某型号电动汽车电机驱动器冷却系统研究【字数：13907】
摘 要随着这个时代的进步，节能环保更被大家所接受，越来越多的人们开始关注和推崇电动汽车。对于电动汽车而言最重要的就是电机驱动器，在电机运行过程中如果温度过高，那么电机将会受损，同时引起电动汽车的损坏。解决这问题最关键的是对电机驱动器进行冷却，所以电机驱动器的散热性能特别重要。本文主要对电动汽车风冷系统方面做了研讨，提出了一种新型的电动汽车电机驱动器IGBT用风冷散热器构造形式，对IGBT热源以及风冷散热器建设了仿真模型，通过理论的预算估计得出在额定工况下IGBT结点温度，从而运用流体仿真软件ANSYS Workbench模块导入IGBT的热源条件，模拟了散热系统，对散热器的温度场进行热仿真分析，验证了该新型风冷散热器能够满足IGBT正常工作的热设计要求。利用ANSYS软件对IGBT风冷散热器进行仿真分析，可以明显的看出空气的流动状态和散热器温度场的剖析，得出结论风冷驱动器与环境温度有着很大的联系，当环境温度从20摄氏度增加到45摄氏度的时候整体温度也相应上升大约25摄氏度。
目录
1绪论 1
1.1研究背景 1
1.2电动汽车的国内外发展现状 1
1.3国内外电动汽车电机冷却系统方案 2
1.3.1国外电动汽车冷却系统的方案 2
1.3.2国内电动汽车冷却系统方案 3
2风冷电机的损耗与分析 4
2.1纯电动汽车功率转换器的结构和工作原理 4
2.2 IGBT功率模块 6
2.3 IGBT的热损耗 7
3纯电动汽车的冷却系统分析 8
3.1热分析基础 8
3.2主要的传热方式 10
3.3电动汽车功率变换器冷却系统的散热概述 11
4冷却系统冷却部件选型设计 12
4.1电动汽车驱动器发热对该车的影响 12
4.2散热器的选择 13
4.3风扇的选择 15
4.4管路材料的选择 15
5电动汽车风冷系统的温度场分析 16
5.1ANSYS软件的介绍 16
5.2仿真模型 16
5.2.1仿真思路介绍 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
5.2.2建立模型 16
5.2.3网格划分 21 5.3温度场的计算 22
5.4结果分析 25
结语 26
参考文献 27
致谢 29
绪论
1.1研究背景
随着当前经济以及时代的不断进步，内燃机汽车的生产发明给人们的生活带来了很大的方便，汽车行业已经成为了国家的重要产业。但是随着汽车数量的增多，环境污染以及能源稀缺成为了重要的问题。
汽车尾气中含有许多种有差异的化合物，氮氧化物和硫化物等都会造成温室效应，并且加剧这个效应还会破坏臭氧层。汽车排出的二氧化碳，一氧化碳，颗粒物等还会造成污染空气，从而危害人们和生物的危害。在当前社会，汽车尾气污染问题已经成为最主要的污染起源，随着人们对环境质量的要求提高，减排也成为一个热点，大家都采取各种方法减排从而保护环境[1]。
汽车煤油的消耗量也每一年增加，煤油资源快速枯竭。21世纪，石油价格的上涨也对经济的发展造成了威胁，人们正面临石油资源危机，所以现在汽车产业的发展要向零排放趋势发展。
汽车数目的增添也致使了交通事故的增添，汽车车祸是世界上最大的公害。道路交通事故的主要因素是人、车、交通环境等，所以为了处理交通事故，必须要综合好多方面思索，好比改善交通环境和车辆的安全性方面。
为了解决以上这些问题，纯电动汽车的问世受到寰球人民的关注。电动汽车具备噪声低、零排放等长处，它在行驶过程中几乎不会产生污染，做到了真正意义上的零排放。
2000年北京航空航天大学可靠性工程研究所的于慈媛院士[2]对电子器件的热分析和热设计进行了初步钻研以及剖析，提出导致电子元器件温度回升的缘由有：电子元器件如果很复杂，而且越来越小型化，那么热量就会集中，严重的话会危害电子元器件使用寿命。同时，清华大学工程机械力学系的张伟院士[3]从能量方程的角度看问题，发现了空气流动的存在可以增强换热，然而也可能没有根本影响，所以我们要研究出如何科学的控制冷却系统的方法。综上所述，采纳仿真软件进行热仿真剖析研讨能够为冷却系统的设计提供基本的根据。
