HEV集成热管理系统能量回收与耗散耦合作用机理及混杂控制研究

Working process of Hybrid Electric Vehicle involves the coordination and management of multiple heat sources, such as engine, battery and motor. The research of HEV integrated thermal management system to realize energy high-efficient utilization, and improve stability & service life of heat sources and heated components is of great significance. By establishing the dynamic characteristics model of HEV integrated thermal management system, it will grasp energy flow essence and distribution mechanism of thermoelectricity recovery, waste heat recycle and heat dissipation, and then reveal the coupling mechanism of energy recovery and dissipative. Through constructing the differential game model of HEV integrated thermal management system, optimal control strategy of energy recovery and dissipation will be obtained by optimizing the shunt control process. An in-depth study on the hybrid dynamic behaviors of HEV integrated thermal management system will be carried out based on hybrid system theory, the mixed logic dynamic model will be constructed, and the hybrid control mechanism and method of HEV integrated thermal management system will be proposed. Finally, the Hardware-in-Loop simulations and bench tests will be carried out to verify the effectiveness of improving the temperature control performance of these key components and the comprehensive utilization efficiency of vehicle energy which would provide the fundamental basis and technical support for integrated design and control of HEV thermal management system.

混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）工作过程涉及发动机、动力电池、电动机等多个热源的协调与管理，研究集成热管理系统以实现HEV能量高效利用，提高HEV热源部件和受热部件的工作稳定性与使用寿命，具有重要意义。通过建立集成热管理系统动态特性模型，掌握热电回收、余热再利用、热量耗散的能量流动与分配机制，揭示系统能量回收与耗散耦合作用机理；构建集成热管理系统微分博弈模型，对集成热管理系统能量回收与耗散分流控制过程进行优化，获得系统能量回收与耗散的最优控制策略；运用混杂系统理论研究集成热管理系统混杂动力学行为，构建系统混杂逻辑动态模型，提出系统混杂控制机理与方法；最后搭建硬件在环仿真控制系统，通过台架试验验证HEV集成热管理系统在改善关键部件控温性能、提高整车能量综合利用效率方面的效果，为HEV热管理系统集成设计与控制提供理论方法和关键技术支持。

集成热管理系统能量回收与耗散耦合作用机理是研究混合动力汽车（HEV）整车节能技术的基础与前提。发动机、动力电池、电动机等关键热源部件在正常工作时，因其安装空间狭小，空气流动不畅，且受到周围其他部件热辐射和热传导的影响，导致散热困难。同时由于各关键热源部件的不同特性及复杂工况要求，要维持各关键热源部件所需要的不同的理想工作温度范围、温度变化速率，给需要降低系统能耗、控制汽车排放、提高余热再利用水平的混合动力汽车带来了极大的挑战。.在国家自然基金青年科学基金项目的支持下，项目团队开展了HEV集成热管理系统能量回收与耗散耦合作用机理及混杂控制研究的攻关工作。从集成热管理系统能量回收与耗散耦合作用机理、集成热管理系统能量回收与耗散最优控制策略、集成热管理系统混杂控制机理与方法、集成热管理系统硬件在环仿真与试验验证等四个方面开展工作，覆盖了项目任务书的全部研究内容。.在项目支持下，研究团队相继在International Journal of Energy Research、Applied Thermal Engineering等期刊上发表或录用检索论文12篇，授权发明专利3项、申请发明专利6项，出版学术专著1本，同时项目负责人获得中国产学研合作促进会创新成果奖一等奖1项（排名1）。培养硕士研究生3人，其中2人获研究生国家奖学金。