《装备制造技术》2021年第3期
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电池包
散热回路这三部分[3]。对整车热管理系统进行仿真必 须同时考虑这三部分的换热情况，而其中由空调系 统和电池包散热回路构成的耦合系统涉及到两不同 回路之间的制冷剂流量分配，对热管理系统能否正 常运行起决定性作用。
空调回路
电池包散热回路《
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i 空调制冷循环电池液冷循环电机水冷循环I L ______i _______1 _tn ----* i _
图1
热管理系统形式
基于dymola 仿真软件建立了电动车整车热管理 仿真模型。根据图1中的整车热管理系统的形式，可
以搭建出如图2所示的带有控制策略的整车热管理 仿真模型。图2中的仿真模型为参考新能源汽车实 际结构并结合D y m o l a 中商业库AirConditioning 库 (空调库）和V e S y M A 库（汽车动力学库洪同搭建而 成。
0引吕
随着化石能源的过度消耗以及环境问题的曰益
增长，新能源汽车得到全球范围内越来越多公司和 研究机构的广泛关注，并且市场上已经出现了能够 满足人们日常家用需求的多种新能源汽车[11。新能源 汽车包含油电混动、纯电动、燃料电池驱动等类型， 而目前纯电动汽车所占据的市场份额最大且商业应
用最为普遍。如特斯拉公司所推出的Model S 、M 〇del
X 车型已广为用户所知，雪佛兰和宝马公司也相继在
市场上推出了自己的电动车型BoltEV 和宝马i 3。
国内对新能源车型的政策导向和市场补贴[2]，涌 现出大量新型汽车厂商，且都积极推出自己的电动 车型。目前国产电动车型的续航能力大多仍处于 200 k m ~ 300 k m 范围，相比特斯拉500 k m 〜600
k m 的续航里程仍有很大的提升空间。而影响电动车
续航里程的一个非常重要的因素便是与之相匹配的
汽车热管理系统的工作性能，良好合适的汽车热管 理系统不仅能够保证电池包的工作温度避免发生过 热危险，而且能够优化冬天P T C 运行及夏季空调运 行情况，优化热管理系统的耗能，提高电动汽车的续 航能力。
1带控制策略的热管理仿真模型
新能源汽车的热管理系统一般有如图1的结构 形式，主要包括空调回路、电机散热回路以及电池包
收稿日期：2020-12-13
作者简介：伍健（1983-)，男，湖南郴州人，硕士, T .程师，研究方向：新能源汽车研发。
119
纯电动汽车热管理系统动态仿真
及控制策略优化研究
伍健，部姚辉，韦杰宏
(东风柳州汽车有限公司，广西柳州545025)
摘要：基于dymola仿真软件建立了电动车整车热管理仿真模型，在Simulink上搭建了针对热管理系统的控制算法。使 用F M I 将Simulmk控制模型和D y m o l a 系统模型联立调节，并在N E D C 工况下对模型仿真结果进行了分析比较，调整 了控制策略中的参数阈值，得到了优化后的控制策略，从而更好地平衡电动车热管理系统耗能和电动车形式里程的关 系。在仿真测试中，优化后的控制策略能够使电动汽车驾驶里程增加15%以上。关键词：电动汽车；热管理系统；动态仿真；控制策略；优化研究中图分类号：U 469.72
文献标识码:A
文章编号：1672-545X ( 2021 >03-0119-05
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Equipment Manufacturing Technology No.3,2021
mounts
图3汽车动力模型
其中，汽车动力模型包含与车身相关的仿真参 数，如车身重量、车体结构以及迎风阻力等，同时在 此模型中可以设置驾驶员的驾驶状况，如N E D C 驾 驶循环等。动力模型主要表征与行车动力学有关的 情况，可计算电动汽车的行驶里程和电量消耗。汽车 动力学模型内部详细模型结构如图3所示，此处对 于V e S y M A 库中的汽车动力学模型进行部分更改，
添加了与汽车热管理系统模型之间的三个交互接 口，分别为电机温度交互接口、电池包温度及电流的
接口和热管理系统耗电量的接口。汽车动力学模型 与整车热管理系统通过接口相互耦合，计算由于引
人汽车热管理系统所需耗功对电动汽车续航里程的 影响，同时进行热管理系统对动力模型中电机温度 及电池的散热情况的研究。
控制器
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驾驶模式
设置
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图2带控制策略的整车热管理模型
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《装备制造技术》2021年第3期
1.1整车热管理仿真模型
整车热管理模型需要同时考虑各部件之间的耦 合关系|41。在图2中的热管理系统模型中的汽车热管 理系统模型的内部详细模型结构如图4所示。包含 有电机散热回路模型、空调回路模型、电池包回路模 型以及一些辅助模型计算的逻辑处理单元。其中热 管理模型中被控对象的接口均被留出给控制器使 用，如水泵和风扇的转速控制、阀门的开关控制等；同时，电池包温度留出接口反馈给动力模型，从而影 响动力模型中电池包的性能输出；电机散热回路模型中也留出了与动力模型中电机耦合的接口，用来 表征热管理系统对电机的冷却情况-
1.2热管理系统控制策略模型
Simulink控制模型经F M I工具生成F M U模型导 入至Dymola环境，与整车模型协同仿真，形成MIL (Model i n Loop)测试，可对控制策略与热管理系统的 匹配情况及整车热管理系统在不同路况下的实际运 行情况进行详细的研究。下面对控制器模型中的控 制逻辑进行介绍。
热管理控制器模型共有13个输人量,5个输出
图4整车热管理仿真模型
汽车动态
量，输入输出的含义接口如表1所示。根据传感器对 电机温度、0B C温度、D C D C温度等信号对汽车主要 部件的工作状态进行有效的检测，并由C A N线传输 给热管理控制器BMSC o n t m丨进行控制，输出热管理 系统主要调节部件如水泵、风扇、压缩机等的运行档 位并对系统进行调节，使系统的持续稳定运行。