1.2电动汽车的发展现状
20世纪的石油危机让电动汽车重新复活，世界各国的汽车厂商起头研制各种电动汽车。日本是最早开端着力于开展电动汽车的国度之一，因为日本资源匮乏，油价高，人口密度大但是工业技术发达，它非常重视电动机车的研发，特别是在混合动力车型方面是寰球的抢先位置。美国政府在2009年经济危机这一大环境下，仍然支持推动新能能源项目。欧洲各国为了撑持新能源汽车计划，建立了欧洲电动汽车协会，而且获得了当局的大力撑持。我国在80年代初开始钻研电动汽车，后来的“863”和“793” 项目使得我国开辟了良多电动汽车的专利。2015年，国家财政部等明确提出未来电动汽车应用补助政策，建立健全监督体系，促进新能源汽车产业快速发展 [4]。
1.3国内外电动汽车的冷却系统
电动汽车的冷却系统是整个汽车较为重要的一部分，一方面它可以使得能源系统以及各个零部件任务环境温度处于一个适宜的值，避免由于温度过高而毁坏其功用；另一方面，冷却系统掌握着全部电动汽车的能量。对于电动汽车而言，没有发动机的残余热量能够运用，电池系统需要采纳电加热器去辅佐加热。由于没有发动机，电子水泵同时会耗费整车的局部电能，继而来影响该车的续驶里程[10]。
所以，电动汽车的冷却系统需要正当构造，保障电动汽车的热功用，最大程度上缩小能量的耗费，对电动汽车而言意义重大。
我们必须要更多地思索能量角度，通过运用电机的余热、电机和电池温度管制等最大可能地优化系统的热性能以及能量方面的利用。由于不单要思索到系统的能量耗费还有冷却系统的完成功能方面，这样就使得系统的复杂程度更高，需要经过许多三通阀以及四通阀来实现，管制程度也会变得复杂，对冷却系统的要求也就更高。
1.3.1国外电动汽车冷却系统的方案
国外的电动汽车冷却系统方案采取的是通过电机达到预热以及分级冷却，充分运用电机的余热。方案一必须要预热以及冷却驱动器，电机三通阀在这时等于一个节温器的作用当启动电机的时候，电机的温度比较低，冷却液通过水泵、电机，三通阀之后再回到水泵实现循环。伴随着冷却液温度的回升，冷却液颠末散热器前往水泵。当电池的温度在三十五摄氏度以上时，经由制冷机冷却电池[11]。
当电动汽车正在充电时，假设高压电池的回路冷却液温度低于十摄氏度的时候，经过运用加热器来加热电池。在驾驶过程中，假定电池电路冷却液温度远远低于电机冷却液温度，于是乎电池三通阀准许电机回路里面的冷却液进入电池循环水路来进一步加热电池。这项功用的设计需要考虑到避免电机冷却液在高温形态时依然流入高压电池回路，这或许会促使电池的损坏，甚至能够热失控[12]。
目录
1绪论 1
1.1研究背景 1
1.2电动汽车的国内外发展现状 1
1.3国内外电动汽车电机冷却系统方案 2
1.3.1国外电动汽车冷却系统的方案 2
1.3.2国内电动汽车冷却系统方案 3
2风冷电机的损耗与分析 4
2.1纯电动汽车功率转换器的结构和工作原理 4
2.2 IGBT功率模块 6
2.3 IGBT的热损耗 7
3纯电动汽车的冷却系统分析 8
3.1热分析基础 8
3.2主要的传热方式 10
3.3电动汽车功率变换器冷却系统的散热概述 11
4冷却系统冷却部件选型设计 12
4.1电动汽车驱动器发热对该车的影响 12
4.2散热器的选择 13
4.3风扇的选择 15
4.4管路材料的选择 15
5电动汽车风冷系统的温度场分析 16
5.1ANSYS软件的介绍 16
5.2仿真模型 16
5.2.1仿真思路介绍 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
5.2.2建立模型 16
5.2.3网格划分 21 5.3温度场的计算 22
5.4结果分析 25
结语 26
参考文献 27
致谢 29
绪论
1.1研究背景
随着当前经济以及时代的不断进步，内燃机汽车的生产发明给人们的生活带来了很大的方便，汽车行业已经成为了国家的重要产业。但是随着汽车数量的增多，环境污染以及能源稀缺成为了重要的问题。
