電動汽車動力控制器集成化殼體的熱仿真研究

蘇志軍

摘 要：作為一種環保清潔能源汽車，電動汽車在市場上的受歡迎度越來越高，但其動力控制器在使用的過程，可能會面臨集成化殼體散熱問題。基于此，需要對其進行熱仿真試驗，以觀察其在散熱性上是否滿足標準要求。本文集中研究了電動汽車動力控制器集成化殼體的熱仿真試驗方式，以期可以為更多電動汽車開發人員，能更高效地開展電動汽車裝置保護與維修工作提供借鑒參考。

關鍵詞：電動汽車；動力控制器；集成化殼體；熱仿真試驗

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.024

0 引言

按照環保和可持續發展需要，開發新能源電動汽車已成為市場發展大趨勢。但由于電動汽車動力控制器元器件的集成度過高，導致其單位體積內的耗熱量很大，必須要及時進行散熱以免出現損壞問題。一般來說，電動汽車動力控制器的散熱裝置被安裝于其集成化殼體位置。因此在散熱裝置投入使用前，需要先對集成化殼體進行熱仿真試驗，保證具備足夠的散熱能力，這可以使散熱裝置在安裝后，能夠與其相互配合共同降低動力控制器中的熱量。

1 確定熱仿真輸入條件

在對電動汽車動力控制器集成化殼體進行熱仿真操作時，第一步需要確定其輸入條件，這一點可以從以下幾方面入手：（1）首先是要將殼體與計算機進行連接，通過輔助建模仿真計算的方式，依照流體力學理論來使熱仿真現象轉變為數學模型。接著就可以利用CFD熱仿真計算軟件開展分析工作，分析時要對建立的數學模型進行簡化，使其只保留ICBT模塊、水冷散熱器及DC/DC模塊功率器的主要部分。并對ICBT模塊冷卻水道的2個進出水口進行重新布置，使其達到前后平行，并利用模塊銅基板上的針腳作為進出水口，使其發揮出熱交換效果；（2）其次，操作人員還要利用CFD熱仿真計算軟件分析DC/DC模塊、ICBT模塊器件的穩態和瞬態，這需要將兩個模塊的器件進行相反布置，并在兩者中間布置一條水道以達到兩面散熱效果。然后依照車輛的冷卻工況要求、冷卻水泵的技術規格與水嘴直徑來調整冷卻水流量，一般情況下其流量被設計為0.0002立方米/秒，進水口水溫在55攝氏度左右。水泵應采用ADC12型號的壓鑄鋁為制作材料，設置其熱損耗值位于800-900瓦區間之內，導熱系數控制在96瓦左右[1]。

2 得出穩定熱仿真結果

在對電動汽車動力控制器集成化殼體進行熱仿真操作時，按照不同的進水口額定量，會顯示出不同的穩定熱仿真結果，具體介紹如下：（1）當進水口額定量控制在0.0002立方米/秒時，保證其熱損耗值位于800-900瓦區間之內、入水口溫度在55攝氏度、平均靜壓為102.9千帕，則熱仿真試驗結果顯示其出水口溫度為56.1攝氏度，平均靜壓為101.3千帕，兩者溫差為1.1攝氏度、靜壓差為1.6千帕，能夠滿足電動汽車動力控制器，對集成化殼體熱仿真設計的標準要求；（2）當進水口額定量控制在0.0001立方米/秒時，保證其熱損耗值位于800-900瓦區間之內、入水口溫度在55攝氏度、平均靜壓為101.7千帕，則熱仿真試驗結果顯示其出水口溫度為57.1攝氏度，平均靜壓為101.3千帕，兩者溫差為2.1攝氏度、靜壓差為0.4千帕，能夠滿足電動汽車動力控制器，對集成化殼體熱仿真設計的標準要求；（3）當進水口額定量控制在0.0003立方米/秒時，保證其熱損耗值位于800-900瓦區間之內，入水口溫度在55攝氏度、平均靜壓為104.9千帕，則熱仿真試驗結果顯示其出水口溫度為55.7攝氏度，平均靜壓為101.3千帕，兩者溫差為0.7攝氏度、靜壓差為3.6千帕，能夠滿足電動汽車動力控制器，對集成化殼體熱仿真設計的標準要求。

3 得出過載熱仿真結果

在對電動汽車動力控制器集成化殼體進行熱仿真操作時，還有可能因瞬間水流量變化，而導致熱仿真試驗結果出現過載現象，這一點按照不同進水口流量有著以下表現：

（1）當進水口額定量控制在0.0002立方米/秒時，熱損耗值超過900瓦，入口處平均水溫為55攝氏度、平均靜壓為102.9千帕。持續30秒后，則熱仿真試驗結果顯示其出水口溫度為57.7攝氏度，平均靜壓為101.3千帕，兩者溫差為2.7攝氏度、靜壓差為1.6千帕，能夠滿足電動汽車動力控制器，對集成化殼體熱仿真設計的標準要求；（2）當進水口額定量控制在0.0001立方米/秒時，熱損耗值超過900瓦，入口處平均水溫為55攝氏度、平均靜壓為101.7千帕。持續30秒后，則熱仿真試驗結果顯示其出水口溫度為60.2攝氏度，平均靜壓為101.3千帕，兩者溫差為5.2攝氏度、靜壓差為0.4千帕，進出口之間的溫差過高，在極端工況的情況下，需要考慮溫度和過載時間而避免讓系統在此時工作；（3）當進水口額定量控制在0.0003立方米/秒時，熱損耗值超過900瓦，入口處平均水溫為55攝氏度、平均靜壓為104.9千帕。持續30秒后，則熱仿真試驗結果顯示其出水口溫度為60.7攝氏度，平均靜壓為101.3千帕，兩者溫差為5.7攝氏度、靜壓差為3.6千帕，進出口之間的溫差過高，在極端工況的情況下，需要考慮溫度和過載時間而避免讓系統在此時工作[2]。

4 總結

綜上所述，本文集中研究了電動汽車動力控制器集成化殼體的熱仿真試驗方式，認為可以通過確定熱仿真輸入條件、得出穩定熱仿真結果、得出過載熱仿真結果等試驗方式，來充分檢驗集成化殼體能否滿足電動汽車動力控制器的散熱標準。希望本文的研究可以為更多電動汽車開發人員取得技術進步奠定基礎，以促進其工作質量實現跨越式提升。

參考文獻：

[1]李薈卿.純電動汽車電機控制器水冷散熱特性研究[D].合肥工業大學，2016.

[2]吳宗宏，李剛俊，曾波.電動汽車動力控制器集成化殼體的熱仿真分析[J].成都工業學院學報，2017，20（04）：47-51.