新能源整車熱管理實驗系統(tǒng)，新能源汽車熱管理系統(tǒng)
2024-11-18 06:56
DB-QC72 新能源整車熱管理實驗系統(tǒng)
一. 產(chǎn)品簡介新能源整車熱管理實驗系統(tǒng)采用分體式設(shè)備分別為熱管理主控臺架和熱管理檢測臺，兩臺設(shè)備通過線纜連接，本臺架選用主流新能源熱管理系統(tǒng)，主要由空調(diào)系統(tǒng)和PTC零部件，電磁閥、熱交換器及其管路組成，該系統(tǒng)使用磷酸鐵鋰動力電池包作為動力源，給空調(diào)及PTC供電，BIC采集實時采集動力電池的單體電池電壓、電流及電池包溫度，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給整車控制器，由整車控制器實現(xiàn)對動力電池包、電機(jī)驅(qū)動器、驅(qū)動電機(jī)及座倉的熱管理，實驗系統(tǒng)的管理邏輯與真實新能源車完全相同。通過該實驗系統(tǒng)，可以培養(yǎng)學(xué)員對新能源車整車的熱管理分析和處理能力，適用于本科學(xué)院新能源課程教學(xué)。
工作原理如下圖所示：
1.配套整車VCU快速原型開發(fā)系統(tǒng)，并配備MATLAB仿真模型與硬件接口的轉(zhuǎn)換軟件，方便模型軟件轉(zhuǎn)換為嵌入式軟件，并能下載到VCU中運(yùn)行驗證，提供源代碼及開發(fā)指導(dǎo)；
2.配套純電動車磷酸鐵鋰動力電池包，標(biāo)稱電壓72V，容量50AH，內(nèi)裝磷酸鐵鋰方形電池24串，動力電池包透明設(shè)計，直觀內(nèi)部零部件和連接方式（動力電池包熱管理實驗）。動力電池包溫度傳感器有兩種方式，一種是由電位器做溫度傳感器，通過調(diào)節(jié)電位器模擬產(chǎn)生-15℃到60℃溫度，以方便觀察電池包熱管理過程；二是動力電池包溫度傳感器使用實車溫度傳感器，將動力電池置于溫度環(huán)境箱中進(jìn)行加熱和降溫，以真實的溫度研究動力電池包的熱管理過程（溫度環(huán)境箱需要另外采購）。
3.配備帶液冷管路的電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動器一套（電機(jī)及電機(jī)控制器熱管理實驗）
4.配備密閉環(huán)境倉一個（實驗座倉熱管理實驗）
5.選用主流純電動車渦旋式汽車空調(diào)電動壓縮機(jī)，高電壓驅(qū)動，噪音低，轉(zhuǎn)速可調(diào)，范圍1500-3000rpm，額定轉(zhuǎn)速2300rpm；冷凝器，蒸發(fā)器，高低壓管路，膨脹閥等制冷部件均與純電動車相同。
6.配備主流電動車PTC加熱裝置，功率不大于2KW，實現(xiàn)加熱功能。
7.配備相應(yīng)的循環(huán)水泵實現(xiàn)冷熱水循環(huán)
8.增加高低壓管路壓力表，再現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)工作過程實際壓力改變，使學(xué)員認(rèn)識高壓和低壓在制冷系統(tǒng)變化規(guī)律。
9.配備12V電源開關(guān)，并配有緊急斷電開關(guān)，可隨時切斷整個系統(tǒng)電源。
10.實驗系統(tǒng)配套一體機(jī)及相應(yīng)上位機(jī)軟件，同步顯示輸出電流、電壓及電池溫度等實際值，并可以顯示電池包加熱（PTC）及降溫（空調(diào)）等工作狀態(tài)，以及電池對外放電或充電期間24節(jié)動力電池電壓變化情況。
