新能源整车热管理实验系统，新能源汽车热管理系统

DB-QC72 新能源整车热管理实验系统

一. 产品简介
新能源整车热管理实验系统采用分体式设备分别为热管理主控台架和热管理检测台，两台设备通过线缆连接，本台架选用主流新能源热管理系统，主要由空调系统和PTC零部件，电磁阀、热交换器及其管路组成，该系统使用磷酸铁锂动力电池包作为动力源，给空调及PTC供电，BIC采集实时采集动力电池的单体电池电压、电流及电池包温度，并将数据发送给整车控制器，由整车控制器实现对动力电池包、电机驱动器、驱动电机及座仓的热管理，实验系统的管理逻辑与真实新能源车完全相同。通过该实验系统，可以培养学员对新能源车整车的热管理分析和处理能力，适用于本科学院新能源课程教学。
工作原理如下图所示：

二. 功能特点
1.配套整车VCU快速原型开发系统，并配备MATLAB仿真模型与硬件接口的转换软件，方便模型软件转换为嵌入式软件，并能下载到VCU中运行验证，提供源代码及开发指导；
2.配套纯电动车磷酸铁锂动力电池包，标称电压72V，容量50AH，内装磷酸铁锂方形电池24串，动力电池包透明设计，直观内部零部件和连接方式（动力电池包热管理实验）。动力电池包温度传感器有两种方式，一种是由电位器做温度传感器，通过调节电位器模拟产生-15℃到60℃温度，以方便观察电池包热管理过程；二是动力电池包温度传感器使用实车温度传感器，将动力电池置于温度环境箱中进行加热和降温，以真实的温度研究动力电池包的热管理过程（温度环境箱需要另外采购）。
3.配备带液冷管路的电机及电机驱动器一套（电机及电机控制器热管理实验）
4.配备密闭环境仓一个（实验座仓热管理实验）
5.选用主流纯电动车涡旋式汽车空调电动压缩机，高电压驱动，噪音低，转速可调，范围1500-3000rpm，额定转速2300rpm；冷凝器，蒸发器，高低压管路，膨胀阀等制冷部件均与纯电动车相同。
6.配备主流电动车PTC加热装置，功率不大于2KW，实现加热功能。
7.配备相应的循环水泵实现冷热水循环
8.增加高低压管路压力表，再现空调系统工作过程实际压力改变，使学员认识高压和低压在制冷系统变化规律。
9.配备12V电源开关，并配有紧急断电开关，可随时切断整个系统电源。
10.实验系统配套一体机及相应上位机软件，同步显示输出电流、电压及电池温度等实际值，并可以显示电池包加热（PTC）及降温（空调）等工作状态，以及电池对外放电或充电期间24节动力电池电压变化情况。
11.配套4mm铝塑板，教板完整显示空调系统工作原理图；并在主要零部件低压控制接插口并接检测接插口，借助万用表，实时检测各种状态下参数变化，检测接插口不少于8处。
12.配备新能源汽车DS2019-29汽车专用钳形表和DS2019-28高压测电笔各一件，用于控制线路电压，电流等参数测量和橙色高压回路大电流无接触测量。
13.实验系统平台和教板组成，平台水平放置，安装主要零部件；底部安装4个脚轮，移动灵活，同时脚轮带自锁装置，可以固定位置。
三. 教学实验项目（本科教学）
1.空调制冷实验
实验目的：测定空调器的制冷功率
实验原理：当空调机在制冷或工作状态下，待测定某一封闭空间内的温度会发生变化，温度变化的规律与空调器的制冷时消耗电能力关系
实验方法：计算测量时间，计算行测空间容积、测量并计算温度变量，测量空调消耗电能。
实验结果：温度变化与电能消耗关系曲线
问题与思考：那个外界因素会影响温度变化与电能消耗疯关系曲线
2.空调管路压力实验
实验目的：掌握对空调系统的操作以及控制系统的结构原理，理解压力表的结构原理以及对压力表的操作:
