純電動汽車冷卻系統能量優化研究

方佳麗 劉冬梅

摘 ?要：本文通過利用AMESim仿真軟件搭建一個純電動汽車冷卻系統模型，該模型可以模擬純電動汽車的真實運行狀態，利用該模型驗證所述研究方案的有效性，即讓純電動汽車在冷卻強度需求較低時，不需要風扇全速運行，就可以使汽車溫度控制在設定范圍內。

關鍵詞：純電動;風扇;能量優化;AMESIM

純電動汽車冷卻系統主要由散熱器、水箱、風扇和水泵等構成，其中散熱器和冷卻風扇在純電動汽車冷卻系統工作過程中發揮了重要作用。本課題研究以國內某款純電動汽車為研究對象，該車型的冷卻系統控制模式存在的主要問題是：會導致扇熱風扇在特定的情況下頻繁啟停，一方面增大了能量損耗影響使用成本，另一方面風扇頻繁啟動也會影響其使用壽命。

本文的研究主要是通過優化冷卻風扇驅動方式，從而達到減少純電動汽車能耗、提高風扇使用效率和使用壽命的目的。

一、純電動汽車冷卻系統結構及工作原理

本課題以國內某款純電動汽車為研究對象，其驅動電機冷卻系統結構如圖1所示。

圖中的M為驅動電機，用于驅動汽車的行駛，驅動器也叫電機控制器，作用主要是將電池的直流電逆變成三相交流電給驅動電機，這兩個部件是該系統的主要熱源，溫度過高會影響其正常性能，需要及時冷卻。去驅動器和驅動電機內部都裝有溫度傳感器，將溫度信號轉化成電信號通過CAN總線發送給VCU（整車控制器）。VCU利用CAN網絡采集電機和驅動器的工作溫度，綜合分析后由控制開關來控制冷卻風扇的啟停。在該冷卻系統中沒有節溫器，因此沒有大小循環的區別。

二、基于AMESim的冷卻系統仿真模型的構建

基于該款純電動汽車的冷卻系統結構和工作原理，課題組使用AMESim仿真軟件構建了該車動力驅動系統和冷卻系統仿真模型;而為了更加真實的反應車輛的使用和控制情況，又搭建了整車控制系統，并實現了三個模型的整合。

三、仿真模型參數匹配

仿真參數的匹配是仿真模型運行的基礎，課題組在參數匹配時，主要依托了該車型的真實數據，部分無法直接獲取的參數則是依托仿真軟件進行適當調整，參數匹配結果如下：

（1）驅動電機參數的匹配

本項目研究的車型采用的是永磁同步電機，具有起動轉矩大、能量轉化效率高等優點，是目前純電動汽車普遍采用的主流電機類型.匹配的參數主要包括：轉子類型、線圈鏈接方式、勵磁方式、極對數、參考溫度、d坐標和q坐標下的電感、磁通匝數等。

（2）電機控制器參數匹配

電機控制器參數包括晶體管正向壓降、電阻等，最終確定驅動電機仿真參數，見表2。

（3）動力電池參數匹配

動力電池參數包括SOC值、額定容量、濾波電容等。

四、冷卻系統的能量優化控制方法設計

在仿真過程中，課題組以最小化冷卻風扇的風量為優化目標。在汽車穩定運行時，比較優化控制方案同原有開關控制方案可知：當達到預設溫度后，開關控制的風扇輸出量直接到達最大值，而預測控制式則是從半開逐漸加速到全開，而兩種模式都可以讓散熱器出口的溫度保持在合適的范圍內。通過計算顯示，在汽車穩定運行時，使用原有開關控制模式的風扇能量消耗為Q1=923.12KJ，同理求得使用預測控制模式的風扇能量消耗為Q2=813.12KJ。即在純電動汽車驅動系統溫度變化的一個周期內（約280秒左右），冷卻風扇能夠減少的能量消耗為Q1-Q2=110KJ。如果該汽車一天平穩行駛8小時，冷卻風扇能夠減少的能量消耗為280/500×8×60×60×110=1.774×10KJ。該電池的容量為82Ah，電壓為320V，計算可知，電池的總能量為9.47×10kJ，使用該優化方案節省的能量占到電池總量的1.86%。

五、總結

本文闡述了某純電動汽車車型冷卻系統的結構，使用AMEsim仿真軟件中的器件搭建了動力驅動系統、冷卻系統和整車控制系統三個仿真模型，模擬設計優化控制器，通過溫度的檢測與反饋，計算出風扇輸出的控制量，實現在某些溫度范圍時讓風扇無需全速運行，使得溫度控制在一個范圍內，這樣能夠有效減少風扇的能量消耗，增加風扇的使用壽命。

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作者簡介：方佳麗（1999—），女，杭州職業技術學院學生。

劉冬梅（1990—），女，杭州職業技術學院講師，碩士研究生。研究方向：新能源汽車。

基金項目：2018年度浙江省大學生科技創新活動計劃暨新苗人才計劃項目《純電動汽車冷卻系統能量優化策略研究》成果。

課項目號：2018R454010。