燃料电池汽车电机冷却模块设计
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本科毕业论文（设计）
燃料电池汽车电机冷却模块设计
Fuel cell vehicle motor cooling module design
学生学号： 4151103060
学生姓名： 廖家俊
专业班级： J车辆1503
指导教师姓名： 胡东海
指导教师职称：
年 月
燃料电池汽车电机冷却模块设计
摘要 目前中国未来汽车工业的发展趋势是朝着新能源领域转变，新能源汽车能够明显改善由于汽车尾气排放而造成严重的空气污染问题。驱动电机是给燃料电池汽车提供动力的唯一来源，驱动电机的性能优劣会对燃料电池汽车的性能起到决定性的作用。目前，新能源汽车的发展，因其绿色环保的概念而得到了各国政府的大力支持，各国纷纷出台新能源汽车相关政策。新能源汽车，主要是以电驱动汽车为核心，电机是电驱动汽车的动力来源，也是驱动系统中发热量较高的部件。因此，高效合理的散热设计，是保证电机可靠运行的必要条件。一般的，传统的散热方式是自然风冷，强制和风冷和强制水冷三种方式，风冷主要是对小功率的电机产品，对大功率的电机，目前广泛采用强制水冷，而冷却水套是主要水冷方式。想要避免因为热量过多而造成电机永磁体退磁的状况出现，并且进一步延长电机和控制器的使用年限与汽车行驶的安全性，时刻将驱动电机和控制系统的温度维持在一个合理范围内是十分重要的。所以，必须科学匹配燃料电池汽车的驱电机冷却系统，尽早研发出一套高效的控制方案会对日后汽车行业的发展起到巨大的推动作用。
此次针对驱动电机与其相应控制的架构与产热散热原理做了深入的分析；运算出了电机与其控制器在何磊工况下的耗能；并且设计出了相匹配的电动循环水泵、散热风扇转速持续可调节的冷却系统。本文研究的核心内容大致包括以下两点：
1、明确了驱动电机与其控制器的架构特征特点与产热原理，重要的热量源头、降温渠道与相关影响因素；依次运算出了电机本体与其控制器在不同工况状态下的产热功率。
2、对电动汽车驱动电机与其控制器的冷却系统的特征与关键结构做了深入分析，制定出一套将电机与控制器串联起来降温的措施，并且挑选并设计了机冷却水道结果的类型与参数；实现了包括冷却系统中散热器、散热风扇与循环水泵等核心零件在内的挑选工作；最终还对相关部件做了严格的审核与运算。
关键词：驱动电机，冷却系统
Fuel cell vehicle motor cooling module design
ABSTRACT At present, the development trend of China's future automobile industry is to change towards the new energy field. New energy vehicles can significantly improve the serious air pollution caused by automobile exhaust emissions.As the only power source of fuel cell vehicle, the reliability of driving motor directly affects the performance of fuel cell vehicle. At present, the development of new energy vehicles, because of its green concept has been strongly supported by the governments of various countries, countries have issued new energy vehicles related policies. New energy vehicles are mainly electric driven vehicles as the core, the motor is the power source of electric driven vehicles, but also the drive system of high heat components. Therefore, efficient and reasonable heat dissipation design is a necessary condition to ensure the reliable operation of the motor. Generally speaking, the traditional cooling methods are natural air cooling, forced air cooling and forced water cooling. Air cooling is mainly used for low-power motor products and high-power motor. Currently, forced water cooling is widely adopted, while cooling water jacket is the main water cooling method.It is necessary to strictly control the temperature of the drive motor and its control system to avoid the occurrence of demagnetization due to too high temperature of the motor permanent magnet and to prevent the service life of the motor and its controller from deteriorating the reliability of the vehicle.
The in-depth analysis of the structure of the drive motor and its corresponding control and the principle of heat production and heat dissipation was carried out; the energy consumption of the motor and its controller under He Lei's working condition was calculated; and the matched electric circulating water pump and heat dissipation were designed. The fan speed continues to be an adjustable cooling system. The core content of this paper includes the following two points:
1. The structural characteristics and heat generation principle of the drive motor and its controller, the important heat source, cooling channel and related influencing factors are clarified. The heat production power of the motor body and its controller under different working conditions is calculated in turn.
