电动汽车太阳能空调系统的设计与研究

【摘要】：近年来，纯电动汽车已悄然走进人们的视线。与传统汽车一样，车室内也要保持适宜的温度以创造一个舒服的环境，所以给电动汽车安装空调装置是大多数用户的需求，同时，拥有更加舒适的车内环境也能在一定程度上增加了它的市场竞争力。但是纯电动汽车的动力只能靠自身的电池来提供，而且车载电池的容量比较受限，如果再带动空调系统，那么汽车的行驶距离就要被大大缩短，所以设计一套适于在电动汽车上使用的空调系统影响着它的市场认可度。 本篇论文主要设计太阳能电池供电的电动汽车空调系统，针对汽车的可利用面积小和太阳能电池的受光率等问题，为了能充分利用车顶空间，尽量多的安装电池板，故在汽车车顶设计光伏阵列的双层伸缩式支架系统，上层固定，下层可向前伸出，同时能起到为驾驶员遮阳的作用。 在分析汽车周围环境扰量并收集相关气象资料的基础上，根据车体传热机理建立了计算汽车空调冷热负荷的数学模型。利用所得到的计算模型，结合样车车体结构参数，计算得到样车所需的冷热负荷值。通过研究比较各种电动汽车空调制冷制热解决方案优缺点和适宜条件，确定了半导体制冷和PTC陶瓷热电阻制热的实施方案。 太阳能空调系统核心为光伏发电系统，研究分析光伏电池工作的等效电路模型和数学模型，以及电池PN结结温、辐射强度对光伏电池输出特性的影响；在此基础上，建立了一种在MATLAB/SIMUlink模块下，可模拟光照强度、温度的太阳能光伏阵列通用动态仿真模型，可对不同天气情况下的电池输出进行仿真分析。 对于空调的自动控制系统，可分为太阳能充电控制系统和空调控制系统。充电控制系统使用了MPPT最大功率点跟踪策略，使用合理的蓄电池充电和放电策略，既增大了太阳能电池的使用效率，也延长了蓄电池的使用寿命，算法简单。空调控制系统则根据温度传感器输入的信号，与驾驶员设置的目标温度进行比较，对负载输入电压进行调节，从而达到所需温度。整个系统使用了CAN总线通信技术，便于与整车控制系统进行通信。 【关键词】：纯电动汽车空调 太阳能电池 热电阻 空调负荷 自动控制
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.72;U463.851
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 课题背景及意义8-11
• 1.2 国内外电动汽车太阳能空调的研究现状与发展趋势11-13
• 1.3 在电动汽车上运用太阳能技术的可行性13
• 1.4 本课题研究的主要内容13-14
• 第二章 太阳能空调系统结构设计14-22
• 2.1 太阳能空调系统组成14
• 2.2 太阳能阵列的选择及其支架设计14-17
• 2.2.1 电池阵列的选型14
• 2.2.2 电池阵列支架结构设计14-16
• 2.2.3 驱动电机的选择16-17
• 2.3 太阳能空调系统选型17-20
• 2.3.1 热泵型电动汽车空调系统18
• 2.3.2 电驱动压缩机式制冷18-19
• 2.3.3 热电式空调系统19
• 2.3.4 电加热暖风系统19-20
• 2.4 本章小结20-22
• 第三章 空调负荷计算22-38
• 3.1 太阳辐射对空调负荷的影响22-28
• 3.1.1 太阳辐射强度22-24
• 3.1.2 太阳位置的计算24-27
• 3.1.3 设计日逐时气温27
• 3.1.4 综合温度27-28
• 3.2 空调计算参数的确定28-30
• 3.2.1 车室外空气计算参数的确定28-29
• 3.2.2 车室内空气计算参数的确定29-30
• 3.3 汽车车身传热系数的确定30-31
• 3.4 电动汽车空调冷负荷的计算31-37
• 3.4.1 夏季车室得热量的计算32-36
• 3.4.2 夏季空调制冷负荷的计算36-37
• 3.5 电动汽车制热负荷的计算37
• 3.6 本章小结37-38
• 第四章 太阳能空调光伏发电系统研究38-52
• 4.1 光伏电池的基本原理及特性38-42
• 4.1.1 光伏电池的工作原理38-39
• 4.1.2 光伏电池的等效电路39-41
• 4.1.3 光伏电池的输出特性41-42
• 4.2 太阳能空调系统光伏阵列的数学模型42-43
• 4.3 太阳能空调系统光伏阵列的建模和仿真分析43-50
• 4.3.1 MATLAB/SIMUlink 软件简介43-44
• 4.3.2 光伏阵列建模及仿真分析44-50
• 4.4 本章小结50-52
• 第五章 太阳能空调系统控制研究52-62
• 5.1 太阳能充电控制系统的设计52-58
• 5.1.1 系统各功能模块设计53-57
• 5.1.2 系统软件设计57-58
• 5.2 空调控制器设计58-61
• 5.2.1 系统各功能模块设计59-60
• 5.2.2 控制器软件设计60-61
• 5.3 本章小结61-62
• 第六章 结论与展望62-64
• 参考文献64-68
• 致谢68

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