純電動汽車電機控制器散熱器的設計與優(yōu)化

【摘要】：本文以某公司生產的微型純電動汽車控制器為研究對象，主要從熱力學的角度設計散熱器，并從結構上對散熱器進行優(yōu)化，最后設計出符合該控制器散熱需求的散熱器。 電機控制器中的主要熱源為大功率的電力電子器件，例如功率MOSFET管和IGBT模塊。文中計算了微型純電動汽車在爬坡時控制器電流達到最大值時的熱損耗，并考慮了溫度的升高對熱損耗的影響。合理利用熱阻等效電路，并經過一定的推導運算得出所需散熱器的熱阻值。根據(jù)計算出來的MOSFET管的功率損耗，合理確定散熱器的冷卻形式，并分析了控制器散熱系統(tǒng)的散熱機理和熱量傳遞途徑。運用相關理論分析Al和Cu材質散熱器在散熱效果上的優(yōu)缺點，并對比了兩者在機加工方面的區(qū)別，最后確定散熱器的使用材質。通過計算得出散熱器具體的幾何尺寸，初步確定了散熱器的外形結構，并對其熱阻進行了計算，確定滿足散熱要求。 在此基礎上，運用專業(yè)熱分析軟件ICEPAK，首先對所設計的控制器散熱器散熱性能進行仿真，并對結果進行了分析，然后再對原有帶散熱風扇的控制器散熱器進行了仿真分析。最后對比兩次分析結果，可以確定原有控制器的散熱風扇在產品結構具有優(yōu)化空間。為了進一步確定ICEPAK熱分析軟件分析結果的正確性和新散熱器散熱性能的可靠性，又進行了模擬環(huán)境的實驗室試驗和實況環(huán)境的室外實驗。 通過以上的理論分析和實際實驗的驗證，最終產品推向了市場，并且產量在逐步上升。此次內容的研究不僅解決了公司現(xiàn)有的控制器散熱問題而且為其它型控制器散熱器的研究提供了參考。 【關鍵詞】：電動汽車 電機控制器 散熱器 熱分析 載車實驗
【學位授予單位】：遼寧工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U469.72;U463.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-18
• 1.1 課題研究背景及意義8-9
• 1.2 微型純電動汽車電機控制器所涉及的技術及關鍵元件9-13
• 1.2.1 直流無刷電機動力總成的整體結構9-10
• 1.2.2 微型純電動汽車上的電機系統(tǒng)10-11
• 1.2.3 電機控制器用功率 MOSFET 管11-13
• 1.3 電機控制器散熱器發(fā)展概況及研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3.1 電動汽車散熱器的散熱方式13-16
• 1.3.2 散熱器的國內外研究16-17
• 1.4 本課題的主要研究內容17-18
• 2 微型純電動車電機控制器的熱損耗18-27
• 2.1 微型純電動車電機控制器簡介18-20
• 2.2 電機控制器中功率 MOSFET 開關管損耗的計算依據(jù)20
• 2.3 功率 MOSFET 管損耗的具體計算20-24
• 2.3.1 U 組上管損耗計算21-22
• 2.3.2 U 組和 V 組下管損耗計算22-23
• 2.3.3 電機控制器總的熱損耗23-24
• 2.4 控制器散熱系統(tǒng)的熱阻24-26
• 2.4.1 控制器散熱系統(tǒng)的熱阻等效模型24-25
• 2.4.2 熱阻的計算25-26
• 2.5 本章小結26-27
• 3 控制器散熱器設計27-38
• 3.1 電機控制器熱量交換與散熱原理27-31
• 3.1.1 熱傳導28-29
• 3.1.2 熱對流29-30
• 3.1.3 熱輻射30-31
• 3.2 控制器冷卻方式的選擇31-32
• 3.3 散熱器材料的選擇32-33
• 3.3.1 散熱器材料的選擇原則32
• 3.3.2 散熱器材料的選擇32-33
• 3.4 散熱器的設計33-37
• 3.4.1 肋片式散熱器34-35
• 3.4.2 散熱器各個參數(shù)的計算35-37
• 3.5 本章小結37-38
• 4 散熱器的熱分析與優(yōu)化38-51
• 4.1 ICEPAK 熱分析軟件介紹38-41
• 4.1.1 ICEPAK 的基本介紹38-39
• 4.1.2 ICEPAK 的技術特征39-40
• 4.1.3 ICEPAK 的使用方法簡介40-41
• 4.2 散熱器的熱仿真41-47
• 4.2.1 模型的建立41-42
• 4.2.2 邊界條件的確定42
• 4.2.3 網格的劃分42-44
• 4.2.4 氣流的檢查和求解計算44-45
• 4.2.5 仿真結果分析45-47
• 4.3 散熱器結構的優(yōu)化47-50
• 4.3.1 強迫風冷散熱器結構存在的問題47-48
• 4.3.2 強迫風冷散熱器的熱仿真48-50
• 4.4 本章小結50-51
• 5 理論設計的實驗驗證51-61
• 5.1 室內模擬實驗51-57
• 5.1.1 測試環(huán)境的介紹51-53
• 5.1.2 測試環(huán)境的搭建53-54
• 5.1.3 實驗結果分析54-57
• 5.2 室外載車實驗57-60
• 5.3 本章小結60-61
• 6 結論61-62
• 參考文獻62-64
• 攻讀碩士期間發(fā)表學術論文情況64-65
• 致謝65

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