一、产品简介

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。

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）

Ø VCU热管理原型开发及代码下载验证实验（综合）

Ø 动力电池包热管理仿真编程及下载验证实验

Ø 电机及驱器热管理仿真编程及下载验证实验

Ø 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

Ø 热管理主控台架外形尺寸（mm）：不大于1600*1200*900（长*宽*高）

Ø 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：

Ø 220V交流电，功率不大于500W

Ø 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）

Ø 动力电池包容量： 76.8V50AH（3.8度电）

Ø 充放电循环次数： 2000次

Ø 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：

Ø 排量：     26ml/r

Ø 制冷剂：   R134a

Ø 冷冻油：   RL68H   90ml

Ø 调速范围： 1500-3000rpm

Ø 额定转速： 3500rpm

Ø 运行噪音： 小于65db

Ø 输入电压范围： 60-100VDC

Ø 温控电阻： 4.8千欧

5.PTC加热装置：

Ø 输入电压范围：60-100VDC

Ø 最大功率：    不大于2KW

6.VCU快速原型开发控制器

Ø 系统满足 ISO16750，ISO7637，CISPR25，ISO11452，ISO10605  所规定的电性能及EMC 性能要求；

Ø 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）

Ø 主芯片：32 位的汽车级芯片

Ø 电源具有防反接保护、热停机、短路保护和过电压保护；

Ø 静态功耗：小于 1mA；

Ø 通信接口：1 路专用独立 CAN 通讯接口；

Ø 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，

Ø 1 路 0～VIN 电压信号输入；

Ø 开关量输入：共 8 路， 4 路为高电平有效，4 路为低电平有效；

Ø 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；

Ø 低边驱动输出：8 路，驱动能力规格有 3.0A 三种；

Ø 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；

Ø 高边驱动输出：2 路 2.5A

7.上位机软件：

主要显示内容

Ø 显示单体电压（24节分别显示）

Ø 电池包温度（4个）

Ø 座仓温度1个

Ø 驱动电机温度1个

Ø 剩余电量

Ø 充电状态

Ø 继电器状态

Ø 电池包总电压

Ø 总电流

7. 19吋触屏一体机：CPU为I5，8G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