纯电动汽车电机控制器散热器热优化研究

【摘要】：电机控制器作为纯电动汽车三大核心技术之一,与电机构成了纯电动汽车的“心脏”,而电机控制器的散热设计对其市场推广,稳定高效运行都至关重要。以前的大量研究对于控制器的散热器设计大多基于经验和试验,设计流程往往是设计、加工、试验、修改、再加工、再试验,如此反复迭代直到满足散热要求,大量的消耗人力和财力,而本文的工作是运用三维建模软件UG和有限元分析工具ANSYS,将散热器的设计运用参数化工具对其参数化建模,而后运用流体动力学软件进行仿真、对设计进行了试验,验证了仿真的正确性。再运用参数化优化工具对其结构进行了优化,最终在达到满足散热的同时,减少散热器质量,达到高效散热和轻量化的要求。本文针对电动汽车电机控制器的工作特性,综述了电动汽车的国内外研究现状,阐述了热分析的基本理论以及热研究方法。在此基础上建立了控制器的三维散热模型,并且结合控制器生热模型和散热模型,依据其工作环境确认了仿真热边界条件,对设计的电机控制器散热器进行了加工、散热风扇的选型、负载试验,并在综合考虑热传导,热对流传热方式下运用电子散热软件Icepak对其进行了流体动力学仿真。根据试验和仿真数据对比,得到了仿真能较好的模拟出电机控制器在工作情况下的升温散热情况。最后运用ANSYS优化模块,对散热器翅片的长宽,翅片间的间距,风扇与散热器的间距等尺寸和位置参数进行了参数化优化,通过多目标优化算法,反复迭代,最终得到散热器在满足散热的前提下达到了质量最小,温度最低,完整的建立了电动汽车电机控制器(风冷)散热器设计优化流程。 【关键词】：纯电动汽车 电机控制器 IGBT HEATSINK优化 仿真与试验
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 电机控制器热管理的研究意义8-9
• 1.2 电动汽车发展现状与概述9-12
• 1.2.1 电动汽车的分类9
• 1.2.2 电动汽车国内外发展现状概述9-12
• 1.3 散热器研究现状方法12
• 1.4 温度场的研究现状12-13
• 1.5 研究的主要目标、拟解决的关键问题、内容、技术路线13-16
• 1.5.1 研究目标13
• 1.5.2 拟解决的关键问题13-14
• 1.5.3 研究内容14
• 1.5.4 研究方法技术路线14-16
• 2 流体动力学CFD理论和传热学基础16-28
• 2.1 计算流体力学简介16-17
• 2.1.1 计算流体力学16-17
• 2.1.2 计算流体力学的计算步骤17
• 2.2 流体动力学CFD控制方程17-24
• 2.2.1 流体动力学CFD中的质量守恒方程17-18
• 2.2.2 流体动力学CFD中的动量守恒方程18
• 2.2.3 流体动力学CFD中的能量守恒方程18-19
• 2.2.4 流体动力学N-S方程19
• 2.2.5 湍流模型19-22
• 2.2.6 常用流体动力学软件22-24
• 2.3 传热学基础24-26
• 2.4 本章小结26-28
• 3 功率模块IGBT分析28-36
• 3.1 功率模块IGBT简介28-29
• 3.2 功率模块IGBT开通过程29-30
• 3.3 功率模块IGBT模组损耗30-33
• 3.3.1 功率模块IGBT耗散30-32
• 3.3.2 功率模块二极管损耗32-33
• 3.4 功率模块IGBT热阻模型33-35
• 3.5 本章小结35-36
• 4 电机控制器散热器的仿真与试验36-48
• 4.1 电机控制器耦合模型简介36-37
• 4.2 试验与仿真风扇37-41
• 4.3 散热器的模拟仿真41-43
• 4.4 散热器的试验验证43-46
• 4.5 本章小结46-48
• 5 电机控制器散热器的优化设计48-66
• 5.1 优化设计的基本概念和评价48-49
• 5.1.1 设计变量48
• 5.1.2 约束条件48-49
• 5.1.3 目标函数49
• 5.2 优化设计方法的分类49-50
• 5.3 优化设计方法的评判指标50-51
• 5.4 优化模块Ansys Design Xplorer简介51-54
• 5.5 散热器优化设计54-64
• 5.5.1 试验设计DOE（Design of Experiment）54-55
• 5.5.2 基于Workbench的响应面拟合55-57
• 5.5.3 基于Workbench-DOE的多变量优化57-64
• 5.6 本章小结64-66
• 6 总结与展望66-68
• 致谢68-70
• 参考文献70-74
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果74

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