2. Analyzed the cooling system characteristics and main layout forms of the drive motor and its controller of electric vehicles, determined the layout scheme of the motor and controller adopting serial cooling, and selected the type of the motor cooling channel and designed the parameters;the selection work including the core parts such as the radiator, the cooling fan and the circulating water pump in the cooling system was realized; finally, the relevant parts were strictly audited and calculated.
Key words: drive motor, cooling system.
目 录
第1章 绪论···············································1
1.1课题研究背景与研究意义········································1
1.2电动汽车驱动电机冷却系统研究现状······························2
1.3 本文研究的核心内容············································2
第 2 章 冷却系统设计以及参数匹配··························4
2.1 冷却系统布置措施··············································4
2.1.1 冷却系统设计要求··········································4
2.1.2 冷却系统布置策略··········································5
2.2 挑选驱动电机冷却水道形式······································5
2.2.1 冷却水道结构设计要求······································5
2.2.2 挑选水道结构类型··········································5
2.2.3 明确水道结构参数··········································7
2.3 系统部件匹配选型·············································10
2.3.1 计算散热器选型···········································11
2.3.2 散热风扇选型·············································13
2.3.3 水泵选型计算·············································14
2.3.4 管道选型计算·············································15
2.4 核对重要部件的性能···········································16
2.4.1 核对循环水泵性能·········································16
2.4.2 核对散热风扇性能·········································16
2.5 本章小结·····················································17
第 3 章 全文总结与工作展望·······························18
3.1 全文总结·····················································18
3.2 全文展望·····················································18