11.配套4mm鋁塑板，教板完整顯示空調(diào)系統(tǒng)工作原理圖；并在主要零部件低壓控制接插口并接檢測接插口，借助萬用表，實時檢測各種狀態(tài)下參數(shù)變化，檢測接插口不少于8處。
12.配備新能源汽車DS2019-29汽車專用鉗形表和DS2019-28高壓測電筆各一件，用于控制線路電壓，電流等參數(shù)測量和橙色高壓回路大電流無接觸測量。
13.實驗系統(tǒng)平臺和教板組成，平臺水平放置，安裝主要零部件；底部安裝4個腳輪，移動靈活，同時腳輪帶自鎖裝置，可以固定位置。
三. 教學(xué)實驗項目（本科教學(xué)）
1.空調(diào)制冷實驗
實驗?zāi)康模簻y定空調(diào)器的制冷功率
實驗原理：當(dāng)空調(diào)機(jī)在制冷或工作狀態(tài)下，待測定某一封閉空間內(nèi)的溫度會發(fā)生變化，溫度變化的規(guī)律與空調(diào)器的制冷時消耗電能力關(guān)系
實驗方法：計算測量時間，計算行測空間容積、測量并計算溫度變量，測量空調(diào)消耗電能。
實驗結(jié)果：溫度變化與電能消耗關(guān)系曲線
問題與思考：那個外界因素會影響溫度變化與電能消耗瘋關(guān)系曲線
2.空調(diào)管路壓力實驗
實驗?zāi)康模赫莆諏照{(diào)系統(tǒng)的操作以及控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理，理解壓力表的結(jié)構(gòu)原理以及對壓力表的操作:
實驗原理：電驅(qū)動的壓縮機(jī)將氣態(tài)的制冷劑從蒸發(fā)器中抽出，并將其送入冷凝器。高壓氣態(tài)制冷劑經(jīng)冷凝器時液化而進(jìn)行熱交換(釋放熱量)，熱量被車外的空氣帶走。然后高壓液態(tài)的制冷劑經(jīng)膨脹閥的節(jié)流作用而降壓，低壓液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中氣化而進(jìn)行熱交換(吸收熱量)，此時蒸發(fā)器附近被冷卻了的空氣通過鼓風(fēng)機(jī)吹入車廂內(nèi)。接著氣態(tài)制冷劑又被壓縮機(jī)抽走，泵入冷凝器，如此使制冷劑進(jìn)行封閉的循環(huán)流動，不斷地將車廂內(nèi)的熱量排到車外，使車廂內(nèi)的氣溫降至適宜的溫度。
實驗方法：檢查接頭、檢查壓力表。檢查連接接頭、讀取壓力值、斷開連接、檢查是否泄漏。
實驗結(jié)果：繪制高壓管路壓力值與制冷功率之間的關(guān)系曲線。
問題與思考：在保證制冷效果的前提下，如何降低電能消耗。
3.PTC加熱實驗
實驗原理：電動汽車上的PTC指的是熱敏電阻，是一種具有溫度敏感性的半導(dǎo)體電阻，當(dāng)有電流經(jīng)過時會產(chǎn)生熱量，同時它的電阻值會隨著溫度的升高而升高。
實驗?zāi)康模赫莆誔TC加熱器件的工作特性
實驗方法：選取特定溫度下的PTC工作電流及電壓、前計算出測量PTC電阻，選取多個溫度值（關(guān)鍵節(jié)點的溫度值必須有），獲得多個PTC電阻值。
實驗結(jié)果：PTC溫度變化與PTC電阻的關(guān)系
問題與思考：如果增大或減小PTC發(fā)熱功率？
4.電磁閥控制實驗
實驗?zāi)康模赫莆针姶砰y的工作原理
實驗原理：汽車空調(diào)電磁閥是汽車空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵部住之，基本作用是控制制冷劑的流向，實現(xiàn)冷凝器和蒸發(fā)器之間的切換，從而控制汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷和加熱。汽車空調(diào)電磁閥主要由鐵芯、線圈和閥體三部分組成。其中鐵芯位于線圈中央，通電時能產(chǎn)生磁場，從而引起閥芯的運(yùn)動，實現(xiàn)閥門的開閉。線圈固定在閥體上，由絕緣材料包裹，并通過電纜連接到車輛電氣系統(tǒng)。
