摘要并联插电式搀和动力汽车(PHEV)具有鼓动机和电池两个动力源，因为动力体例丰富，由众个热源、可变温度和众个温度间隔惹起，于是其热处理至合苛重。正在这项劳动

并联插电式搀和动力汽车(PHEV)具有鼓动机和电池两个动力源，因为动力体例丰富，由众个热源、可变温度和众个温度间隔惹起，于是其热处理至合苛重。正在这项劳动中，集成热处理体例(TMS)是为并联PHEV策画的，它包罗高温(HT)冷却剂回途、中温(MT)冷却剂回途、低温(LT)冷却剂回途、制冷剂回途和电池冷却液回途。该模子采用逻辑阈值法协议职掌计谋，采纳各症结部件的温度动作职掌参数。集成的TMS模子由AMESIM软件搭筑。结果标明，集成的TMS可认为乘员舱、鼓动机、电机和呆板职掌器、电压转换器和电池体例等部件供给令人惬心的热处境。当原始温度偏低或偏高时，通过300秒内速捷暖机或更速降温圭臬，将机舱温度均衡正在22°C

并联插电式搀和动力汽车（PHEV）增补了电池和电驱动体例等局限。具有众热源、众温区、变温等特色。于是，PHEV的集成热处理体例(TMS)变得尤其丰富和苛重。TMS的策画不光影响部件的牢靠性和寿命，况且影响车辆的排放和效用。为确保所相合键部件正在最佳劳动间隔内劳动，TMS依照分别部件的劳动温度划分冷却回途。目前，多量学者对汽车动力体例的TMS举办了钻探。依照冷却回途的数目，目前有单冷却体例回途划分和众冷却回途划分。N. Staunton等比力了简单冷却回途与众个冷却回途的电力体例散热诚况，钻探结果标明，将热量分开到众个冷却回途，能够有用消浸电途的热负荷，散热效益更好。Yi Chun. Wang等人工搀和动力体例策画了具有上下温双轮回回途的TMS，将高温热源元件与低温热源元件区别，有用降低了冷却体例的冷却效用。Sathish、Xiao Lin Liang和Michael Bassett等人依照每个热源的热值和劳动处境将冷却体例依照发烧量和劳动境况分为HT冷却液回途（鼓动机、乘员舱）、MT冷却液回途（电机、发电机、电力电子）和LT冷却液回途（电池）三个冷却子体例。结果标明，TMS或许餍足电力体例各部件最佳劳动温度的恳求。不过，对待电驱动体例，电机和电机职掌器的最佳劳动温度与DC/DC和DC/AC有很大分别。采用团结的冷却回途对两局限举办冷却，不行同时餍足恳求，变成必定的能源华侈。电池组是并联PHEV的苛重储能部件。此中对温度卓殊敏锐。温渡过高或过低城市影响电池寿命、充放电本能和安定性。于是正在思量冷却回途的划分时也应试虑电池组，这对电池热处理体例的钻探至合苛重。依照冷却介质的分别，电池的冷却式样紧要有风冷、液冷、相变资料冷却、组合冷却等。然而，无论采用何种冷却式样，都难以餍足电池正在高处境温度和高放电率条款下的散热需求。于是，提出了一种应用车辆空调体例的电池组热处理计划。Qiu Yu Ning策画了一种热处理体例，借助空调制冷剂轮回对电池举办散热，诈骗冷水机交流电池冷却液和空调制冷回途的热量，实行电池的冷却。这种要领能够有用地包管电池劳动正在最佳劳动温度边界内，以及各个电池之间的温度相同性。基于热泵空调体例，DongOuyang直接将一局限制冷剂引入电池组，以分散电池组的热量。通过Fluent仿真觉察，这种冷却式样能够正在种种工况下将电池温度职掌正在45°C以内，包管单个电池之间的温度相同性。不过这种式样对电池组内部流道的策画有更高的恳求。Ding genLi策画了一个别例，引入机舱氛围来冷却电池组。假设电池组内的冷氛围温度为20°C，能够通过改换入口风速来钻探冷却效益。Fluent处境下的仿真结果标明，通过合理职掌电扇转速和改换引入电池组的风量，能够将电池温度职掌正在45°C以下。但这种冷却功夫长，正在高温下冷却效益差。车厢温度与驾乘职员的惬意度亲密合系。低温处境下乘员舱常睹的加热式样包罗PTC加热、热泵空调加热、鼓动机余热接管、电驱动体例余热接管等。奥迪Q7]采用热泵空调体例来职掌车厢温度。如许，正在高温处境下，车厢温度职掌正在22℃足下。但机舱加热功夫较长，影响了搭客的惬意度。Ferraris, W等比照阐明了PTC辅助加热装备和热泵装备正在低温处境下对乘员舱的加热效益。结果标明，PTC辅助加热装备可正在300s内对乘员舱举办预热，并能实行速捷预热，但耗电量较大。热泵体例制热速率慢，所需预热功夫长，制热本能差，但能耗较低。上述钻探民众凑集正在简单方向热处理体例上，很少思量集成热处理体例。本文策画了一种PHEV归纳热处理体例，它集成了鼓动机体例、电池体例、乘员舱、电驱动体例等，依照分别的处境温度和方向温度，协同职掌各个子体例的劳动。其它，Chiller用于参考空调制冷剂举办电池体例的热处理。舱内采暖采用PTC辅助加热和鼓动机余热接管。集成的TMS能够正在包管各部件本能的条件下尽能够的朴实能源。表面要领车辆参数

