纯电动汽车电机控制器散热器的设计与优化

【摘要】：本文以某公司生产的微型纯电动汽车控制器为研究对象，主要从热力学的角度设计散热器，并从结构上对散热器进行优化，最后设计出符合该控制器散热需求的散热器。 电机控制器中的主要热源为大功率的电力电子器件，例如功率MOSFET管和IGBT模块。文中计算了微型纯电动汽车在爬坡时控制器电流达到最大值时的热损耗，并考虑了温度的升高对热损耗的影响。合理利用热阻等效电路，并经过一定的推导运算得出所需散热器的热阻值。根据计算出来的MOSFET管的功率损耗，合理确定散热器的冷却形式，并分析了控制器散热系统的散热机理和热量传递途径。运用相关理论分析Al和Cu材质散热器在散热效果上的优缺点，并对比了两者在机加工方面的区别，最后确定散热器的使用材质。通过计算得出散热器具体的几何尺寸，初步确定了散热器的外形结构，并对其热阻进行了计算，确定满足散热要求。 在此基础上，运用专业热分析软件ICEPAK，首先对所设计的控制器散热器散热性能进行仿真，并对结果进行了分析，然后再对原有带散热风扇的控制器散热器进行了仿真分析。最后对比两次分析结果，可以确定原有控制器的散热风扇在产品结构具有优化空间。为了进一步确定ICEPAK热分析软件分析结果的正确性和新散热器散热性能的可靠性，又进行了模拟环境的实验室试验和实况环境的室外实验。 通过以上的理论分析和实际实验的验证，最终产品推向了市场，并且产量在逐步上升。此次内容的研究不仅解决了公司现有的控制器散热问题而且为其它型控制器散热器的研究提供了参考。 【关键词】：电动汽车 电机控制器 散热器 热分析 载车实验
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.72;U463.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 微型纯电动汽车电机控制器所涉及的技术及关键元件9-13
• 1.2.1 直流无刷电机动力总成的整体结构9-10
• 1.2.2 微型纯电动汽车上的电机系统10-11
• 1.2.3 电机控制器用功率 MOSFET 管11-13
• 1.3 电机控制器散热器发展概况及研究现状13-17
• 1.3.1 电动汽车散热器的散热方式13-16
• 1.3.2 散热器的国内外研究16-17
• 1.4 本课题的主要研究内容17-18
• 2 微型纯电动车电机控制器的热损耗18-27
• 2.1 微型纯电动车电机控制器简介18-20
• 2.2 电机控制器中功率 MOSFET 开关管损耗的计算依据20
• 2.3 功率 MOSFET 管损耗的具体计算20-24
• 2.3.1 U 组上管损耗计算21-22
• 2.3.2 U 组和 V 组下管损耗计算22-23
• 2.3.3 电机控制器总的热损耗23-24
• 2.4 控制器散热系统的热阻24-26
• 2.4.1 控制器散热系统的热阻等效模型24-25
• 2.4.2 热阻的计算25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 3 控制器散热器设计27-38
• 3.1 电机控制器热量交换与散热原理27-31
• 3.1.1 热传导28-29
• 3.1.2 热对流29-30
• 3.1.3 热辐射30-31
• 3.2 控制器冷却方式的选择31-32
• 3.3 散热器材料的选择32-33
• 3.3.1 散热器材料的选择原则32
• 3.3.2 散热器材料的选择32-33
• 3.4 散热器的设计33-37
• 3.4.1 肋片式散热器34-35
• 3.4.2 散热器各个参数的计算35-37
• 3.5 本章小结37-38
• 4 散热器的热分析与优化38-51
• 4.1 ICEPAK 热分析软件介绍38-41
• 4.1.1 ICEPAK 的基本介绍38-39
• 4.1.2 ICEPAK 的技术特征39-40
• 4.1.3 ICEPAK 的使用方法简介40-41
• 4.2 散热器的热仿真41-47
• 4.2.1 模型的建立41-42
• 4.2.2 边界条件的确定42
• 4.2.3 网格的划分42-44
• 4.2.4 气流的检查和求解计算44-45
• 4.2.5 仿真结果分析45-47
• 4.3 散热器结构的优化47-50
• 4.3.1 强迫风冷散热器结构存在的问题47-48
• 4.3.2 强迫风冷散热器的热仿真48-50
• 4.4 本章小结50-51
• 5 理论设计的实验验证51-61
• 5.1 室内模拟实验51-57
• 5.1.1 测试环境的介绍51-53
• 5.1.2 测试环境的搭建53-54
• 5.1.3 实验结果分析54-57
• 5.2 室外载车实验57-60
• 5.3 本章小结60-61
• 6 结论61-62
• 参考文献62-64
• 攻读硕士期间发表学术论文情况64-65
• 致谢65

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