汽车尾气中含有许多种有差异的化合物，氮氧化物和硫化物等都会造成温室效应，并且加剧这个效应还会破坏臭氧层。汽车排出的二氧化碳，一氧化碳，颗粒物等还会造成污染空气，从而危害人们和生物的危害。在当前社会，汽车尾气污染问题已经成为最主要的污染起源，随着人们对环境质量的要求提高，减排也成为一个热点，大家都采取各种方法减排从而保护环境[1]。
汽车煤油的消耗量也每一年增加，煤油资源快速枯竭。21世纪，石油价格的上涨也对经济的发展造成了威胁，人们正面临石油资源危机，所以现在汽车产业的发展要向零排放趋势发展。
汽车数目的增添也致使了交通事故的增添，汽车车祸是世界上最大的公害。道路交通事故的主要因素是人、车、交通环境等，所以为了处理交通事故，必须要综合好多方面思索，好比改善交通环境和车辆的安全性方面。
为了解决以上这些问题，纯电动汽车的问世受到寰球人民的关注。电动汽车具备噪声低、零排放等长处，它在行驶过程中几乎不会产生污染，做到了真正意义上的零排放。
2000年北京航空航天大学可靠性工程研究所的于慈媛院士[2]对电子器件的热分析和热设计进行了初步钻研以及剖析，提出导致电子元器件温度回升的缘由有：电子元器件如果很复杂，而且越来越小型化，那么热量就会集中，严重的话会危害电子元器件使用寿命。同时，清华大学工程机械力学系的张伟院士[3]从能量方程的角度看问题，发现了空气流动的存在可以增强换热，然而也可能没有根本影响，所以我们要研究出如何科学的控制冷却系统的方法。综上所述，采纳仿真软件进行热仿真剖析研讨能够为冷却系统的设计提供基本的根据。
1.2电动汽车的发展现状
20世纪的石油危机让电动汽车重新复活，世界各国的汽车厂商起头研制各种电动汽车。日本是最早开端着力于开展电动汽车的国度之一，因为日本资源匮乏，油价高，人口密度大但是工业技术发达，它非常重视电动机车的研发，特别是在混合动力车型方面是寰球的抢先位置。美国政府在2009年经济危机这一大环境下，仍然支持推动新能能源项目。欧洲各国为了撑持新能源汽车计划，建立了欧洲电动汽车协会，而且获得了当局的大力撑持。我国在80年代初开始钻研电动汽车，后来的“863”和“793” 项目使得我国开辟了良多电动汽车的专利。2015年，国家财政部等明确提出未来电动汽车应用补助政策，建立健全监督体系，促进新能源汽车产业快速发展 [4]。
1.3国内外电动汽车的冷却系统
电动汽车的冷却系统是整个汽车较为重要的一部分，一方面它可以使得能源系统以及各个零部件任务环境温度处于一个适宜的值，避免由于温度过高而毁坏其功用；另一方面，冷却系统掌握着全部电动汽车的能量。对于电动汽车而言，没有发动机的残余热量能够运用，电池系统需要采纳电加热器去辅佐加热。由于没有发动机，电子水泵同时会耗费整车的局部电能，继而来影响该车的续驶里程[10]。
所以，电动汽车的冷却系统需要正当构造，保障电动汽车的热功用，最大程度上缩小能量的耗费，对电动汽车而言意义重大。
我们必须要更多地思索能量角度，通过运用电机的余热、电机和电池温度管制等最大可能地优化系统的热性能以及能量方面的利用。由于不单要思索到系统的能量耗费还有冷却系统的完成功能方面，这样就使得系统的复杂程度更高，需要经过许多三通阀以及四通阀来实现，管制程度也会变得复杂，对冷却系统的要求也就更高。
1.3.1国外电动汽车冷却系统的方案
国外的电动汽车冷却系统方案采取的是通过电机达到预热以及分级冷却，充分运用电机的余热。方案一必须要预热以及冷却驱动器，电机三通阀在这时等于一个节温器的作用当启动电机的时候，电机的温度比较低，冷却液通过水泵、电机，三通阀之后再回到水泵实现循环。伴随着冷却液温度的回升，冷却液颠末散热器前往水泵。当电池的温度在三十五摄氏度以上时，经由制冷机冷却电池[11]。
当电动汽车正在充电时，假设高压电池的回路冷却液温度低于十摄氏度的时候，经过运用加热器来加热电池。在驾驶过程中，假定电池电路冷却液温度远远低于电机冷却液温度，于是乎电池三通阀准许电机回路里面的冷却液进入电池循环水路来进一步加热电池。这项功用的设计需要考虑到避免电机冷却液在高温形态时依然流入高压电池回路，这或许会促使电池的损坏，甚至能够热失控[12]。
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