致谢·······························································19
参考文献···························································20
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与研究意义
目前由于能源的短缺与环境质量的日益下降，越来越多的国家将注意力聚焦到了环境污染问题上，当今国际上比较知名的汽车制造国接连针对燃料电池汽车的推广下发制定了相关的法律文件。众所周知，新能源电池汽车的排放物无污染，并且几乎不会产生噪音，在具体的性能方面优势也十分明显，再加上政府的大力支持，国内外中国知名的汽车制造商正向研制新能源车领域转型，这也是未来该行业发展的必然趋势。驱动电机是为燃料电池汽车带来前进驱动力的部件，驱动电机自身的优势与使用年限的长短会对车辆行驶的安全性与高效性起着决定性的作用，在电机很长运作的过程里形成的大量热能假使不能够迅速的散，就会导致电机温度迅速提高，最终致使电机转子内永磁体由于温度太高而无法发挥出正常的效用，进而对驱动电机的性能造成损害，并且会大幅度缩短永磁同步电机的使用年限，让整车的运行成本加大。不仅如此，过高的温度还会让电机的绝缘材料出现质变，进而无法实现绝缘效用。另外，电机控制器内的部分电子器件与主控板与电源板以及版块和IGBT 版块等也会由于过高的温度致使自身受到损伤，更严重的时候还会烧毁相关器件。所以，在设计冷却系统的时候不许确保其具备良好的冷却性能，以此来保障驱动电机与控制器都能够正常运作，确保燃料电池汽车整车在行驶过程内的稳定性与安全性和可靠性。
此次针对燃料电池汽车的驱动电机的冷却系统做深入的完善与匹配工作，实现研发驱动电机冷却系统通过温度对子版块做调整的目标，以此来实现控制整车的方案。系统最终的控制目的是要保障在运行燃料电池汽车的阶段内要使电机的温度持续稳定在合理的范围里，防止因为电机温度的状况而造成永磁体出现退磁现象，进一步增加电机的使用年限，改善燃料电池汽车的行驶的安全性。并且，要尽可能把冷却系统在运作过程内损耗的能量控制在最小范围内，以此来增强能量的使用效率。
此次调研的最终目标是想明确驱动电机的架构特征与产热原理，同时和实际的应用现状结合起来，更精准的设计匹配电机的冷却系统，并且要研发出一套实用性强的温度控制方案，大幅度降低电机永磁体退磁的几率，进而延长永磁同步电机的使用年限，提高新能源汽车行驶的安全性与稳定性。
1.2电动汽车驱动电机冷却系统研究现状
由于各个冷却系统使用的冷却介质各不相同，所以驱动电机含有风冷与液冷两种冷却方式。其中前者又能够细分为自然风冷与强迫风冷。后者一般使用水与油等液体当做冷却介质。因为燃料电池汽车的驱动电机放置位置不同寻常，因此仅靠风冷无法达到散热的目的，现在使用最频繁的方式就是液冷，具体含油冷与水冷两种。由于冷却油具备绝缘性佳，介电常数大以及散热良好等优势，研究人Laskaris K. I.、Kladas A. G.就开始针对三相永磁牵引电机做油冷模式方向的探索，最终发现25℃的冷却油能驱散 5kW的 热量，降温散热效果极佳；来自美国的 Carlo C.Di Pietro与Sian S.Lie 等学者深入探索了电动汽车电机的冷却系统，并提出了一种将喷射油冷和循环油冷模式融合使用的策略，进一步优化了电机永磁体与绕组端部的降温效果，很大程度的改善了电机的性能。但由于冷却油的导热系数和热容量都比水小，并且造价贵，所以现在燃料电池汽车的驱动电机使用最广泛的还是冷却液手段。冷却液的核心构成包乙二醇、防腐蚀添加剂与抗泡沫添加剂以及水。在电机机壳体内制成出水道框架，冷却液在水道内的流动和机壳做换热来实现降温的目的。按照电机水道构造模式包括螺旋结构、半螺旋架构与圆周结构以及轴向架构。
因为燃料电池汽车特殊的驱动电机散热环境，所以电机的温度控制需要更高级别的冷却系统来支持。所以要把电机的布置方案与电动车实际运行的情况联系起来，设计出一款降温效果更好的冷却系统与控制方案，这将决定着驱动电机运行的稳定性与安全性。
1.3 本文研究的核心内容
相应确保燃料电池汽车的驱动电机可以按照预期稳定安全的运作，此次研究的重要内容就是按照驱动电机的布置模式与车辆运行的实际情况来实现分析电机产热机理与运算产热散热以及匹配电机冷却系统的核心零件以及核、制定冷却系统温度控制方案、检测冷却系统的建模仿真等目的。此次研究的核心内容包括以下三点：