实验原理：电驱动的压缩机将气态的制冷剂从蒸发器中抽出，并将其送入冷凝器。高压气态制冷剂经冷凝器时液化而进行热交换(释放热量)，热量被车外的空气带走。然后高压液态的制冷剂经膨胀阀的节流作用而降压，低压液态制冷剂在蒸发器中气化而进行热交换(吸收热量)，此时蒸发器附近被冷却了的空气通过鼓风机吹入车厢内。接着气态制冷剂又被压缩机抽走，泵入冷凝器，如此使制冷剂进行封闭的循环流动，不断地将车厢内的热量排到车外，使车厢内的气温降至适宜的温度。
实验方法：检查接头、检查压力表。检查连接接头、读取压力值、断开连接、检查是否泄漏。
实验结果：绘制高压管路压力值与制冷功率之间的关系曲线。
问题与思考：在保证制冷效果的前提下，如何降低电能消耗。
3.PTC加热实验
实验原理：电动汽车上的PTC指的是热敏电阻，是一种具有温度敏感性的半导体电阻，当有电流经过时会产生热量，同时它的电阻值会随着温度的升高而升高。
实验目的：掌握PTC加热器件的工作特性
实验方法：选取特定温度下的PTC工作电流及电压、前计算出测量PTC电阻，选取多个温度值（关键节点的温度值必须有），获得多个PTC电阻值。
实验结果：PTC温度变化与PTC电阻的关系
问题与思考：如果增大或减小PTC发热功率？
4.电磁阀控制实验
实验目的：掌握电磁阀的工作原理
实验原理：汽车空调电磁阀是汽车空调系统的关键部住之，基本作用是控制制冷剂的流向，实现冷凝器和蒸发器之间的切换，从而控制汽车空调系统的制冷和加热。汽车空调电磁阀主要由铁芯、线圈和阀体三部分组成。其中铁芯位于线圈中央，通电时能产生磁场，从而引起阀芯的运动，实现阀门的开闭。线圈固定在阀体上，由绝缘材料包裹，并通过电缆连接到车辆电气系统。
实验步骤：测量电磁阀线圈内阻，使用可调稳压电压给电磁阀线圈供电，供电电压由0V逐步调高（最高到12V），记录电磁阀吸合时电压，并记录当前电流。逐步降代电磁阀供电电压，直到电磁阀释放，记录当前电压及电流。
实验结果：描绘电磁阀吸合与释放电压曲线图
问题与思考：电磁阀吸合与释放电压值有何不同，如果降低电磁阀在工作时的电量消耗？
5.NCT温度传感器数据采集实验
实际目的：了解各种电阻的特性与应用，掌握温度传感器的基本原理与应用
实验原理：NTC热敏电阻在一定的测量功率下，电阻值随着温度上升而迅速下降。利用这一特性, 可将NTC热敏电阻通过测量其电阻值来确定相应的温度，从而达到检测和控制温度的目的。
实验步骤：将NCT温度传感器放入水杯中，测量当前水温和NTC电阻值，并记录该值。逐步加热水，均匀取10个温度点，分别测量NTC电阻值，并记录该值。条件充许情况下，可以分别取5-95℃范围内10个点的温度值。
实验结果：绘制NTC温度传感器电阻与温度的关系曲线图
问题与思考：NTC温度传感器电阻与温度是线性关系吗？查阅相关资料，获得NTC温度传感器电阻与温度的函数计算式，并通过该计算式验证实测数据的偏差，并找出偏差的原因。
6.循环泵转速控制实验
实验目的：掌握PWM波控制循环水泵转速的方法
实验原理：PWM 脉宽调制，是靠改变脉冲宽度来控制输出电压，通过改变周期来控制其输出频率。而输出频率的变化可通过改变此脉冲的调制周期来实现。由于输出等幅脉冲只需恒定直流电源供电，利用 PWM可以调节占空比的方式，从而实现加载到负载上的有效直流电压（或电流），使循环泵转速发生改变。
实验方法：按实验电路图接好PWM驱动器和循环泵，驱动器出入电压为12V，调整PWM波输出频率为5KHz，调整占空比为10%，测量循环泵转速，后面依次选10个点，调整PWM的占空比，并测得循环泵转速，并做好记录。
实验结果：PMW波的占空比与循环泵转速关系曲线
问题与思考：不使用PWM改变占空比的方式，怎么能够改变电机转速？比较这两种控制方式的优劣。
四. 研究实验项目（MATLAB建模及仿真实验,单独选配功能）
 VCU热管理原型开发及代码下载验证实验（综合）