为了策画并联PHEV车辆的归纳热处理模子，采取并联PHEV车辆举办库存转换实践。对从实践中得回的车辆参数举办筑模和模仿。该车的整个参数如表1所示：

本文策画的并联PHEV热处理体例如图1所示。集成的TMS包罗HT冷却剂回途、MT冷却剂回途、LT冷却剂回途、制冷剂回途和电池冷却剂回途。HT冷却液回途用于冷却鼓动机体例和加热乘员舱。鼓动机冷却体例包罗鼓动机、水泵、节温器、电扇、散热器等部件。MT冷却液回途包罗电机、呆板职掌器、水泵、电扇、散热器、阀门等。LT冷却液回途包罗DC/DC、DC/AC、水泵、电扇、散热器、阀门等。固然MT冷却液电途和LT冷却液回途属于电驱动体例，电机和电压转换器的最佳劳动温度有很大分别。为了无误职掌各局限的劳动温度，降低电机的劳动效用，电驱动体例分为两个独立的冷却回途。

式中：Qrad为热交流量，Aexch为散热器内部传热面积，Tout为散热器出口冷却液温度，Tin为散热器进口冷却液温度，U是传热系数。U由等式(2)谋划：

此中：km是散热器流道的热导率，Gair是气体侧的质地流量，Glip是液体侧的质地流量，αair,βair是氛围侧对流的修改系数，αlip,βlip是流体侧对流的修改系数。集总参数法是诈骗压升和流量之间的数学联系来描画风机模子的。由公式(3,4,5)谋划：

此中：dp为压差，Cflow为体积质地系数，Cpressure为压力系数，Q为体积气流速度，N为风机转速，ρ为氛围密度，D为风机叶轮直径。本机型选用变速离心泵，依照方向温度调治泵的转速。泵出口处的压力由下式谋划:

Pout是出口压力，Q是冷却液的体积流量，η是效用，P是有用功率。座舱加热器体例包罗PTC加热器、泵、热交流器、阀门等局限。通过热交流器降低乘员舱温度，诈骗鼓动机余热接管热量，并连合PTC辅助装备。换热器的温度效用由式(8)谋划:

此中：Th1为高侧入口温度，Th2为高侧出口温度，Tc2为低侧出口温度。制冷剂回途包罗压缩机、膨胀阀、蒸发器、冷凝器、冷水机等，紧要实行两性格能：1、正在高温处境下为车厢降温；2、通过冷水机与电池冷却液举办热交流，带走电池冷却液热量，消浸电池温度。压缩机为空调体例供给轮回动力，其本能紧要表现正在容积效用、等熵效用和刻板效用上，如式(9)-(11)所示：