2仿真结果分析
2.1控制策略优化
热管理系统的相关控制策略中的关键参数阈值 会影响热管理系统的运行性能|7]。利用仿真模型和控 制策略的联合模型进行控制策略的M I L测试，能够 真实反映控制策略对热管理系统的作用，并反馈系 统真实的运行情况。
表1B M S热管理控制S im u lin k模型接口含义
类型接口含义
输入1MCU_MotorTemp电机温度
输入2MCU_InverterTemp逆变器温度
输人3DCDC_Teniperaturt*DCDC温度
输入4OBC_Temperature()BC温度
输人5MotPump_fhe(*kStale电机回路水泵A检状态输入6Cond一pressure冷凝器压力
输人7AC_eComp_status压缩机启动状态
输入8BMS_BattTtim p!M ax电池包最高温度
输入9BMS_TempMin电池包最低温度
输人10VCM_HV_Permission整车高压检测许可状态输人11WaterlnTemp电池包冷却液人口温度输入12\ CM_PowerDown\^arning功率限制模式标识
输入13Vehicle_statt*汽车驾驶模式
输出1Fan_enum冷却风扇运行档位
输出2MotPump_enum电机回路水杲运行档位输出3VCM_eComp_Request电池包对压缩机的需求状态输出4Batt_Pump_enum电池包冋路水泵运行档位输出5PTC_enable PTC启动状态
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500 1000 1500 2000 2500 3000
Time/s
(b >NEDC 驾驶循环I ：况
(c )电机温度变化情况
(d )电池包最低最高温度变化情况
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
(e )热管理系统耗功情况
(续下图)
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通过模型和控制策略联合仿真，可以对控制策 略中的过度频繁调节的控制策略作出判断，并通过 模型
仿真结果对控制策略中的阈值进行优化。同时， 对冷凝风扇的档位进一步细化划分多档位，实现精 细化控制，提升热管理效率从而提升整车续航里程。 2.2控制算法优化与比较
使用图2中建立的联合模型进行整体系统仿 真，可比较不同控制算法下整车热管理系统的在
N E D C 工况下的工作状态和驾驶里程数的变化。下面
比较了经过判断值及档位控制策略优化前后两种策 略Casel 及Case 2的汽车热管理行驶状态。
图5中是联合模型在上述两种不同热管理控制 策略下的仿真情况。图5(a )显示了电池包在不同控 制策略下S 0C 的变化情况，图5(b )显示了 N E D C 驾 驶循环工况和行驶里程数情况。图5(c )和图5(d )分 别显示了电机温度和电池包最高最低温度的随驾驶 过程的变化情况。从图5(a )中可以看出，在两种不同 的控制策略下，电池包的电量在3 000 s 的驾驶时间 内略有不同，Case 2的控制策略下电池所剩电量要 高于Case 1的。这是因为在Case 2的控制策略下, 热管理系统的运行更加合理，系统耗功量更小。如图 5 (e )所7K ,Case 2下的控制策略耗功量低于Case 1 的。同时，从图5(c )和图5(d )中也可看到，在两种不 同的热管理控制策略下，Case 1和Case 2下主要被 控对象的温度处于差不多的温度区间。但是也可以 看出，由于Case 2的温度阈值相比Case 1设置的较 高，因此控制稳定后,Case 2下的电机温度和电池包 温度值要高于Casel 的，但是仍处于合理的温度区 间。图5(f )中给出了电机回路信号流量的变化方式， 可看出，Case 2的控制策略对水泵的控制策略更加 频繁，控制的更加精准。
(a )电池包S 0C 变化情况
(续下图)
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0.05
500
丨 000
1500
2000
2500 3000 3500 4000
(f )电机回路流**信号变化
图5不同控制策略下的热管理系统运行情况
不同的驾驶策略会影响热管理系统的实际耗功
情况，分别对电机电池的运行状态产生影响。图6(a ) 显示了压缩机在驾驶循环过程中的开启情况，图6 (b )显示了长时间模拟过程中电池包S O C 由0.9降 低至0.2时汽车的行驶时间，对于第一种控制策略下 的行驶时间为5.26 h ，第二种控制策略的行驶时间为 6.20 h ，第二种策略下汽车能多行驶约29 k m
里程， 提升超过15%。
-25
500
1000
1500
T im e s /s
u
)压缩机开启情况
2500
热管理系统模型中，不同的控制策略会使热管 理系统有不同的性能表现，并且会影响电动汽车的
驾驶里程。通过对新能源汽车热管理系统及其控制 策略的研究分析，本文主要得出了以下结论
(1 )整车热管理系统的控制模型能够反映车辆实 际状态的运行情况，并提供准确的模拟结果。
(2)不同的热管理控制策略会对电动汽车产生不 同影响，尤其是对电机，电池等部件的散热情况。本
文中比较了两种不同控制策略下的电动汽车N E D C 驾驶循环路况下的运行情况，其中优化后的控制策 略可以使电动汽车驾驶里程有效提升。
参考文献：m
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(b >N E D C 路况下行驶时间
图6不同控制策略下压缩机控制情况和行驶时间
(下转第155页)
(接上图）
0.25
0.15
从前述讨论可以看出，对控制策略进行优化，可 以使被控部件如水泵，压缩机等的开启更加合适，同
时保证被控对象如电机，电池包等处于合适的工作 温度范围内，可以有效节省热管理系统的功耗，增加 电动汽车的续航里程。
3结论
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