù)當前車速查閱車速與風機轉(zhuǎn)速的線性插值表，限制風機轉(zhuǎn)速不超過當前車速下的查表值。同時，為防止低速行駛時電池溫度過高影響其使用壽命，當電池組最高溫度在46～50℃時逐漸削弱噪聲影響因子，該階段輸出轉(zhuǎn)速按式（4）計算。而當電池組最高溫度超過50℃時，風機以最高轉(zhuǎn)速運行，不考慮噪聲因素。
 
式中，n為輸出轉(zhuǎn)速；ntemp為最高溫度線性插值所得轉(zhuǎn)速；nv為根據(jù)車速查表所得轉(zhuǎn)速極值；T為電池組最高溫度。
3.4 試驗驗證
為驗證該控制策略是否符合設(shè)計要求進行了測試試驗，試驗分為兩個部分：一是進行噪聲測試，對比冷卻系統(tǒng)控制策略優(yōu)化前、后車內(nèi)噪聲；二是進行溫度測試，觀察風機轉(zhuǎn)速受限后能否滿足動力電池系統(tǒng)散熱需求。
噪聲測試時環(huán)境溫度約為34℃，先關(guān)閉冷卻風機并駕駛試驗車急加減速，當電池溫度上升至36℃以上時開始測試，試驗路段依然選擇國道，試驗時關(guān)閉車窗及空調(diào)等一切輔助裝置，控制車輛勻速行駛并記錄后排中間位置噪聲聲壓。冷卻系統(tǒng)控制策略優(yōu)化前、后車內(nèi)噪聲對比結(jié)果如圖8所示，由圖8可看出，控制策略優(yōu)化后噪聲降低了1～3 dB（A），效果顯著。
 
圖8 優(yōu)化前、后車內(nèi)噪聲對比結(jié)果
溫度測試在北京交通部公路交通試驗場進行，CAN信號采集設(shè)備包括筆記本電腦、OBD車載設(shè)備、德國Vector公司的CANalyzer軟件及配套CAN總線工具。
為測試冷卻系統(tǒng)散熱能力，需盡量模擬動力電池高強度使用且冷卻環(huán)境較差的情況，所以試驗時關(guān)閉空調(diào)并打開車窗，控制試驗車采用頻繁急加減速，車速信息如圖9所示，此時動力電池電流如圖10所示，充電為正放電為負。電池在高強度充、放電過程中產(chǎn)生大量熱能，以此檢測冷卻系統(tǒng)對動力電池溫度的控制能力。試驗過程中，電池內(nèi)部各采樣點溫度如圖11所示，由于車輛處于長時間暴曬狀態(tài)，電池系統(tǒng)內(nèi)部各采樣點溫度初始值均在45℃以上，為此打開車窗以保證進風口溫度與環(huán)境溫度基本一致，約為36℃左右。由圖11可知，試驗過程中電池模組間最高采樣溫度保持在50℃以下，且各采樣點間最大溫差低于5℃，符合混合動力汽車鎳氫電池溫度控制范圍，表明該控制策略能滿足動力電池系統(tǒng)散熱需求。
 
圖9 試驗車速
 
圖10 動力電池電流
 
圖11 各采樣點溫度
4 結(jié)束語
對某款混合動力汽車的冷卻系統(tǒng)控制策略進行了優(yōu)化，在根據(jù)溫度因素控制冷卻風機和動力電池工作功率的基礎(chǔ)上，通過車內(nèi)環(huán)境噪聲與風機噪聲間的疊加關(guān)系，在合理工作溫度范圍內(nèi)限制冷卻風機轉(zhuǎn)速。試驗結(jié)果表明，優(yōu)化后的控制策略一方面降低了車內(nèi)噪聲聲壓級1～3 dB（A），另一方面依然能滿足動力電池在高強度工況下的散熱需求。該控制策略效果顯著可操作性強，可為使用風冷式冷卻系統(tǒng)的混合動力汽車的研發(fā)提供參考。
作者：程子洋1,3喜冠南1朱建新2,3儲愛華3
單位：
1.南通大學
2.上海交通大學汽車電子技術(shù)研究所
3.科力遠混合動力技術(shù)有限公司
 
 
分享到：
 
反對 0 舉報 0 收藏 0 評論 0
滬ICP備11026917號-25