车用电机控制器的液体冷却特性研究

发布时间：2020-08-03 13:14

【摘要】：随着电动汽车运行工况增加,电机控制器向着高精度和高功率密度趋势发展,电机控制器中核心元件IGBT由于其过热导致的损坏已成为制约电动汽车发展的关键因素。电机控制器过热会导致控制器中IGBT和FWD等电子元件短路甚至烧结,降低了控制器的使用寿命。电机控制器的失效一部分来自控制器自身的设计与装配,另一部分在于散热器的散热效率与控制器不匹配。然而,散热器的安装方式一般由客户指定,前期需要快速对散热性能与结构强度做出初步评估,留给设计者的时间一般较短。目前,散热器的设计方式主要依靠经验设计,设计周期较长,同时不稳定因数较多。针对于电机控制器的散热研究,现主要集中于结构优化及参数的合理匹配,并未提出一种散热器设计的指导方法。为了弥补散热器设计方法不足,提出一种高效的散热器设计方法,利用已知冷却目标参数,可快速设计出满足要求的液体冷却散热器。通过已知的散热器模型,针对电机控制器的实际运行工况,建立基于CFD的流固耦合传热计算模型进行仿真分析,并利用试验方法验证基于散热器流固耦合传热计算的正确性。通过对模型中叉排柱状翅片结构散热器换热性能与流阻特性的综合分析,分析得到叉排柱状翅片结构散热器具有较好的换热性能,但流阻特性与工艺性能均较差。针对流阻特性与工艺性能特点建立散热器翅片结构的优化模型,并对两种优化模型进行额定、峰值、堵转三种工况下的换热性能与流阻特性仿真,仿真结果表明,优化翅片结构后的散热器具有较好的流阻特性与工艺性能。研究建立了基于该散热器流道压降与冷却温度的散热性能评估方法,通过该方法可以对液冷散热器的散热性能进行综合评估。针对散热器的目标冷却温度、散热器安装位置、冷却介质、进出口边界、热源位置及分布、热源功耗等参数提出一种基于电子元件液体冷却的散热器设计方法,结合CFD软件建立基于该设计方法的流固耦合传热模型,并对比分析,结果表明:仿真计算结果与该设计方法计算结果的相对误差在20%范围以内。紧接着利用ANSYS有限元分析软件综合分析不同翅片结构散热器在不同工况条件下的振动特性及热应力与应变性能,仿真结果表明:翅片结构的优化对振动特性的影响较小,但对散热器的温度应力与应变影响较大。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72

【参考文献】