新能源整車熱管理實驗系統，新能源汽車熱管理系統
2024-11-18 06:56
DB-QC72 新能源整車熱管理實驗系統
一. 產品簡介新能源整車熱管理實驗系統采用分體式設備分別為熱管理主控臺架和熱管理檢測臺，兩臺設備通過線纜連接，本臺架選用主流新能源熱管理系統，主要由空調系統和PTC零部件，電磁閥、熱交換器及其管路組成，該系統使用磷酸鐵鋰動力電池包作為動力源，給空調及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，并將數據發送給整車控制器，由整車控制器實現對動力電池包、電機驅動器、驅動電機及座倉的熱管理，實驗系統的管理邏輯與真實新能源車完全相同。通過該實驗系統，可以培養學員對新能源車整車的熱管理分析和處理能力，適用于本科學院新能源課程教學。
工作原理如下圖所示：
1.配套整車VCU快速原型開發系統，并配備MATLAB仿真模型與硬件接口的轉換軟件，方便模型軟件轉換為嵌入式軟件，并能下載到VCU中運行驗證，提供源代碼及開發指導；
2.配套純電動車磷酸鐵鋰動力電池包，標稱電壓72V，容量50AH，內裝磷酸鐵鋰方形電池24串，動力電池包透明設計，直觀內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，通過調節電位器模擬產生-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境箱中進行加熱和降溫，以真實的溫度研究動力電池包的熱管理過程（溫度環境箱需要另外采購）。
3.配備帶液冷管路的電機及電機驅動器一套（電機及電機控制器熱管理實驗）
4.配備密閉環境倉一個（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電動壓縮機，高電壓驅動，噪音低，轉速可調，范圍1500-3000rpm，額定轉速2300rpm；冷凝器，蒸發器，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，實現加熱功能。
7.配備相應的循環水泵實現冷熱水循環
8.增加高低壓管路壓力表，再現空調系統工作過程實際壓力改變，使學員認識高壓和低壓在制冷系統變化規律。
9.配備12V電源開關，并配有緊急斷電開關，可隨時切斷整個系統電源。
10.實驗系統配套一體機及相應上位機軟件，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）等工作狀態，以及電池對外放電或充電期間24節動力電池電壓變化情況。
11.配套4mm鋁塑板，教板完整顯示空調系統工作原理圖；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，實時檢測各種狀態下參數變化，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，電流等參數測量和橙色高壓回路大電流無接觸測量。
13.實驗系統平臺和教板組成，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. 教學實驗項目（本科教學）
1.空調制冷實驗
實驗目的：測定空調器的制冷功率
實驗原理：當空調機在制冷或工作狀態下，待測定某一封閉空間內的溫度會發生變化，溫度變化的規律與空調器的制冷時消耗電能力關系
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，測量空調消耗電能。
實驗結果：溫度變化與電能消耗關系曲線
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系曲線
2.空調管路壓力實驗
實驗目的：掌握對空調系統的操作以及控制系統的結構原理，理解壓力表的結構原理以及對壓力表的操作:
實驗原理：電驅動的壓縮機將氣態的制冷劑從蒸發器中抽出，并將其送入冷凝器。高壓氣態制冷劑經冷凝器時液化而進行熱交換(釋放熱量)，熱量被車外的空氣帶走。然后高壓液態的制冷劑經膨脹閥的節流作用而降壓，低壓液態制冷劑在蒸發器中氣化而進行熱交換(吸收熱量)，此時蒸發器附近被冷卻了的空氣通過鼓風機吹入車廂內。接著氣態制冷劑又被壓縮機抽走，泵入冷凝器，如此使制冷劑進行封閉的循環流動，不斷地將車廂內的熱量排到車外，使車廂內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。
實驗結果：繪制高壓管路壓力值與制冷功率之間的關系曲線。
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體電阻，當有電流經過時會產生熱量，同時它的電阻值會隨著溫度的升高而升高。
實驗目的：掌握PTC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（關鍵節點的溫度值必須有），獲得多個PTC電阻值。
實驗結果：PTC溫度變化與PTC電阻的關系
問題與思考：如果增大或減小PTC發熱功率？
4.電磁閥控制實驗
實驗目的：掌握電磁閥的工作原理
