Modelado y Control de un Sistema de Gestión Térmica de Múltiples Intercambiadores de Calor para Vehículos Convencionales y Eléctricos Híbridos
Autores: Syed, Zaker A.; Wagner, John R.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Modelado y Control de un Sistema de Gestión Térmica de Múltiples Intercambiadores de Calor para Vehículos Convencionales y Eléctricos Híbridos
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Sistema de tren motriz
Sistema de gestión térmica
Radiador
Sistema de refrigeración
Velocidad del conjunto de ventiladores
Controlador Stateflow
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
El tren motriz en vehículos de combustión y eléctricos requiere un sistema de gestión térmica para regular la temperatura de funcionamiento de los componentes bajo el capó. La introducción de actuadores de sistemas de refrigeración controlados por computadora (por ejemplo, ventiladores de velocidad variable, bomba y válvulas) permite ahorros de energía durante los ciclos de conducción. El radiador generalmente se dimensiona para la máxima eliminación de calor según las condiciones ambientales y de carga térmica del vehículo. Este documento explora el uso de múltiples radiadores para adaptar las operaciones del sistema de refrigeración a las demandas de conducción. Se presenta un modelo térmico no lineal de múltiples entradas (es decir, velocidad del arreglo de ventiladores, bomba y posiciones de válvulas de salida) para predecir el comportamiento del sistema. Se ha diseñado e implementado un controlador de flujo de estado para mantener la temperatura del componente dentro de un rango deseado (~80 grados C). Se han realizado una serie de pruebas experimentales para comparar el rendimiento de la arquitectura propuesta con respecto a un diseño de radiador único. Se implementó un ciclo de conducción estándar que presenta cargas térmicas bajas (20 kW) y altas (40 kW) en el laboratorio para un vehículo que parte desde el reposo. Se estudiaron el seguimiento de la temperatura del refrigerante, las velocidades de los ventiladores y el consumo de energía de los ventiladores durante el ciclo de operación representativo. Los resultados de las pruebas muestran un tiempo de calentamiento mucho más rápido (~10 min) y un seguimiento de temperatura para la prueba experimental del radiador doble en comparación con el radiador único (~13 min). El consumo neto de energía de los ventiladores se redujo en un 4.6% con el radiador doble en comparación con la configuración de radiador único. Teniendo en cuenta que los motores suelen operar en ralentí a cargas medias, estos hallazgos pueden mejorar el rendimiento general del tren motriz.
Descripción
El tren motriz en vehículos de combustión y eléctricos requiere un sistema de gestión térmica para regular la temperatura de funcionamiento de los componentes bajo el capó. La introducción de actuadores de sistemas de refrigeración controlados por computadora (por ejemplo, ventiladores de velocidad variable, bomba y válvulas) permite ahorros de energía durante los ciclos de conducción. El radiador generalmente se dimensiona para la máxima eliminación de calor según las condiciones ambientales y de carga térmica del vehículo. Este documento explora el uso de múltiples radiadores para adaptar las operaciones del sistema de refrigeración a las demandas de conducción. Se presenta un modelo térmico no lineal de múltiples entradas (es decir, velocidad del arreglo de ventiladores, bomba y posiciones de válvulas de salida) para predecir el comportamiento del sistema. Se ha diseñado e implementado un controlador de flujo de estado para mantener la temperatura del componente dentro de un rango deseado (~80 grados C). Se han realizado una serie de pruebas experimentales para comparar el rendimiento de la arquitectura propuesta con respecto a un diseño de radiador único. Se implementó un ciclo de conducción estándar que presenta cargas térmicas bajas (20 kW) y altas (40 kW) en el laboratorio para un vehículo que parte desde el reposo. Se estudiaron el seguimiento de la temperatura del refrigerante, las velocidades de los ventiladores y el consumo de energía de los ventiladores durante el ciclo de operación representativo. Los resultados de las pruebas muestran un tiempo de calentamiento mucho más rápido (~10 min) y un seguimiento de temperatura para la prueba experimental del radiador doble en comparación con el radiador único (~13 min). El consumo neto de energía de los ventiladores se redujo en un 4.6% con el radiador doble en comparación con la configuración de radiador único. Teniendo en cuenta que los motores suelen operar en ralentí a cargas medias, estos hallazgos pueden mejorar el rendimiento general del tren motriz.