摘 要

纯电动汽车上的功率器件IGBT在工作中会产生大量的功率损耗，而这些功率损耗会以热量的形式积累，如果不能及时排出这些热量，会对IGBT造成严重的损害，甚至威胁电动汽车的安全性，因此散热性能良好的散热器就显得愈发不可或缺。

本文先论述了一些相关的基础理论知识，并且介绍了IGBT功率器件的功耗计算方式，为下一步的散热器设计以及优化提供了理论依据。然后提出了三种水冷散热器的方案，并利用三维建模软件CREO建立了这三种散热器的模型，通过热分析软件FLOEFD对三种散热器的模型进行热仿真，比较在同等条件下的散热效果。在比较分析了仿真结果后，发现翅片式散热器的散热效果最好，翅柱式散热器的散热效果次之，S型流道式散热器的散热效果最差。再对翅片式散热器进行优化，从散热片的排列即数量上对其优化设计，发现当散热片数量为12片时散热效果较好且进出口压降不是很高，因此确定这种优化方案为推荐方案。

关键词：纯电动物流车；电机控制器；水冷；热仿真

ABSTRACT

The power device IGBT on the pure electric vehicle will produce a lot of power losses in the work, and these power losses will be accumulated in the form of heat. If the heat can not be discharged in time, it will cause serious damage to IGBT, even threaten the safety of the electric vehicle. So the radiator with good heat dissipation performance is increasingly indispensable.

This paper first discusses some basic theoretical knowledge, and introduces the power consumption calculation of IGBT power devices, which provides a theoretical basis for the next step of radiator design and optimization. Then, three schemes of water-cooled radiators are put forward, and the models of these three radiators are established by Creo. The thermal simulation of the models of the three radiators is carried out by FLOEFD to compare the heat dissipation effect under the same conditions. After comparing and analyzing the simulation results, it is found that the fin radiator has the best cooling effect, the fin column radiator has the second, and the s-channel radiator has the worst cooling effect. Then the fin radiator is optimized from the arrangement of fins, that is, the number of fins. It is found that when the number of fins is 12, the heat dissipation effect is better and the pressure drop between the inlet and outlet is not high. So this scheme is determined as the optimization scheme.

KEYWORDS：Pure electric logistics vehicle; Motor controller；Liquid cooling；Thermal simulation

目录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究目的与意义 1

1.3国内外研究现状 2

1.4文章主要研究内容 3

1.5研究预期目标 3

第二章 散热分析基础 4

2.1传热学基础 4

2.2流体动力学基础 5

2.2.1雷诺数 5

2.2.2控制方程式 5

2.3 电机控制器的热阻与功耗 6

2.3.1 IGBT的热阻 6

2.3.2 IGBT的功率损耗 8

2.4本章小结 9

第三章 散热器设计与仿真 10

3.1水冷散热系统概述 10

3.2仿真参数设定 10

3.2.1基本假设 10

3.2.2模型边界条件参数 11

3.2.3模型材料性质定义 12

3.3散热器三维模型的建立 13

3.3.1叉排翅柱散热器 13

3.3.2翅片式散热器 14

3.3.3 S型流道散热器 15

3.4网格划分 16

3.5仿真结果后处理 17

3.5.1 IGBT温度分析 17

3.5.2 散热器热阻分析 18

3.5.3压降分析 19

3.6本章小结 19

第四章 散热器的优化 20

4.1翅片布置优化 20

4.2仿真结果分析 21

4.3本章小结 23

第五章 总结与展望 24

5.1总结 24

5.2展望 24

致谢 25

参考文献 26

第一章 绪论

1.1研究背景

随着科技社会的高速发展，人们的生活水平也随之不断地提高，在解决了衣食住行的问题后，环保问题又成为了一个新的关注点。在全世界都在呼吁重视排放废气之际，人们的目光就从传统燃油车转到了新能源汽车上。发展新能源汽车是解决温室效应、空气污染的一个有效措施，新能源汽车是新时代国家高度重视的新兴产业，被列为新时代国家优先发展的重点产业。现如今正值国家深化改革和建立现代化工业体系，汽车工业作为制造业发展的龙头尤其重要，为了建立有世界竞争力的汽车产业，必须加快电动汽车的发展。另外，随着城镇化和电商产业的快速发展，物流车势必随着电商发展的趋势而得到广泛应用。如今物流车主要是以电动自行车和电动三轮车为主，这给本就拥挤的城市交通带来了许多问题，因此节能、环保的微型电动汽车就成为城市物流车的首选车型。与传统燃油汽车相比，电动汽车耗能少、成本低、清洁无污染，在缓解交通压力以及减轻空气污染方面效果显著。

纯电动汽车有几大核心技术，其中最为关键的是电动汽车的电机和控制系统，而电机控制器如何有效地散热是是一个重要问题。一般来说，电机控制器体积较小、热流密度大，并且电机控制器内部的功率器件损耗比较大，而这些功率损耗会转化为热量的形式，使控制器温度升高。因此，电机控制器散热器的性能决定了电机控制器的可靠性和寿命。在如今这个信息化社会，计算机的发展给人们带来了极大的便利性，科学研究中尤其如此，在设计散热器时，利用专业的仿真软件来模拟实际工作情况既提高了效率又减少了成本。