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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。在新能源汽車利用期間，積極協(xié)調電機能量轉化及高密度電池儲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。在新能源汽車利用期間，積極協(xié)調電機能量轉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的應用現(xiàn)狀，總結整車熱管理的控制目標，結合系統(tǒng)熱慣性潛力特征設立一體化控制框架，進而提高車輛的使用性能。
關鍵詞：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能轉化為動能，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，多部件的反復摩擦可能會導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，可能會導致局部構件溫度異常，誘發(fā)汽車動力供給、自燃問題的發(fā)生。由此可見，技術人員應當重視車輛的熱管理與控制，探討車輛重要構件的性能指標，再優(yōu)化電機、電池的能量產出，有利于提高車輛運行的穩(wěn)定性。另外，技術人員還應當滿足發(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
核心構件溫度上升的要求及熱管理及其同步的應用要點，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反應，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。
01、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)調車廂內空調機組的冷熱風的輸出管理，還需要對新能源汽車的核心構件給予保溫或降溫管理，提高車輛機械能的轉化效率。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，且車輛的結構尤為軟冗余，就會導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。
為了解決熱管理方面的問題時，技術人員應利用精細化管理體系，探討熱管理過程中的問題及挑戰(zhàn)，設立科學的控制目標，重視軟件控制的形式，可提升“一體化”管理的質量。其中，設立一體化管理模式應當結合車輛安全性功能、動力性功能的管理目標，在協(xié)調車輛動力系統(tǒng)功能的同時滿足關鍵性元件對溫度、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)下進行溫度調控，以便在強化車輛應激能力的過程中保障車輛運行的功能。其中，應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。此外，電池裝置系統(tǒng)應用期間，技術人員也應當做好電池化學性能、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，在關鍵區(qū)域搭建電機驅動器裝置，滿足不同元件驅動裝置運行、冷卻系統(tǒng)能耗方面的要求。
整車熱管理不僅需協(xié)調車廂內空調機組的冷熱風的輸出管理，還需要對新能源汽車的核心構件給予保溫或降溫管理，提高車輛機械能的轉化效率。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，且車輛的結構尤為軟冗余，就會導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。
通過利用“一體化”整車散熱管理系統(tǒng)對空調的耗能、關鍵元件的溫度進行監(jiān)控，設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，可讓電池的散熱、功能性指標在既定的控制要求內，以確保電池溫度始終維系在可控的區(qū)間內。

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，技術人員應當探討降水、大風、雷電天氣變化時，乘客對車廂內部環(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，技術人員應重點探查座椅、方向盤、內外窗體、內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、構建一體化管理思路
2.1 建立化子系統(tǒng)控制導向熱模型
建立化子系統(tǒng)控制導向熱模型，可及時解決系能源車輛熱管理期間所存在的問題，技術人員建立熱分析模型，采用科學、合理的構想協(xié)調電機、空調、逆變器、電池包的功能，再根據不同元件的管理需求建立有效的構想思路，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)調中進行功能協(xié)調和功能優(yōu)化。另外，為了方便精準測試出不同元件的能耗及產熱、冷卻效果，需要技術人員結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。
2.2 關鍵部位的熱耦合影響量控制
關鍵部位的熱耦合性能監(jiān)控期間，技術人員應當利用統(tǒng)一化的控制模式對車輛關鍵部位的熱耦合指標展開量化分析，監(jiān)控出不同構件的布局要點、功率傳輸特點的關系，再探討核心構件機械能、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。
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)運行期間核心構件會做功，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。
04、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，需要技術人員根據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。為此，需要技術人員探討子控制器、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)對接工作的質量。
05、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，應當總結系統(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，需要根據自控制系統(tǒng)的熱耦合性能指標展開測試，依據現(xiàn)有的數(shù)據搭建量化管理模型，可在自動化溫度監(jiān)控期間提升電機、空調等關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。通過建立科學的預測、控制模型，結合整車運行測試的過程，設立科學的控制方案，可提高車輛舒適度功能。
06、動力鋰電池熱管理的應用前景
新能源汽車應用期間，技術人員應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、電池熱管理及空調的功能需求，結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，設立一體化管理體系，可提升鋰電池熱管理的質量。其中，技術人員應當根據車輛的運行狀態(tài)設立科學的建模思路，依據和不同系統(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測控制的質量，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、電機等組件的運行狀態(tài)及運行功能，再使用科學的評價思路及管理思路提升車輛運行質量，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。
【參考文獻】
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[2] 謝佳平. 淺談新能源汽車用鋰電池熱管理系統(tǒng)設計[J]. 時代汽車，2019（19）：59-60.
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[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.
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