 动力电池包热管理仿真编程及下载验证实验
 电机及驱器热管理仿真编程及下载验证实验
 座仓热管理仿真编程及下载实验
五. 技术参数
1.分体式外形设计
 热管理主控台架外形尺寸（mm）：不大于1600*1200*900（长*宽*高）
 控制及检测台架尺寸（mm）：不大于1200*500*100（长*宽*厚）
2.设备工作电源：
 220V交流电，功率不大于500W
 设备工作温度：-20°～+40°
3. 动力电池类型：    环保型磷酸铁锂动力电池（方形铝壳，单体电池3.2V50AH）
 动力电池包容量： 76.8V50AH（3.8度电）
 充放电循环次数： 2000次
 工作温度：      -20°～604.涡旋式汽车空调电动压缩机：
4.涡旋式汽车空调电动压缩机：
 排量：     26ml/r
 制冷剂：   R134a
 冷冻油：   RL68H   90ml
 调速范围： 1500-3000rpm
 额定转速： 3500rpm
 运行噪音：小于65db
 输入电压范围： 60-100VDC
 温控电阻： 4.8千欧
5.PTC加热装置：
 输入电压范围：60-100VDC
 最大功率：    不大于2KW
6.VCU快速原型开发控制器
 系统满足 ISO16750，ISO7637，CISPR25，ISO11452，ISO10605 所规定的电性能及EMC 性能要求；
 VCU控制软件在Simulink下使用模型开发，方便用户进行二次开发，也可在嵌入式开发环境下手工编程；（选配功能）
 主芯片：32 位的汽车级芯片
 电源具有防反接保护、热停机、短路保护和过电压保护；
 静态功耗：小于 1mA；
 通信接口：1 路专用独立 CAN 通讯接口；
 模拟量输入：共 12 路，其中 5 路 0～5V 电阻信号输入，6 路 0～5V 电压信号输入，
 1 路 0～VIN 电压信号输入；
 开关量输入：共 8 路， 4 路为高电平有效，4 路为低电平有效；
 PWM 输入：共 3 路，均可检测周期和占空比，检测频率范围 5Hz～1kHz，占空比检测范围 5%～95%，同时可支持 0%和 100%，占空比采样精度±5%，检测电压范围 0V～ VIN；
 低边驱动输出：8 路，驱动能力规格有 3.0A 三种；
 PWM 输出：5 路 0～VIN 输出，频率范围 5Hz～1kHz，占空比范围 5%～95%，最大输出电流 0.8A；
 高边驱动输出：2 路 2.5A
7.上位机软件：主要显示内容
 显示单体电压（24节分别显示）
 电池包温度（4个）
 座仓温度1个
 驱动电机温度1个
 剩余电量
 充电状态
 继电器状态
 电池包总电压
 总电流
7. 19寸触屏一体机：CPUI5，8G内存，256G硬盘
六.基本配置
1.VCU快速原型开发系统
2.磷酸铁锂动力电池包（含单个电芯，放电继电器，充电继电器，霍尔电流传感器，维修开关，充放电插口，BMS电池管理系统）
3.19吋触摸一体屏（带上位机，选配Simulink模型开发软件）
4. DC-DC转换器（72V转12V）
5.高压机械式紧急断电开关
6.72V车载充电器:输出电压72V，输出电流5A/10A 可调
7.涡旋式汽车空调电动压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器，高低压管路，高压检测口和压力表，低压检测口和压力表，循环水泵、空调控制面板
8.PTC加热装置
9.驱动电机及驱动器一套（72V电机及驱动器）
10. 密闭环境仓一个
11.热管理主台架一台
12.控制及检测台架一台

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