纯电动汽车电机驱动系的冷却系统设计与研究

论文摘要

随着能源的紧缺以及人们对环境保护的诉求,近年来电动汽车得到了迅猛的发展。那么电机作为电动汽车的“心脏”,其性能直接决定了电动汽车的性能。其中一个关键的问题是电机及其控制器的散热。电机在运行过程中产生的热对电机的物理、电气和力学特性有着重要影响,当温度上升到一定程度时,电机的绝缘材料会发生本质上的变化,最终使其失去绝缘能力,另一方面,随着电机温度的升高,电机中的金属构件强度和硬度也会逐渐下降。由电子元器件构成的控制器,同样会由于温度过高而导致电子器件的性能下降,出现不利影响,如过高温度会导致半导体结点、电路损害,增加电阻,甚至烧坏元器件。本文中针对某型电动汽车驱动系统的冷却系统进行了设计和研究。首先,本文对电动汽车的驱动电机以及其控制器散热板,使用UG软件建立了它们的三维模型。在不影响仿真分析精度的前提下,对三维模型进行了简化。将三维模型生成的文件导入Ansys/Fluent软件,设置边界条件,分析了电机壳体以及控制器散热板的温度场。根据它们的温度场分布,对电机冷却水道和控制器散热板中的水道进行了重新优化设计。优化设计后的分析结果表明,电机壳体及其控制器温度有明显降低。经过对电机及控制器散热板的温度场分析之后,对电动汽车的整个冷却系统部件进行了选型设计,包括散热器、水泵、风扇等。选型设计完成之后,对冷却系统布置各种方案进行了对比研究。并建立了整个冷却系统的数学模型,使用Matlab/Simulink软件对冷却系统的进行了特性仿真。通过对整个冷却系统的台架试验数据结果,并与仿真结果对比分析表明,仿真结果满足要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 课题来源
• §1-2 课题研究背景、目的与意义
• §1-3 电动汽车的国内外发展现状
• §1-4 电机驱动系统发热对其性能的影响
• §1-5 电机驱动系统的冷却系统简介
• 1-5-1 电机冷却方式
• 1-5-2 电子元器件的冷却
• §1-6 论文研究的主要内容
• §1-7 本章小结
• 第二章 电机驱动系的冷却方案布置设计
• §2-1 电机的电磁场基本理论
• 2-1-1 电机电磁场的描述
• 2-1-2 电磁感应定律和电磁力定律
• §2-2 电机损耗
• 2-2-1 铁损耗
• 2-2-2 绕组损耗
• 2-2-3 机械损耗
• 2-2-4 杂散损耗
• §2-3 发热分析
• 2-3-1 传热学原理
• §2-4 冷却方案设计研究
• 2-4-1 概述
• 2-4-2 冷却系统设计要求
• 2-4-3 冷却方案设计
• §2-5 本章小结
• 第三章 电机及其控制器冷却水道设计分析
• §3-1 电机冷却系统概述
• §3-2 电机冷却结构设计
• 3-2-1 水槽结构形式
• 3-2-2 两种水槽结构形式的比较和确定
• §3-3 温度场分析基本理论
• 3-3-1 Fluent 概述
• §3-4 控制器及其散热器板的温度场分析
• 3-4-1 几何模型
• 3-4-2 网格划分
• 3-4-3 边界条件
• 3-4-4 计算结果和分析
• §3-5 控制器散热器板的改型设计
• §3-6 改进设计前后对比
• §3-7 电机壳体温度场分析
• 3-7-1 电机壳体模型
• 3-7-2 电机壳体及水道网格划分
• 3-7-3 电机壳体分析的边界条件
• 3-7-4 电机壳体温度场结果分析
• 3-7-5 计算结论
• §3-8 本章小结
• 第四章 冷却部件选型设计
• §4-1 散热器的选型设计
• 4-1-1 汽车散热器简介
• 4-1-2 散热器参数选择
• 4-1-3 散热器空气侧阻力和水侧阻力的计算
• §4-2 水泵的选型设计
• 4-2-1 概述
• 4-2-2 水泵的性能参数
• §4-3 风扇的选型设计
• 4-3-1 概述
• 4-3-2 风扇材料
• 4-3-3 风扇的主要性能参数
• §4-4 管路材料及参数选择
• §4-5 冷却液的选择
• §4-6 本章小结
• 第五章 冷却系统的特性仿真与试验分析
• §5-1 引言
• 5-1-1 仿真软件Matlab/Simulink 简介
• 5-1-2 台架试验
• §5-2 数学模型
• §5-3 仿真结果与试验对比分析
• §5-4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• §6-1 全文总结
• §6-2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果