基于智能化控制技术的电动汽车热管理系统研究.pdf

汽车论坛134汽车测试报告基于智能化控制技术的电动汽车热管理系统研究杨晓荣 胡 文（江铃汽车股份有限公司 江西 南昌 330001）摘要：随着技术的不断进步和相关部门对清洁能源的大力支持，电动汽车发展迅猛，并在全球范围内取得了显著的成就。近年来，智能化控制技术成为电动汽车领域的热点话题，其能提高电动汽车热管理系统的性能、安全性和能效。该文分析电动汽车热管理系统的工作原理和存在的问题，提出一种基于智能化控制技术的电动汽车热管理系统改进方案，并对该方案进行试验验证，以更好地提升电动汽车热管理系统能效。关键词：电动汽车；热管理系统；智能化控制技术作者简介：杨晓荣，江铃汽车股份有限公司工程师，研究方向为汽车热管理；胡文，江铃汽车股份有限公司工程师，研究方向为汽车热管理。近年来，随着人们环保意识的增强，电动汽车逐渐成为汽车行业的重要发展方向。电动汽车具有零排放、低噪声、节能环保等优势，受到了广泛的关注和支持。热管理系统是电动汽车的重要组成部分，而且电动汽车的电池在工作过程中会产生大量的热量，温度对电池的使用寿命和性能有非常重要的影响。因此，热管理系统的效率和稳定性直接关系电动汽车电池使用寿命和性能1。目前，电动汽车热管理系统一般采用传统的 PID 控制策略，但随着技术的不断发展，该策略在一定程度上已无法满足电动汽车热管理系统的智能化控制需求。本文对电动汽车热管理系统工作原理及存在问题进行分析，提出一种基于智能化控制技术的电动汽车热管理系统改进方案，并进行试验验证。1 电动汽车热管理系统工作原理及存在问题电动汽车热管理系统主要由冷却系统和加热系统组成。冷却系统包括散热器、风扇、水泵等，用于将电动汽车电池和电动机产生的热量散发出去。加热系统则包括电热器、加热器等，用于在低温环境下加热电池和电动机。目前，电动汽车热管理系统主要存在 3 方面问题。一是传统的 PID 控制策略在一定程度上无法满足电动汽车热管理系统的智能化控制需求。传统的PID 控制策略是一种经典的控制方法，已经被广泛应用于各种控制系统中。然而，其在电动汽车热管理系统中应用时存在一些问题。第一，电动汽车热管理系统是一个复杂的多变量系统，涉及多种因素的交互作用，包括温度、湿度、压力等2。同时，传统的 PID 控制策略只能针对单一变量进行控制，无法对多变量进行优化控制，导致电动汽车热管理系统的效率和稳定性受到限制。第二，传统的 PID控制策略需要对热管理系统参数进行精确的调节，而电动汽车热管理系统参数一般会受到多种因素的影响，如电池组的容量及环境温度、湿度等，导致传统的 PID 控制策略无法对电动汽车热管理系统进行准确的控制。第三，电动汽车热管理系统需要具备自适应控制能力，能够根据不同的工况和环境变化进行自适应调节。但传统的 PID 控制策略无法实现自适应控制，所以难以满足电动汽车热管理系统的智能化控制需求。因此，为了解决电动汽车热管理系统中存在的这些问题，需要采用更加智能化的控制策略。模型预测控制是一种基于数学模型的优化算法，可以实现对电动汽车热管理系统的多变量控制，提高电动汽车热管理系统的控制精度和效率。此外，基于人工智能的控制方法也可以实现自适应控制，通过学习和训练，可使系统能够自动适应不同的工况和环境变化，提高电动汽车热管理系统的智能化水平3。二是电动汽车热管理系统的效率较低，能耗利用率不高。热管理系统是电动汽车中非常重要的子系统，其主要作用是将电动汽车电池组的温度维持在适宜的范围内，以保证电池组的性能和使用寿命。然而，电动汽车热管理系统在工作过程中仍存在一汽车论坛1352023.7些问题。第一，传统的 PID 控制策略较为简单，无法对电动汽车热管理系统进行优化控制。第二，电动汽车热管理系统的能耗利用率较低。由于电动汽车热管理系统需要消耗大量的电能，因此能耗利用率的提高对于延长电动汽车的续航里程和降低使用成本至关重要。