實驗步驟：測量電磁閥線圈內(nèi)阻，使用可調(diào)穩(wěn)壓電壓給電磁閥線圈供電，供電電壓由0V逐步調(diào)高（最高到12V），記錄電磁閥吸合時電壓，并記錄當(dāng)前電流。逐步降代電磁閥供電電壓，直到電磁閥釋放，記錄當(dāng)前電壓及電流。
實驗結(jié)果：描繪電磁閥吸合與釋放電壓曲線圖
問題與思考：電磁閥吸合與釋放電壓值有何不同，如果降低電磁閥在工作時的電量消耗？
5.NCT溫度傳感器數(shù)據(jù)采集實驗
實際目的：了解各種電阻的特性與應(yīng)用，掌握溫度傳感器的基本原理與應(yīng)用
實驗原理：NTC熱敏電阻在一定的測量功率下，電阻值隨著溫度上升而迅速下降。利用這一特性, 可將NTC熱敏電阻通過測量其電阻值來確定相應(yīng)的溫度，從而達(dá)到檢測和控制溫度的目的。
實驗步驟：將NCT溫度傳感器放入水杯中，測量當(dāng)前水溫和NTC電阻值，并記錄該值。逐步加熱水，均勻取10個溫度點，分別測量NTC電阻值，并記錄該值。條件充許情況下，可以分別取5-95℃范圍內(nèi)10個點的溫度值。
實驗結(jié)果：繪制NTC溫度傳感器電阻與溫度的關(guān)系曲線圖
問題與思考：NTC溫度傳感器電阻與溫度是線性關(guān)系嗎？查閱相關(guān)資料，獲得NTC溫度傳感器電阻與溫度的函數(shù)計算式，并通過該計算式驗證實測數(shù)據(jù)的偏差，并找出偏差的原因。
6.循環(huán)泵轉(zhuǎn)速控制實驗
實驗?zāi)康模赫莆誔WM波控制循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速的方法
實驗原理：PWM 脈寬調(diào)制，是靠改變脈沖寬度來控制輸出電壓，通過改變周期來控制其輸出頻率。而輸出頻率的變化可通過改變此脈沖的調(diào)制周期來實現(xiàn)。由于輸出等幅脈沖只需恒定直流電源供電，利用 PWM可以調(diào)節(jié)占空比的方式，從而實現(xiàn)加載到負(fù)載上的有效直流電壓（或電流），使循環(huán)泵轉(zhuǎn)速發(fā)生改變。
實驗方法：按實驗電路圖接好PWM驅(qū)動器和循環(huán)泵，驅(qū)動器出入電壓為12V，調(diào)整PWM波輸出頻率為5KHz，調(diào)整占空比為10%，測量循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，后面依次選10個點，調(diào)整PWM的占空比，并測得循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，并做好記錄。
實驗結(jié)果：PMW波的占空比與循環(huán)泵轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線
問題與思考：不使用PWM改變占空比的方式，怎么能夠改變電機(jī)轉(zhuǎn)速？比較這兩種控制方式的優(yōu)劣。
四. 研究實驗項目（MATLAB建模及仿真實驗,單獨選配功能）
VCU熱管理原型開發(fā)及代碼下載驗證實驗（綜合）
動力電池包熱管理仿真編程及下載驗證實驗
電機(jī)及驅(qū)器熱管理仿真編程及下載驗證實驗
座倉熱管理仿真編程及下載實驗
五. 技術(shù)參數(shù)
1.分體式外形設(shè)計
熱管理主控臺架外形尺寸（mm）：不大于1600*1200*900（長*寬*高）
