纯电动汽车电机控制器全域温度场仿真与IGBT结温计算

发布时间：2020-06-11 13:15

【摘要】：电动汽车电机控制器良好的工作性能是整车安全可靠运行的重要保障。IGBT模块、电路板上电子元器件、电容器是控制器的主要功率模块,保证其结温始终在允许的温度范围内对提高控制器的工作性能具有重要意义。本文以纯电动乘用车电机控制器为研究对象,提出一种IGBT用水冷散热器热阻计算方法,并借助专业热分析软件ANSYS Icepak,对控制器全域温度场进行热仿真分析及优化。首先,计算出控制器中发热器件即IGBT模块、电路板上电子元器件和电容器的损耗。分析IGBT模块热量传递的方式,建立热阻等效模型,引用传热学与流体力学基本理论公式,得到IGBT用水冷散热器的热阻计算方法,并由此热阻值直接计算IGBT模块结温。此方法可大大缩短水冷散热器的研发周期,且对IGBT用水冷散热器的选型及设计提供指导。其次,建立IGBT模块、控制板、驱动板和电容器的热仿真模型。根据电动汽车实际运行环境设置仿真边界条件及初始条件,对控制器全域进行流固耦合仿真,并对IGBT模块和电容器的温度场仿真结果进行分析。通过ANSYS Icepak的Zoom-in功能,提取电路板热边界条件,在提取的热边界条件下,对控制板、驱动板进行详细建模仿真。基于温度分布云图与热设计原则,优化电路板上电子元器件的布局。最后,搭建控制器温升试验平台,利用NTC热敏电阻及红外线成像仪对IGBT芯片、电容器和电路板的温度进行监控,将试验结果与计算结果、仿真结果进行对比分析,验证IGBT模块结温计算及控制器全域温度场仿真的准确性。本文通过理论分析、数值模拟与试验验证相结合的方法,对电动汽车电机控制器热仿真与热分析进行了系统的研究,且有效缩短设计研发周期,为控制器的热设计及优化奠定基础。
【图文】：

CO2排放,占比,全球

与意义车发展概述，传统燃油汽车的保有量日益增加，全球能源与环境气候是在发展中国家，这一问题表现得更为突出，能源安全和全世界汽车工业面临的共同挑战。据 BP（英国石油公司） CO2排放总量达到 360 亿吨，图 1.1 为排放量前十的国家界能源统计 2015》显示，截至 2014 年年底，全球已探明以 2014 年的开采速度仅可开采 52.5 年[1]。基于环保性与汽车是国家节能减排和汽车工业能够持续发展的必然选择汽车，目前市场上的电动汽车主要有四种：纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车。纯电动汽车由于不使用任排放”的汽车，被认为是目前世界上最理想的交通工具。究方向。

车辆运行状态,文电,管理协调,阻断电压

图 1. 2 2012 ~ 2016 年中国新能源汽车销量分布g 1.2 New energy vehicle sales distribution of China in 2012 ~ 制器主要功率模块组成器是纯电动汽车控制系统的“中枢”，在汽车行驶过协调[8-9]。主要负责车辆运行控制、车辆运行状态显示、故障诊断和处理等[10]，担任整车的管理协调组件的以下三个部分：块仅具有 MOSFET 的输入阻抗氋、驱动电流小、工作速型功率晶体管的阻断电压高、通过电流大等特点，，在]。IGBT 模块是电机控制器的核心功率器件，也是损耗模块中集成了若干个 IGBT 芯片和 FWD（续流二极管关断时由于压降作用产生损耗。图 1.3 为本文电机控制
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72

【参考文献】