然而，传统的 PID 控制策略无法对系统进行精确的控制，使得热管理系统性能不好。第三，电动汽车热管理系统的热管理技术需要得到改进。当前的电动汽车热管理系统主要采用的是空气冷却和液体冷却技术，但这些技术存在热损失和能源浪费等问题4。因此，需要研发新的热管理技术，如相变材料和热泵等技术，以提高电动汽车热管理系统的效率和能耗利用率。三是电动汽车热管理系统的稳定性不足，易受外界环境影响。电动汽车热管理系统对电池、电机、电控等关键部件温度的控制会直接影响车辆的性能和行驶安全。但现有的部分热管理系统稳定性不佳，易受到外界环境温度的影响。究其原因，电池具有较大的热负荷且对温度变化敏感，必须在合适温度范围内工作，否则会降低工作效率乃至遭到损坏。电机和电控系统在高功率工作时也会产生大量热量。同时，电动汽车热管理系统需依赖车载空调进行工作，其热交换效率和冷却能力受环境温度的影响较大。高温或低温环境下，空调系统很难快速响应并将关键部件维持在理想温度区间。第一，电动汽车热管理系统的控制策略较为简单，无法根据外界环境变化进行自适应调节。这是由于电动汽车热管理系统通常采用固定的控制策略，无法实时感知和响应外部环境的变化。传统的热管理系统可能仅根据固定的预设参数和内部传感器数据进行温度控制，缺乏对外界环境因素的实时感知和自适应调节能力。这种简单的控制策略可能导致热管理系统在不同环境条件下的运行效果不尽如人意，无法最大限度地提高电池的性能。第二，电动汽车热管理系统的结构设计需要得到改进。当前的电动汽车热管理系统主要采用的是传统结构设计方法，比如将电池组放置在车辆底部或后部等位置。但这些位置容易受到外界环境的影响，如车辆行驶过程中的颠簸、路面高低差等，都会影响电动汽车热管理系统的稳定性5。2 基于智能化控制技术的电动汽车热管理系统改进方案为了解决电动汽车热管理系统存在的问题，本文提出了一种基于智能化控制技术的电动汽车热管理系统改进方案。2.1优化控制策略采用模型预测控制算法代替传统的 PID 控制策略，以实现电动汽车热管理系统的智能化控制。模型预测控制算法是一种基于数学模型的优化算法，可以实现对电动汽车热管理系统的多变量控制，提高电动汽车热管理系统的控制精度和效率。传统的PID 控制策略在电动汽车热管理系统中应用广泛，但是 PID 控制器参数需要根据经验或试验来调整，因此传统的 PID 控制策略无法适应复杂的非线性动态系统。相比之下，模型预测控制算法通过建立动态系统的数学模型，并综合多个未来时刻的控制变量，可以更好地适应复杂的非线性动态系统，实现更精确的控制。在电动汽车热管理系统的智能化控制中，模型预测控制算法可以通过建立热管理系统的数学模型，包括车辆内外部环境温度、电池系统和电动机的热特性等因素，根据模型预测未来时刻的状态和输出变量，例如电池系统和电动机的温度等。优化问题求解，选择未来若干时刻的控制变量，例如冷却水泵、散热风扇等设备的运行状态，可以实现最优控制效果，实时更新控制变量，使热管理系统实现更准确的控制6。2.2应用热回收技术应用热回收技术，即将电动汽车电池和电动机产生的热量回收利用，用于加热电池和电动机。在智能化控制中，可以通过传感器技术、自适应控制技术和数据处理技术等手段对热回收技术进行优化：依托传感器技术，可以获取车辆内外部环境温度、电池系统和电动机的温度等数据；自适应控制技术可以根据这些数据自动调整热回收系统的工作状态，以最大限度地提高能效和降低能耗；数据处理技术则可以对获取的数据进行分析和处理，提供更准确的控制策略。因此，将热回收技术应用在电动汽车热管理系统中，不仅可以提高能源利用效率，降低能源消耗，还可以延长车辆的续航里程，提升驾驶舒适度。随着电动汽车的普及和信息技术的不断发展，热回收技术将会得到更广泛的应用和推广。2.3应用环境感知技术应用环境感知技术，通过传感器对电动汽车周围环境进行实时监测，可使电动汽车热管理系统根据环境变化进行自适应调节。