此中：mcom是制冷剂质地流量，N是压缩机转速，ρs是吸入密度。Vdisp是压缩机排量。hs是吸入比焓。hdis是等熵放电比焓。hd是排放比焓。τ是压缩机输出扭矩。膨胀阀是可变面积减省阀。流经膨胀阀的制冷剂质地流 量由式（12）表现：

式中：Cv为减省系数，A0为膨胀阀的最小过流截面积。ρ为制冷剂密度，ΔP为蒸发器进出口压差。前舱TMS的陈设前舱并联PHEVTMS的陈设是一个值得体贴的苛重题目 。诈骗AMESIM软件的HEAT模块筑设氛围侧压力模子 。将有限的鼓动机舱空间陈设、部件的相对地点、流道机合连合散热器和电扇氛围压力的震荡纳入谋划，以评估鼓动机舱内气流和传热的扰动。当车辆正在高速、爬坡等高负荷工况下搀和运转时，鼓动机出口冷却液温度远高于电机和电压转换器的温度。同时，整车驱动电机老手驶流程中的功率损耗较大。比如觉察车速为90km/h时，功率损耗高达3kw以上。损耗紧要再现为绕组损耗和内部损耗，最终转化为散热。于是，电压转换器的冷却液劳动温度较低，鼓动机和电机的散热器陈设正在冷凝器后面，通过使散热器与冷却空 气接触来加快散热。职掌计谋图2显示了并联PHEV车辆的集成热处理职掌计谋。温度参数的寓意如表2所示。

表2 流程图中各字母参数寓意图2.a为鼓动机体例热处理职掌计谋流程图，通过温度阀参数T1、Topen和Tmopen职掌鼓动机温度；图2.b为乘员舱暖风体例职掌流程图。温度阀参数Te和T2用于确定是否应加热乘员舱。图2.c是电机和电机职掌器的热处理控 制计谋流程图。阀门2和阀门3的开启状况以及风机和水泵的转速由温控参数T3和设定的温度阀门职掌。图4.d为电压变换器热处理职掌计谋流程图。阀门4和阀门5的开启状况以及风机和泵的转速由温度参数T4和设定温度阀门制；温度参数Te和T5用于职掌空调体例的开合状况和阀门4和阀门5的开启状况，使车厢温度和电池温度劳动正在最佳温度边界内。通过上述职掌计谋调和PHEV热处理体例的劳动，确保所相合键部件和乘员舱温度都正在最佳温度边界内。

图2 整车集成热处理体例职掌计谋示企图最高劳动温度条款合于分别部件的最大劳动冷却液出口温度条款，讯息表3总结了与FCA模范或其他类型合系的已知运转条款，或依照体味设定的合理运转条款。卓殊是鼓动机体例有两种办法的工况。鼓动机出口冷却液温度和处境温度之间的分歧是正在临界运转条款下衡量的。冷却液出口的最高温度是正在寻常操作条款下衡量的。

表三 插电式搀和动力汽车热处理子体例的最高温度运转条款结果和研究为了简化模子并俭朴仿真功夫和本钱，本文开始钻探了十分劳动条款下子体例热处理体例的本能，然后钻探了集成TMS的本能。各子体例散热阐明因为车辆工况的众样性和丰富性，唯有车辆热处理模子才略餍足十分工况下的温度需求，餍足丰富众变工况下的温度需求。正在本文中，十分处境的温度包罗高温（45 °C、38°C）和低温（-20°C）。十分条款包罗急加快和急减速（0到100km/h和100km/h到0）和高温爬坡，以及车辆正在平地上的最大速率。并联PHEV正在分别劳动形式下劳动时，各部件的发烧量分别，于是采取各部件发烧量最高的车型进运动态实践。比如，电池和电驱动体例正在汽车纯电动形式下爆发的热量最高，于是采取纯电动形式举办实践模仿。同样，正在电池充电的境况下，鼓动机既必要动力输出，又必要电池充电，于是必要大功率和高发烧量。鼓动机

