混合动力|混合动力汽车镍氢电池热管理策略研究( 二 )
3 电池组热管理策略
3.1 基于PID算法的温度控制算法设计
由分析结果可得 ， 电池组均热可以通过控制冷却液的流量就可以达到 ， 不需要设置复杂的控制算法 ， 而电池组最高温度的控制相对要复杂的多 ， 它既与电池组的生热量有关也和电池组冷却系统的散热量有关 。 电池组温度变化具有非线性和滞后性的特点 ， 较难获得准确的数学模型 ， 因此可使用模糊PID算法对冷却液温度和流量进行模糊控制 。
散热器冷却时无法控制冷却液的温度 ， 而空调冷却时即能控制冷却液的温度也能控制冷却液的流量 。 根据电池热管理的设计目标 ， 将模糊控制器最优目标温度设置为40℃ 。
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电池组温度控制系统原理 ， 如图2所示 。 控制系统采用了模糊PID控制 。 模糊控制的输入变量为：电池组最高温度Tmax与目标温度的差值e℃；电池组最高温度Tmax与目标温度的差值的变化速率ec℃/min 。 输出变量为：冷却液流量FlowL/min ， 冷却液温度T℃ 。 控制实现过程如下：模糊控制器根据电池最高温度与最优目标温度的差值及差值变化速率控制水泵与电动压缩机 ， 以此来控制冷却液流量和温度 ， 达到冷却电池组的目的 。
电池组最高温度Tmax与目标温度的差值e论域为［0 ， 4］ ， 对应的模糊子集分别为｛ZERO ， E ， E ， E ， E｝ 。 差值变化速率e论域为［-1 ， 1］ ， 变化速率取值为每1min的变化量 ， 其最大最小值由经验值确定 ， 模糊子集为｛NB ， NS ， ZERO ， PS ， PB｝ 。 输出变量冷却液流量的论域［5 ， 15］ ， 最大最小值由水泵能力确定得到 ， 5个模糊子集分别为｛F1 ， F2 ， F3 ， F4 ， F5｝ 。 输出变量冷却液温度的论域［20 ， 30］ ， 其最大最小值由电动压缩机能力确定 ， 模糊子集为｛T1 ， T2 ， T3 ， T4 ， T5｝ 。
隶属函数取三角函数隶属函数 。 模糊推理采用If-Then规则 ， 基本控制规律为：
（1）如果电池温度较高 ， 且温度上升较快时 ， 水泵应以较高占空比运转 ， 提供较大的冷却液流量 ， 压缩机以较高的转速运转 ， 降低冷却液温度 。
（2）如果温度在合理工作范围内 ， 且电池温度不在上升时 ， 应关闭空调压缩机 ， 减少能量的消耗 。
3.2 控制策略的制定
从节能角度考虑 ， 当电池温度在合理的温度区间内时不会开启电池组的冷却系统 ， 当电池组需要冷却时首先采用散热器冷却 ， 当散热器冷却不能满足冷却需求时 ， 再采用空调冷却 。 因为电池组的温度变化具有滞后性 ， 所以冷却系统应在电池组最高温度达到目标温度前开启 。 根据分析 ， 提出以下策略：
（1）当Tmax≥38℃时开启冷却系统 ， 进行散热器冷却 ， 风扇与水泵开启 ， 通过算法对冷却液流量进行控制；当Tmax≤36℃时 ， 关闭冷却系统 ， 风扇与水泵关闭；
（2）当Tmax≥40℃持续5min或Tmax≥42℃持续3min或Tmax≥44℃持续1min时 ， 开启空调进行空调冷却 ， 空调冷却时使用算法对冷却液温度和冷却液流量进行控制；
（3）当电池组的温差大于5℃开始均热 ， 当电池组的温差小于3℃停止均热 ， 温差越大 ， 均热时冷却液的流量越大；
（4）当电池组冷却需求的冷却液流量和电池组均热需求的冷却液流量不一致时 ， 取较大的冷却液流量；
（5）当Tmax≥50℃持续1min或电池组温差大于5℃持续1min ， 电池管理系统停止电池组的充放电工作 ， 开启报警通知工作人员 。
上述策略中Tmax为电池组的最高温度；策略中的温度阀值由电池温度特性及经验值暂定 ， 后期会根据实验进行再标定 。
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电池组热管理策略使用Matlab/Simulink建模模型 ， 如图3所示 。 完成模型搭建后可以通过Simulink中的工具将模型转换为C语言代码并刷写到电池管理控制器中 ， 便可以进行试验验证 。
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