純電動(dòng)汽車電機(jī)控制器散熱器熱優(yōu)化研究

【摘要】：電機(jī)控制器作為純電動(dòng)汽車三大核心技術(shù)之一,與電機(jī)構(gòu)成了純電動(dòng)汽車的“心臟”,而電機(jī)控制器的散熱設(shè)計(jì)對(duì)其市場(chǎng)推廣,穩(wěn)定高效運(yùn)行都至關(guān)重要。以前的大量研究對(duì)于控制器的散熱器設(shè)計(jì)大多基于經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn),設(shè)計(jì)流程往往是設(shè)計(jì)、加工、試驗(yàn)、修改、再加工、再試驗(yàn),如此反復(fù)迭代直到滿足散熱要求,大量的消耗人力和財(cái)力,而本文的工作是運(yùn)用三維建模軟件UG和有限元分析工具ANSYS,將散熱器的設(shè)計(jì)運(yùn)用參數(shù)化工具對(duì)其參數(shù)化建模,而后運(yùn)用流體動(dòng)力學(xué)軟件進(jìn)行仿真、對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了試驗(yàn),驗(yàn)證了仿真的正確性。再運(yùn)用參數(shù)化優(yōu)化工具對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,最終在達(dá)到滿足散熱的同時(shí),減少散熱器質(zhì)量,達(dá)到高效散熱和輕量化的要求。本文針對(duì)電動(dòng)汽車電機(jī)控制器的工作特性,綜述了電動(dòng)汽車的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,闡述了熱分析的基本理論以及熱研究方法。在此基礎(chǔ)上建立了控制器的三維散熱模型,并且結(jié)合控制器生熱模型和散熱模型,依據(jù)其工作環(huán)境確認(rèn)了仿真熱邊界條件,對(duì)設(shè)計(jì)的電機(jī)控制器散熱器進(jìn)行了加工、散熱風(fēng)扇的選型、負(fù)載試驗(yàn),并在綜合考慮熱傳導(dǎo),熱對(duì)流傳熱方式下運(yùn)用電子散熱軟件Icepak對(duì)其進(jìn)行了流體動(dòng)力學(xué)仿真。根據(jù)試驗(yàn)和仿真數(shù)據(jù)對(duì)比,得到了仿真能較好的模擬出電機(jī)控制器在工作情況下的升溫散熱情況。最后運(yùn)用ANSYS優(yōu)化模塊,對(duì)散熱器翅片的長(zhǎng)寬,翅片間的間距,風(fēng)扇與散熱器的間距等尺寸和位置參數(shù)進(jìn)行了參數(shù)化優(yōu)化,通過多目標(biāo)優(yōu)化算法,反復(fù)迭代,最終得到散熱器在滿足散熱的前提下達(dá)到了質(zhì)量最小,溫度最低,完整的建立了電動(dòng)汽車電機(jī)控制器(風(fēng)冷)散熱器設(shè)計(jì)優(yōu)化流程。 【關(guān)鍵詞】：純電動(dòng)汽車 電機(jī)控制器 IGBT HEATSINK優(yōu)化 仿真與試驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U469.72
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-16
• 1.1 電機(jī)控制器熱管理的研究意義8-9
• 1.2 電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀與概述9-12
• 1.2.1 電動(dòng)汽車的分類9
• 1.2.2 電動(dòng)汽車國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀概述9-12
• 1.3 散熱器研究現(xiàn)狀方法12
• 1.4 溫度場(chǎng)的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.5 研究的主要目標(biāo)、擬解決的關(guān)鍵問題、內(nèi)容、技術(shù)路線13-16
• 1.5.1 研究目標(biāo)13
• 1.5.2 擬解決的關(guān)鍵問題13-14
• 1.5.3 研究?jī)?nèi)容14
• 1.5.4 研究方法技術(shù)路線14-16
• 2 流體動(dòng)力學(xué)CFD理論和傳熱學(xué)基礎(chǔ)16-28
• 2.1 計(jì)算流體力學(xué)簡(jiǎn)介16-17
• 2.1.1 計(jì)算流體力學(xué)16-17
• 2.1.2 計(jì)算流體力學(xué)的計(jì)算步驟17
• 2.2 流體動(dòng)力學(xué)CFD控制方程17-24
• 2.2.1 流體動(dòng)力學(xué)CFD中的質(zhì)量守恒方程17-18
• 2.2.2 流體動(dòng)力學(xué)CFD中的動(dòng)量守恒方程18
• 2.2.3 流體動(dòng)力學(xué)CFD中的能量守恒方程18-19
• 2.2.4 流體動(dòng)力學(xué)N-S方程19
• 2.2.5 湍流模型19-22
• 2.2.6 常用流體動(dòng)力學(xué)軟件22-24
• 2.3 傳熱學(xué)基礎(chǔ)24-26
• 2.4 本章小結(jié)26-28
• 3 功率模塊IGBT分析28-36
• 3.1 功率模塊IGBT簡(jiǎn)介28-29
• 3.2 功率模塊IGBT開通過程29-30
• 3.3 功率模塊IGBT模組損耗30-33
• 3.3.1 功率模塊IGBT耗散30-32
• 3.3.2 功率模塊二極管損耗32-33
• 3.4 功率模塊IGBT熱阻模型33-35
• 3.5 本章小結(jié)35-36
• 4 電機(jī)控制器散熱器的仿真與試驗(yàn)36-48
• 4.1 電機(jī)控制器耦合模型簡(jiǎn)介36-37
• 4.2 試驗(yàn)與仿真風(fēng)扇37-41
• 4.3 散熱器的模擬仿真41-43
• 4.4 散熱器的試驗(yàn)驗(yàn)證43-46
• 4.5 本章小結(jié)46-48
• 5 電機(jī)控制器散熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)48-66
• 5.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念和評(píng)價(jià)48-49
• 5.1.1 設(shè)計(jì)變量48
• 5.1.2 約束條件48-49
• 5.1.3 目標(biāo)函數(shù)49
• 5.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的分類49-50
• 5.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的評(píng)判指標(biāo)50-51
• 5.4 優(yōu)化模塊Ansys Design Xplorer簡(jiǎn)介51-54
• 5.5 散熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)54-64
• 5.5.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)DOE（Design of Experiment）54-55
• 5.5.2 基于Workbench的響應(yīng)面擬合55-57
• 5.5.3 基于Workbench-DOE的多變量?jī)?yōu)化57-64
• 5.6 本章小結(jié)64-66
• 6 總結(jié)與展望66-68
• 致謝68-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的研究成果74

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