图3显示了正在搀和形式下十分劳动条款下，HT冷却液回途对鼓动机体例的影响。从图3.a能够看出，平地最高速率、90km/h和8%爬坡工况、60km/h和8%爬坡工况三种十分工况。依照图3.a虚线中三种十分工况的ETD比照。能够看出，90km/h和8%工况的ETD最高到达70°C，隔绝最高工况温度为9°C的安定裕度。图3.b为低温衔接NEDC工况下鼓动机出口冷却液温度。能够看出，车辆起步时，鼓动机出口冷却液温度疾速升高，使鼓动机体例预热疾速。升至85℃时先导小边界震荡，最终安定正在85℃足下。85°C正在鼓动机的最佳劳动温度边界内。于是本文策画的HT冷却回途能够正在低温下速捷预热鼓动机，包管鼓动机正在十分条款下的本能。

图4阐明了纯电动和搀和动力形式下的车厢温度转移。从图4.a能够看出，正在搀和动力条款下，舱室温度正在先导的500s疾速上升，紧要由PTC辅助加热装备加热。然后跟着鼓动机出口冷却液温度的升高，PTC加热器合上，机舱由鼓动机余热加热，机舱温度维系正在22°C。图4.b为纯电动形式下的车厢温度和PTC功率弧线秒内加热乘员舱，并维系乘员舱温度安定正在22°C。但PTC功率正在冷启动阶段到达3.5kW，然后安定正在2.8kW以坚持乘员舱温度。如图4所示，乘员舱暖风体例采用高温回途余热和PTC辅助加热式样，既包管了乘员舱体例正在低温处境下的速捷预热，又到达了节能的目标。降低PHEV的边界。

电机和呆板职掌器正在纯电动形式下处于最大负载。三种十分境况是包罗速捷加减速工况、爬坡工况、低温衔接NEDC工况等模仿阐明。从图5.a能够看出，正在速捷加减速条款下，电机和呆板职掌器的最超过口冷却液温度辨别为87.6和81.3°C，安定裕度辨别为2.4°C和3.7°C。最高劳动温度条款。图5.b标明，正在高温爬坡条款下，电机和呆板职掌器的最超过口冷却液温度辨别为84.3°C和76.7°C，安定裕度辨别为5.7°C和8.3°C。最高劳动温度条款。图5.c显示，低温衔接NEDC电机和呆板职掌器出口处冷却液的最超过口冷却液温度辨别为86.5°C和77.6°C，两者之间的安定裕度为辨别为3.5°C和7.4°C。

图5 电机和呆板职掌器出口冷却液温度从结果能够看出，MT热处理子体例或许餍足电机和呆板职掌器正在分别劳动形式和种种工况下的温度恳求。电压转换器电压转换器正在纯电动形式下负载最大，正在纯电动形式下正在速捷加减速工况、爬坡工况和低温NEDC工况下举办仿线.a能够看出，DC/AC和DC/AC正在急加快和减速条款下的最高冷却液出口温度辨别为57.52°C和54.5°C，距最高劳动温度条款的安定裕度辨别为2.5°C和6 °C。图6.b显示了爬坡工况的模仿结果。能够看出，DC/DC和DC/AC的最高冷却液出口温度辨别为54.53℃和57 ℃，低于最高劳动温度。依照图6.c，正在衔接NEDC工况 下，DCDC和DCAC的最高冷却液出口温度辨别为54.9 °C和54.3°C，安定裕度辨别为5.1°C和5.7°C。全体仿真结果均餍足策画方向的恳求，于是本文策画的LT冷却液回途或许餍足十分驾驶条款和一般驾驶条款下DC/DC和DC/AC的温度恳求。空调体例及电池体例正在纯电动形式下，电池的发烧量最大。电池热力学本能 钻探正在车辆最高速率条款下采取纯电动形式。比力阐明有无电池冷却回途时电池的温度转移。从图7.a能够看出，正在没有电池冷却装备的境况下，电池出口冷却液温度平均升高（未到达功率局部器温度阈值），这会影响电池本能。另一方面，电池冷却液通过Chiller散热，单个电池出口冷却液温度的最高温度职掌正在45.45° C，与最高劳动温度有9.55°C的安定裕度。单体电池最大温差职掌正在3.14°C，与最大温差有1.86°C的安定裕度。图7.b显示了正在冷水机和乘员舱温度下电池冷却剂入口和出口温度的仿真结果。能够看出冷水机进出口温差大于10℃。

