电动汽车霍克蓄电池制冷剂直接冷却热管理系统的过热控制方法研究

为处理电动汽车电池制冷剂直冷热办理体系中不稳定的过热操控问题，本研讨提出了一种根据电子膨胀阀与电动背压阀协同操控的新式过热调理办法。经过构建试验体系并树立电源冷却板出口参数操控模型，分析了因为温度呼应滞后压力改变导致操控器过度调理导致的过热动摇机制。研讨结果表明，在可变负载条件下，提出的电子膨胀阀与电动背压阀协同操控办法，相较于传统的电子膨胀阀与压缩机协同操控法，可将超热过冲削减约53%（压力搅扰下从17°C降至8°C），缩短54%的恢复时刻（从2400秒缩短至1100秒）， 并将时刻加权绝对误差积分下降超越50%（从7000以上降至3000以下）。在常温冷却条件下，过热超冲限制在23°C，约为传统办法的72%。这些效果明显提高了电动汽车动力电池制冷剂直接冷却热办理体系的操控精度和动态稳定性。
随着电动汽车对高功率放电和快充需求的不断增长，电池的热办理面对严峻挑战[1]， [2]， [3]， [4]。使用制冷剂相变热传导的制冷剂直冷技能已成为电池热办理的高效处理计划，具有高传热功率和紧凑的体系结构等优势[5][6][7]、[8]。但是，其实际工程运用中仍有若干关键问题待处理。电池的充放电进程具有明显的动态负载特性[9]，这增加了热办理体系中过热操控的难度。制冷剂的热传递系数在冷却板内的过热气体区域急剧衰减[10]。过大的超热误差或延长呼应时刻会加剧部分电池温度上升[11]，[12]，[13]，导致最大温差远超传统液冷体系，然后影响电池功能、安全性和循环寿数[14]、[15]。因此，直接冷却热办理体系的过热操控能力至关重要[10]，是提高电池温度均匀性和推进此类体系商业运用的核心要素。
直接冷却热办理体系主要由制冷体系组成。在现有制冷体系的过热操控办法中，最常见的是。该办法经过单一操控元件——电子膨胀阀（EEV）进行过热调理[16]。谢等人[17]指出，因为过热操控具有明显的滞后特性，传统的PID操控战略难以完成理想的操控功能。随后，学者们探究了多种计划以提高超热操控稳定性，包含自适应操控[18]、滑动形式变量结构操控[19]、模型预测操控[20]、无模型操控[21]和深度强化学习[22]。虽然这些先进的操控办法在不同程度上提高了超热操控功能，但根据单一EEV操控组件的超热调理计划在遭受快速且继续的表里扰动时仍面对固有限制[23]。EEV开口的改变会改变蒸腾器内的制冷剂质量流量和流态，然后一起影响过热采样点的温度和压力参数。Odom等人[24]指出，制冷剂温度与压力之间存在强耦合，微小的温度改变可引发明显的压力动摇，压力改变又决定温度状况。当体系负载动摇或操控干涉产生时，蒸腾压力和温度的改变会表现出时刻滞后和幅度差异。压力改变先于温度改变，且强度更大。其根本原因是压力传播几乎是瞬时的，而温度改变依赖于热交换进程，这一现象在两相活动动力学研讨中已被深入分析[25]。为了保持蒸腾器出口的方针过热，操控器常常调整作业状况，导致过热采样点温度和压力出现高频、高幅度的动摇。Elliott等人[26]提出，在级联操控中运用混合膨胀阀（HEV），结合机械和电子反馈，内环用于快速调理蒸腾压力，外环用于缓慢调理过热，可以缓解上述窘境。试验结果表明，与传统办法相比，这种办法能将搅扰排挤提高60%以上。根据运用两个执行器进行和谐超热调理的理念，Kawai等人[27]使用压缩机调理蒸腾器出口背压，并与EEV构建了MIMO体系以补偿搅扰并按捺模型不确定性，完成了超热扰动按捺率超越50%的提高。这证实了背压和谐操控在提高过热操控功能方面的巨大潜力。除了根据压缩机的办法外，学者们还从多回路操控的视点探究了背压调理。Gao等[28]设计了一种双可变开阀体系，以别离直接冷却电池热办理体系与车辆空调体系的耦合效应。经过调理阀门以调整冷却板和空调蒸腾器的背压，它们可以完成ED对电池和驾驶舱进行独立温控。Zhang 等人[29]在电池冷却板出口处增加了次级节省孔，并采用强化学习算法调理孔口开口，完成了冷却板背压的稳定操控。制冷剂直接冷却对电动汽车电池来说功率高，但在可变负载下的过热操控则具有挑战性。使用冷凝器废热改善热进程——如Ansar等人[30]在真空冻干中展现的——为本研讨的操控战略供给了有利的灵感。虽然这些背压调理研讨并非直接聚集于过热操控，但它们为本研讨经过电动背压阀（EBPV）调理优化过热操控功能供给了重要的研讨理念和技能根底。
因此，本研讨提出了一种整合EEV和EBPV的新式和谐操控办法，旨在经过解耦压力和温度操控回路完成独立且快速的超热调理。首要构建了直接冷却热办理体系的试验体系，并树立了冷却板出口的过热操控模型，并使用试验数据进行了验证。根据此，试验测量和模型计算结果被结合，深入分析了因为压力改变滞后温度呼应引发的非线性超热操控问题机制。根据体系动态特性分析，树立了一种技能计划，经过引入EBPV进行背压调理，以增强变载荷条件下的过热操控稳定性。最终，经过比较试验验证了新颖操控办法的有效性。结果表明，所提议的EEV和EBPV协同操控办法可以明显削减超热过冲，缩短动态恢复时刻，并提高稳态操控精度。本研讨的创新在于提出了一种新颖的和谐操控办法，将电子膨胀阀与电背压阀集成在一起，以处理现有依赖单一电子膨胀阀的制冷剂直接冷却热办理体系中，因为快速压力呼应与延迟温度呼应不匹配导致的虚假过热动摇问题。该办法经过电背压阀快速且独立地调理蒸腾压力，切断过热压力的动态耦合搅扰，一起经过电子膨胀阀精确追寻过热方针。这完成了压力操控和温度操控回路的有效解耦，从根本上提高了在可变负载条件下的过热操控稳定性。本研讨结果可为制冷剂直接冷却热办理体系的功能优化和工程运用供给辅导。