动力电池与储能行业的热仿真技术

新能源汽车的热管理直接影响车辆的安全、行驶里程、乘员舱舒适性、三电设备温度精细化,因此,新能源汽车的热管理研究备受关注。接下来,小编就带大家了解新能源汽车热管理的控制方式。 

一、热管理系统的控制

1. 系统构成 

传感器:通常是温度传感器、压力传感器构成; 

执行器:主要以电动压缩机和电子膨胀阀为主,同时还包含HVAC鼓风机、冷却风扇、电子水泵等零部件; 

控制器:控制装置。 

2. 系统控制方法和目标  

新能源汽车能耗直接影响行驶里程,因此控制系统在关注舒适性的同时,还要兼顾节能效果。热管理系统控制的目的是在保证乘员舱舒适性以及三电设备温度合理、 挡风玻璃的除霜除雾安全性控制、制冷系统在不同路况和气候条件下的模式切换与控制、同时还有各模式下的故障保护控制等,同时在系统稳定运行的基础上,以一定的控制手段,实现整车能量管控,尽可能降低系统能耗、提高能量利用效率。 

3. 三个层次控制目标 

新能源汽车空调的控制系统包含3个层次的控制目标: 控制量的快速、稳定、准确响应; 特定约束条件下的优化问题;控制系统的鲁棒性及抗干扰能力。 

4. 两类控制方式 

开环控制 

该控制以实验标定的手段, 根据不同的运行工况直接给出明确的控制量参数。这种控制方法相对较简单,控制系统稳定性高,但也有控制精度差、能耗高等缺点,因此在新能源汽车热泵空调及热管理领域的应用越来越少。 

反馈控制 

通过目标量与控制量之间建立反馈逻辑关系,进而对热管理系统进行控制。 新能源汽车热管理系统常用的反馈控制方法包含启停控制、PID连续控制、局部模型预测控制和全局MPC控制、结合其他智能算法的控制等,并且应用越来越广。 

二、PID控制 

传统PID控制早前应用于汽车空调控制系统领域,相关控制参数可以通过Ziegler/Nichols方法或其他方法获取。然而,在应对变工况条件或者受到扰动时,PID反馈控制精度可能出现衰减,尤其是受到汽车空调热力学延迟以及制冷系统强非线性特征的影响,PID反馈控制的鲁棒性可能出现剧烈恶化,相比启停控制,PID控制作为一种较为成熟的连续控制方法,在新能源汽车热管理领域有宽泛的应用。 

三、模型预测控制 

模型预测控制的基本控制流程主要由模型建立、预测发展、控制指令、反馈调节组成,是基于模型预测的正向控制方法。首先,建立控制对象的理论模型, 监控控制对象当前所处的系统状态;接着, 预测控制对象在接下来一段时间的发展, 根据一定的需求导向实施多时间步长内的前馈控制与动作指令;再通过实际热力学系统的受控优化运行状态实时反馈热力学参数给控制中心,以便进行调节及下一段时间尺度内的预测。 

由于该控制方法需严格基于一个准确的系统仿真模型而进行实施, 因此擅长解决同一系统内各个控制回路之间的耦合关系, 适宜于多输入、多输出条件的非线性系统中, 不会过度依赖直接的信号反馈来调节执行器的动作, 具有稳定性高、响应速度快、寻优能力强等特点,在汽车热泵空调领域得到了一定程度的应用。 

四、结合其他智能算法的控制 

除以上经典控制方法外,新能源汽车热管理越来越关注舒适性、能量管控程度等指标,比如根据用户特征的自学习算法等,在PID反馈控制和 MPC预测控制的基础上,衍生出了结合特定智能算法的控制方式。相比单一的模型预测控制和PID控制,不仅可大幅实现节能效果,同时还能满足不同乘客的差异性。  

在新能源汽车热管理系统的局部控制中,还有应用模糊控制、鲁棒控制、滑膜变结构控制、动态规划控制、ESC控制等。随着车企与用户对新能源汽车舒适性的关注,以及多元热管理需求的日益增长,未来热管理系统将在新能源汽车中扮演愈加重要的角色,热管理系统的控制将愈加智能化。