纯电动汽车冷却系统能量优化研究

方佳丽 刘冬梅

摘  要：本文通过利用AMESim仿真软件搭建一个纯电动汽车冷却系统模型，该模型可以模拟纯电动汽车的真实运行状态，利用该模型验证所述研究方案的有效性，即让纯电动汽车在冷却强度需求较低时，不需要风扇全速运行，就可以使汽车温度控制在设定范围内。

关键词：纯电动;风扇;能量优化;AMESIM

纯电动汽车冷却系统主要由散热器、水箱、风扇和水泵等构成，其中散热器和冷却风扇在纯电动汽车冷却系统工作过程中发挥了重要作用。本课题研究以国内某款纯电动汽车为研究对象，该车型的冷却系统控制模式存在的主要问题是：会导致扇热风扇在特定的情况下频繁启停，一方面增大了能量損耗影响使用成本，另一方面风扇频繁启动也会影响其使用寿命。

本文的研究主要是通过优化冷却风扇驱动方式，从而达到减少纯电动汽车能耗、提高风扇使用效率和使用寿命的目的。

一、纯电动汽车冷却系统结构及工作原理

本课题以国内某款纯电动汽车为研究对象，其驱动电机冷却系统结构如图1所示。

图中的M为驱动电机，用于驱动汽车的行驶，驱动器也叫电机控制器，作用主要是将电池的直流电逆变成三相交流电给驱动电机，这两个部件是该系统的主要热源，温度过高会影响其正常性能，需要及时冷却。去驱动器和驱动电机内部都装有温度传感器，将温度信号转化成电信号通过CAN总线发送给VCU（整车控制器）。VCU利用CAN网络采集电机和驱动器的工作温度，综合分析后由控制开关来控制冷却风扇的启停。在该冷却系统中没有节温器，因此没有大小循环的区别。

二、基于AMESim的冷却系统仿真模型的构建

基于该款纯电动汽车的冷却系统结构和工作原理，课题组使用AMESim仿真软件构建了该车动力驱动系统和冷却系统仿真模型;而为了更加真实的反应车辆的使用和控制情况，又搭建了整车控制系统，并实现了三个模型的整合。

三、仿真模型参数匹配

仿真参数的匹配是仿真模型运行的基础，课题组在参数匹配时，主要依托了该车型的真实数据，部分无法直接获取的参数则是依托仿真软件进行适当调整，参数匹配结果如下：

（1）驱动电机参数的匹配

本项目研究的车型采用的是永磁同步电机，具有起动转矩大、能量转化效率高等优点，是目前纯电动汽车普遍采用的主流电机类型.匹配的参数主要包括：转子类型、线圈链接方式、励磁方式、极对数、参考温度、d坐标和q坐标下的电感、磁通匝数等。

（2）电机控制器参数匹配

电机控制器参数包括晶体管正向压降、电阻等，最终确定驱动电机仿真参数，见表2。

（3）动力电池参数匹配

动力电池参数包括SOC值、额定容量、滤波电容等。

四、冷却系统的能量优化控制方法设计

在仿真过程中，课题组以最小化冷却风扇的风量为优化目标。在汽车稳定运行时，比较优化控制方案同原有开关控制方案可知：当达到预设温度后，开关控制的风扇输出量直接到达最大值，而预测控制式则是从半开逐渐加速到全开，而两种模式都可以让散热器出口的温度保持在合适的范围内。通过计算显示，在汽车稳定运行时，使用原有开关控制模式的风扇能量消耗为Q1=923.12KJ，同理求得使用预测控制模式的风扇能量消耗为Q2=813.12KJ。即在纯电动汽车驱动系统温度变化的一个周期内（约280秒左右），冷却风扇能够减少的能量消耗为Q1-Q2=110KJ。如果该汽车一天平稳行驶8小时，冷却风扇能够减少的能量消耗为280/500×8×60×60×110=1.774×10KJ。该电池的容量为82Ah，电压为320V，计算可知，电池的总能量为9.47×10kJ，使用该优化方案节省的能量占到电池总量的1.86%。

五、总结

本文阐述了某纯电动汽车车型冷却系统的结构，使用AMEsim仿真软件中的器件搭建了动力驱动系统、冷却系统和整车控制系统三个仿真模型，模拟设计优化控制器，通过温度的检测与反馈，计算出风扇输出的控制量，实现在某些温度范围时让风扇无需全速运行，使得温度控制在一个范围内，这样能够有效减少风扇的能量消耗，增加风扇的使用寿命。

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作者简介：方佳丽（1999—），女，杭州职业技术学院学生。

刘冬梅（1990—），女，杭州职业技术学院讲师，硕士研究生。研究方向：新能源汽车。

基金项目：2018年度浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划项目《纯电动汽车冷却系统能量优化策略研究》成果。

课项目号：2018R454010。