實驗原理：汽車空調電磁閥是汽車空調系統的關鍵部住之，基本作用是控制制冷劑的流向，實現冷凝器和蒸發器之間的切換，從而控制汽車空調系統的制冷和加熱。汽車空調電磁閥主要由鐵芯、線圈和閥體三部分組成。其中鐵芯位于線圈中央，通電時能產生磁場，從而引起閥芯的運動，實現閥門的開閉。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。
實驗步驟：測量電磁閥線圈內阻，使用可調穩壓電壓給電磁閥線圈供電，供電電壓由0V逐步調高（最高到12V），記錄電磁閥吸合時電壓，并記錄當前電流。逐步降代電磁閥供電電壓，直到電磁閥釋放，記錄當前電壓及電流。
實驗結果：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溫度傳感器數據采集實驗
實際目的：了解各種電阻的特性與應用，掌握溫度傳感器的基本原理與應用
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的溫度，從而達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10個點的溫度值。
實驗結果：繪制NTC溫度傳感器電阻與溫度的關系曲線圖
問題與思考：NTC溫度傳感器電阻與溫度是線性關系嗎？查閱相關資料，獲得NTC溫度傳感器電阻與溫度的函數計算式，并通過該計算式驗證實測數據的偏差，并找出偏差的原因。
6.循環泵轉速控制實驗
實驗目的：掌握PWM波控制循環水泵轉速的方法
實驗原理：PWM 脈寬調制，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制周期來實現。由于輸出等幅脈沖只需恒定直流電源供電，利用 PWM可以調節占空比的方式，從而實現加載到負載上的有效直流電壓（或電流），使循環泵轉速發生改變。
實驗方法：按實驗電路圖接好PWM驅動器和循環泵，驅動器出入電壓為12V，調整PWM波輸出頻率為5KHz，調整占空比為10%，測量循環泵轉速，后面依次選10個點，調整PWM的占空比，并測得循環泵轉速，并做好記錄。
實驗結果：PMW波的占空比與循環泵轉速關系曲線
問題與思考：不使用PWM改變占空比的方式，怎么能夠改變電機轉速？比較這兩種控制方式的優劣。
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
電機及驅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. 技術參數
1.分體式外形設計
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.設備工作電源：
220V交流電，功率不大于500W
設備工作溫度：-20°～+40°
3. 動力電池類型： 環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）
充放電循環次數： 2000次
工作溫度： -20°～604.渦旋式汽車空調電動壓縮機：
4.渦旋式汽車空調電動壓縮機：
排量： 26ml/r
制冷劑： R134a
冷凍油： RL68H 90ml
調速范圍： 1500-3000rpm
額定轉速： 3500rpm
運行噪音： 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快速原型開發控制器
系統滿足 ISO16750，ISO7637，CISPR25，ISO11452，ISO10605 所規定的電性能及EMC 性能要求；
VCU控制軟件在Simulink下使用模型開發，方便用戶進行二次開發，也可在嵌入式開發環境下手工編程；（選配功能）
主芯片：32 位的汽車級芯片
電源具有防反接保護、熱停機、短路保護和過電壓保護；
靜態功耗：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；
低邊驅動輸出：8 路，驅動能力規格有 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；
高邊驅動輸出：2 路 2.5A
7.上位機軟件：主要顯示內容
顯示單體電壓（24節分別顯示）
電池包溫度（4個）
座倉溫度1個
驅動電機溫度1個
剩余電量
充電狀態
繼電器狀態
電池包總電壓
總電流
7. 19寸觸屏一體機：CPUI5，8G內存，256G硬盤
六.基本配置
1.VCU快速原型開發系統
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，充放電插口，BMS電池管理系統）
3.19吋觸摸一體屏（帶上位機，選配Simulink模型開發軟件）
4. DC-DC轉換器（72V轉12V）
5.高壓機械式緊急斷電開關
6.72V車載充電器:輸出電壓72V，輸出電流5A/10A 可調
7.渦旋式汽車空調電動壓縮機，冷凝器，膨脹閥，蒸發器，高低壓管路，高壓檢測口和壓力表，低壓檢測口和壓力表，循環水泵、空調控制面板
8.PTC加熱裝置
9.驅動電機及驅動器一套（72V電機及驅動器）
10. 密閉環境倉一個
11.熱管理主臺架一臺
12.控制及檢測臺架一臺