依托环境感知技术，可以实时获取电动汽车周围环境的信息，从而促使热管理系统做出更加准确和智能的调整，提高能效汽车论坛136汽车测试报告和安全性。环境感知技术主要包括传感器技术和数据处理技术两个方面。利用传感器技术，可以实时监测车辆内外部环境的温度、湿度、气压、风速等参数，并将数据传输给热管理系统7。此外，在电动汽车热管理系统中，环境感知技术的应用有利于实现对系统的智能化控制。例如，通过应用环境感知技术，在低温环境下，热管理系统可以自动调整加热器和座椅加热等设备的运行状态，提高车内舒适度。在高温环境下，热管理系统可以及时调整冷却水泵和散热风扇等设备的运行，确保电池系统和电动机的工作温度处于安全范围内。除了应用于电动汽车热管理系统的控制调整外，环境感知技术还可以用于预测和优化电动汽车的行驶性能。比如，通过获取周围环境的温度、气压和湿度等参数，可以预测电池系统和电动机的工作状态，提高车辆的性能表现。同时，环境感知技术还可以促使车辆实现更加精准的自主驾驶，提高车辆行驶的安全性。因此，应用环境感知技术，可以提高电动汽车热管理系统的稳定性，减少外界环境对电动汽车热管理系统的影响。3 试验验证为了验证本文提出的基于智能化控制技术的电动汽车热管理系统改进方案的有效性，设计了试验装置并搭建试验平台，通过开展试验验证和性能测试来评估改进方案的实际效果。第一，试验平台搭建。为了验证基于智能化控制技术的电动汽车热管理系统改进方案的效果，需要搭建一个试验平台。同时，试验平台需包括电动汽车模型、热管理系统控制器、传感器和执行器等组件。其中，传感器可以实时监测车辆内外部环境参数，控制器可以根据传感器获取的数据实现对热管理系统的智能化控制。第二，试验设计。在试验平台搭建完成后，需要设计试验方案，并且试验方案应涵盖电动汽车在不同环境下的运行情况，例如低温、高温、潮湿等。同时，试验设计还应包括系统稳态和动态性能测试，例如冷却水泵和散热风扇的启停时间、电池系统和电动机的温度变化等。第三，试验数据采集和处理。在试验过程中，需要采集和处理大量的数据。数据采集可以通过传感器实现，数据处理则需要借助计算机等设备，主要包括数据预处理、数据分析和数据建模等步骤。对试验数据进行采集和准确处理，有利于制定更加准确的控制策略和优化方案。第四，试验结果分析。应根据试验设计的要求，对电动汽车热管理系统的性能进行评估和分析，评估指标可以包括能效、能耗、排放等方面。同时，通过分析试验结果，有利于针对改进方案提出优化建议和改进方向。4 结束语针对电动汽车热管理系统存在的问题，提出了一种基于智能化控制技术的电动汽车热管理系统改进方案，并进行了试验验证。试验结果表明，该方案可以有效提高电动汽车热管理系统效率和能耗利用率，具有较好的应用前景。未来，应持续深入研究电动汽车热管理系统智能化控制相关技术，推动电动汽车热管理系统的智能化发展，从而为电动汽车产业的可持续发展做出更大的贡献。参考文献：1 朱波,赵媛媛,姚明尧,等.基于电机余热回收的电动汽车热管理性能分析 J .陕西科技大学学报,2 0 2 1(6):1 2 9-1 3 3,1 4 0.2 伍健,邹姚辉,韦杰宏.纯电动汽车热管理系统动态仿真及控制策略优化研究 J .装备制造技术,2 0 2 1(3):1 1 9-1 2 3,1 5 5.3 李夔宁,邝锡金,荣正壁,等.电动汽车热管理系统的研究现状及展望 J .制冷与空调,2 0 2 0 (5):6 0-7 0.4 胡志林,张昶,杨钫,等.基于整车能量管理的电动汽车热管理技术发展趋势 J .汽车文摘,2 0 1 9 (5):1-5.5 张德水,周炯明.插电式混合动力电动汽车热管理试验工况探索 J .机械制造与自动化,2 0 1 9 (5):2 1 2-2 1 4.6 刘钊铭.电动汽车整车热管理及其智能控制策略的研究 D .重庆:重庆大学,2 0 2 1.7 王伟民,王小碧,徐人鹤,等.纯电动汽车热泵型整车热管理系统开发技术研究 J .汽车工程学报,2 0 2 1(6):4 3 4-4 4 1.