控制及檢測臺架尺寸（mm）：不大于1200*500*100（長*寬*厚）
2.設(shè)備工作電源：
220V交流電，功率不大于500W
設(shè)備工作溫度：-20°～+40°
3. 動力電池類型： 環(huán)保型磷酸鐵鋰動力電池（方形鋁殼，單體電池3.2V50AH）
動力電池包容量： 76.8V50AH（3.8度電）
充放電循環(huán)次數(shù)： 2000次
工作溫度： -20°～604.渦旋式汽車空調(diào)電動壓縮機(jī)：
4.渦旋式汽車空調(diào)電動壓縮機(jī)：
排量： 26ml/r
制冷劑： R134a
冷凍油： RL68H 90ml
調(diào)速范圍： 1500-3000rpm
額定轉(zhuǎn)速： 3500rpm
運(yùn)行噪音： 小于65db
輸入電壓范圍： 60-100VDC
溫控電阻： 4.8千歐
5.PTC加熱裝置：
輸入電壓范圍：60-100VDC
最大功率： 不大于2KW
6.VCU快速原型開發(fā)控制器
系統(tǒng)滿足 ISO16750，ISO7637，CISPR25，ISO11452，ISO10605 所規(guī)定的電性能及EMC 性能要求；
VCU控制軟件在Simulink下使用模型開發(fā)，方便用戶進(jìn)行二次開發(fā)，也可在嵌入式開發(fā)環(huán)境下手工編程；（選配功能）
主芯片：32 位的汽車級芯片
電源具有防反接保護(hù)、熱停機(jī)、短路保護(hù)和過電壓保護(hù)；
靜態(tài)功耗：小于 1mA；
通信接口：1 路專用獨立 CAN 通訊接口；
模擬量輸入：共 12 路，其中 5 路 0～5V 電阻信號輸入，6 路 0～5V 電壓信號輸入，
1 路 0～VIN 電壓信號輸入；
開關(guān)量輸入：共 8 路， 4 路為高電平有效，4 路為低電平有效；
PWM 輸入：共 3 路，均可檢測周期和占空比，檢測頻率范圍 5Hz～1kHz，占空比檢 測范圍 5%～95%，同時可支持 0%和 100%，占空比采樣精度±5%，檢測電壓范圍 0V～ VIN；
低邊驅(qū)動輸出：8 路，驅(qū)動能力規(guī)格有 3.0A 三種；
PWM 輸出：5 路 0～VIN 輸出，頻率范圍 5Hz～1kHz，占空比范圍 5%～95%，最大 輸出電流 0.8A；
高邊驅(qū)動輸出：2 路 2.5A
7.上位機(jī)軟件：主要顯示內(nèi)容
顯示單體電壓（24節(jié)分別顯示）
電池包溫度（4個）
座倉溫度1個
驅(qū)動電機(jī)溫度1個
剩余電量
充電狀態(tài)
繼電器狀態(tài)
電池包總電壓
總電流
7. 19寸觸屏一體機(jī)：CPUI5，8G內(nèi)存，256G硬盤
六.基本配置
1.VCU快速原型開發(fā)系統(tǒng)
2.磷酸鐵鋰動力電池包（含單個電芯，放電繼電器，充電繼電器，霍爾電流傳感器，維修開關(guān)，充放電插口，BMS電池管理系統(tǒng)）
3.19吋觸摸一體屏（帶上位機(jī)，選配Simulink模型開發(fā)軟件）
4. DC-DC轉(zhuǎn)換器（72V轉(zhuǎn)12V）
5.高壓機(jī)械式緊急斷電開關(guān)
6.72V車載充電器:輸出電壓72V，輸出電流5A/10A 可調(diào)
7.渦旋式汽車空調(diào)電動壓縮機(jī)，冷凝器，膨脹閥，蒸發(fā)器，高低壓管路，高壓檢測口和壓力表，低壓檢測口和壓力表，循環(huán)水泵、空調(diào)控制面板
8.PTC加熱裝置
9.驅(qū)動電機(jī)及驅(qū)動器一套（72V電機(jī)及驅(qū)動器）
10. 密閉環(huán)境倉一個
11.熱管理主臺架一臺
12.控制及檢測臺架一臺