某混动汽车整车热管理系统建模与优化研究.pdf

摘要

整车热管理系统是从汽车各部分温度需求出发，充分考虑了各部分热量的耦

合关系，通过有效的方式控制各动力部件的温度在合理范围内，满足各部分对温度

的需求，改善和提高整车的排放性、经济性以及舒适性等性能。本文从座舱温度、

电池温度以及发动机温度联合控制的角度，提出了整车热管理系统的冷却优化方

案和预热优化方案。基于整车行驶模式特点和优化方案的需求，对整车热管理系统

进行建模，控制与优化，仿真研究不同方案对整车性能的影响。

首先以某款混动汽车为研究对象，对整车热管理系统进行结构解析，分析其工

作模式特点，基于AMESim软件，建立该混动汽车整车动力系统模型，并在

NEDC(NewEuropeanDrivingCycle)与WLTC(WorldLight-dutyVehicleTestCycle)两个

动态工况下进行速度跟随情况仿真，在NEDC工况下，车速的最大误差为3.1%，

在WLTC工况下，最大误差为3.4%。两种动态工况下的车速最大误差均在4%以

内，仿真结果表明该动力系统模型的车速跟随情况较好，能够满足本文的需求。然

后，结合热力学相关知识为各动力部件添加冷却系统模型，进而将各个动力部件的

冷却系统拟合成协调配合的整车热管理系统模型。

其次，为了实现电池组和座舱的联合冷却控制，使电池组可以由风冷和液冷共

同冷却，通过调整压缩机控制策略，以及对座舱出风口处增加风门模型和控制函数，

使座舱出风口与电池组模型联合起来。根据座舱出风口的风门开度设置的比例不

同，提出四种分配方案，分别为优先保证座舱温度、优先保证电池冷却系统、座舱

出口冷风平均分配给空调系统与电池组冷却系统、按照座舱温度需求设置分配比

例。在NEDC与WLTC两个动态工况下，选择不同环境温度和不同目标温度，仿

真研究四种方案对整车性能的影响。方案一，座舱经高温暴晒后仅用5分钟左右

即可从50℃的座舱初始温度降至20℃的目标温度，整车耗电量控制在19%~36%

以内，但在NEDC工况下电池组达到目标温度上限28℃的时间最长有533s之久，

此时电池工作在合适温度区间的时间只有648s，仅占工况总时长的55%左右。方

案二，在30℃和35℃的情况下电池组仅用321s可降到目标温度上限值，但在高温

环境时出现了电池组制冷量过剩和无法降至座舱目标温度值的现象，同时耗油量

在352.64mL~1019.69mL之间是四种方案中最费油的。方案三，座舱和电池组的温

降性能均能满足，但在高温环境下所需时间较久。整车耗电量达到了21%~48%之

间是四种方案中最费电的，缩短了该车的行驶里程。方案四，座舱经高温暴晒后座

舱从50℃的初始温度降至20℃的目标温度值所需时间能控制在7分钟以内，电池

组在NEDC工况下达到目标温度上限28℃用时387s，此时电池组工作在合适温度

区间的时间有794s，占工况总时长的67%左右。同时，此方案下耗油耗电量均较

少。

最后，由于在低温环境中，车辆启动前，发动机和电池都需要进行预热处理，

本文提出了整车热管理系统预热优化方案，该方案包括发动机给电池预热和电机

给发动机预热。产热部件发动机与电机在达到自身工作温度后，将各自产热部件的

热量通过冷却液流向被预热的部件。通过设定温度参数与电池剩余电量百分比参

数作为逻辑门限值法的控制参数，设计了热管理系统的控制策略，并对电池板式冷

却器Chiller模块进行优化。基于MATLAB/Simulink软件建立了热管理系统控制模

型，并与AMESim软件进行联合仿真，仿真结果表明，低温环境中，发动机热量

对电池进行预热后，电池效率可提高7.4%~14.2%；电机热量给发动机预热，可使

发动机效率提高5.4%，同时在发动机启动时污染物排放减少9%~12%。

关键词：混动汽车，热管理系统建模，联合冷却，预热优化，仿真研究

Researchonmodelingandoptimizationofahybridvehiclethermal

managementsystem

Abstract

Thevehiclethermalmanagementsystemisbasedon