图7 空调体例和电池体例温度转移弧线交互仿真这注释电池冷却液正在Chiller中散热量大。与此同时，乘员舱温度疾速低浸，最终安定正在22℃足下。注释空调制冷剂能够很好地接收电池冷却液的热量，也包管了乘员舱的温度。基于以上阐明能够看出，本文策画的空调与电池交互仿真体例对温度的相应速率较速。可正在短功夫内将车内温度安定正在22°C足下，包管电池最高温度和单体电池温差正在恳求边界内。

US06形式紧要用于模仿车辆正在主干道和高速公途上的行驶状况。正在这种境况下，车辆的速率和加快率较大，车辆对动力的需求较高，导致各部件的发烧量较高。该工况下的仿真阐明能够很好地反响本文策画的集成TMS的劳动个性。图8为集成TMS正在高US06衔接状况下的仿线.a能够看出，车辆启动时，鼓动机出口冷却液温度疾速上升，上升到89℃后先导低浸。温度正在85℃～95℃之间震荡，餍足鼓动机最佳劳动状况的恳求。图8 .b显示了乘员舱的温度转移。能够看到，舱内温度正在200s 的功夫疾速低浸到22℃，最终安定正在22℃足下。图8.c显示了电机和呆板职掌器的温度转移弧线。能够看出，电机最超过口冷却液温度为87°C，温度安定正在80°C-85 °C之间，而呆板职掌器最超过口冷却液温度为79°C， 温度安定正在75°C和80°C之间。图8.d显示了DC/DC和DC/AC的温度转移弧线。能够看出，DC/DC的最超过口冷却液温度为54°C，DC/AC的最超过口冷却液温度 为56°C，方向最高劳动温度的安定裕度为4°C和6°C 。

从图8.e能够看出，正在搀和动力US06的劳动条款下，电池的输出功率和发烧量都比力低。于是，跟着空调制冷体例的降温，单体电池的出口冷却液温度疾速低浸，安定正在30℃足下。

基于仿真阐明，本文策画的集成TMS和职掌计谋能够将鼓动机、电机、呆板职掌器和电压转换器的温度职掌正在最大运转恳求边界内。其它，单体电池的最超过口冷却液温度和电池组中单体电池之间的最大温差餍足策画恳求，乘员舱温度可职掌正在方向温度边界内。

集成TMS专为并联PHEV策画，包罗HT冷却剂、MT冷却剂回途、LT冷却剂回途、制冷剂回途和电池冷却剂回途。

对集成TMS子体例的本能举办了钻探，全体子体例均餍足十分条款下的散热本能恳求。US06的条款用于验证集成TMS的本能。从仿真来看，HT冷却液回途或许餍足鼓动机大功率负载下的温度恳求；空调体例正在餍足客舱惬意度恳求的同时，能够速捷为电池降温。对待电驱动体例，电机和电压转换器的温度处于最佳劳动温度边界内。这标明通过将电驱动回途分为MT和LT冷却液回途 ，包管了电机正在大功率下的本能。

该钻探对待降低PHEV所相合键部件的劳动本能，卓殊是电机和电池本能，增补搀和动力汽车的续航里程和俭朴燃油具有苛重意旨。更苛重的是，这项钻探有助于PHEVTMS的实践和表面阐明。

文献由来：Dong, Y.Q., Wu, H., Zhou, J., Ding, Y. et al., “Designing and e

valuating the Integrated Thermal Management System of a Plug-In Parallel Hybrid Electric Vehicle,” SAE Technical Paper 2020-01-5242, 2020, doi:10.4271/2020-01-5242.

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