（1）总结明确驱动电机的架构、运行原理与产热散热的工作原理；根据额定工况与峰值状况下的电机与其控制器的各个环节的耗能做深入分析；借助公式法运算出不同工况下的电机和控制器的耗能状况，最终获知驱动电机系统在不同工况下的产热状况，以此来给匹配冷却系统的操作带来便利。
（2）了解冷却系统的布置策略与驱动电机的冷却水道结果；严格审核、计算冷却系统的散热器与散热风扇以及循环水泵等核心部件。
（3）研发一套高效驱动电机温度控制系统。利用将门限值控制与模糊控制联系起来的控制手段，来制定出合理的控制方案，同时安置好水泵与风扇的模糊控制器。
第 2 章 冷却系统设计以及参数匹配
燃料电池汽车驱动电机布置使用最广泛的是后置式，此类布置方式会致使电机和相应的控制器的降温效果不明显，本文将在基于电机与其控制器的产热运算，来明确冷却系统布置方式、电机水道布置模式对比以及匹配冷却系统核心零件及审核循环水泵与散热风扇的性能等工作。
2.1 冷却系统布置措施
2.1.1 冷却系统设计要求
想要消除驱动电机出现永磁体退磁状况，同时保障电机在前进的过程内一直维持在合理的的温度范畴里，越来越多的知名汽车制造商开始重视对冷却系统的探究。分析资料可知，燃料电池汽车出现障碍有近乎三成都是因为电机与其控制系统导致的，并且电机与其控制器出现问题有近七成的概率都是因为冷却系统导致的。一个合格的冷却系统不许具备以下要求：
(1) 降温性能极佳，能够高效的避免电机与其控制器出现温度过高的状况；
(2) 正常运行是耗能少、能量转换性能佳；
(3) 占地少、质量轻、易于安装；
(4) 制造成本低廉、易于修护、使用年限长；
(5) 易于控制、反应迅速；
(6) 优越的NVH 性能、运行时几乎不产生噪音。
2.1.2 冷却系统布置策略
在总结明确了目前电动汽车多种冷却系统的优势与不足以后，研发出一种将可调节的循环水泵与散热风扇当做冷却系统的核心执行器，进一步简化冷却系统安装的步骤。冷却系统的实施对象是电机与其对应的电机控制器。明确冷却对象与相关零件的类别后，就要进一步决定使用的电机及其控制器、循环水泵与散热风扇以及散热器等部件内的布置方法。目前电机的冷却包括电机和控制器并联冷却策略与电机和控制器串联冷却策略两种。
方案
优点
缺点
并联方案
电机和控制器进水温度相同，冷却效果较好。
1. 管路多，布置不方便
2. 接口多，泄露可能大
3. 管道阻力加大，沿程损耗增加
4. 流量分配控制复杂
串联方案
1. 结构简单布置方便
2. 接口少，可靠性高
3. 压力沿程损耗少
电机本身的进水温度等于控制器出水口温度，电机冷却效果差。
表[1].并联串联方案优缺点
分析表[1]可知，不同的方案有各自的优势，根据第二章的运算结论能够得到控制器的能耗少，冷却液经过后产生的热量不会过多，电机的冷却效果比较好，可以符合降温需求的结论。同时考虑到空间布置的便捷性、冷却液压力的沿程损耗、接头管道成本与准确性等因素，此次使用串联式的布置手段当做冷却系统的安装方式。
2.2 挑选驱动电机冷却水道形式
通常来说，电机的制造商无法生产电机与相应控制器的冷却系统。所以汽车制造商要在生产阶段就匹配好合理的冷却系统。
2.2.1 冷却水道结构设计要求
冷却水道的效果会对电机的降温效果产生很大影响，在设计水道架构阶段内要达到以下六点要求：
（1）水道光滑，冷却介质受到的阻力不大；
（2）尽量减少水道弯角，降低阻力；
（3）水道截面形状尽量维持一致，易于制造；
（4）选材的传热系数佳，热交换效率好；
（5）水道的设计不被电机壳体的强度影响；
（6）尽量扩大冷却液和电机及其控制器的接触面；
2.2.2 挑选水道结构类型
电机水道和冷却液内热量的互换即为强制对流换热，电机运行形成的大多的热量都能借助强制对流换热过程通过冷却液挥发，分析牛顿冷却公式得知，增加冷却液的散热效果的方法包括扩大接触面传热系数 h与扩大增加接触面积 A2，以上因素是此次挑选水道结果类别的核心依据。借鉴之前的电机水道研制经验，查阅大量文献资料得知，现在冷却水道的结构大致可分为轴向 Z 字型架构、径向 Z 字型架构与轴向工字型架构以及轴向螺旋型架构四种。
轴向 Z 字型架构：电机水道内冷却液进水口与出水口处于电机的同侧的两端，水流由周向分隔板分开，水道里直角弯多，冷却液受到的阻力较大，极易致使电机轴向的降温效果不均衡，具体可参考下图
径向 Z 字型架构：水道进水口与出水口处于电机同侧一端，安置十分简单，并且轴向的降温效果佳，电机两边的温差在合理范围内，但也存在水道里直角弯过多、阻力大的缺陷，具体可参考下图
轴向工字型架构：水道进水口与出水口一般处于电机的两侧，难以安装，并且制备过程很繁杂，具体可参考下图
轴向螺旋型结果：水道程序螺旋状，冷却液受到的阻力不大，但流动方向固定，会致使电机两边的温差过大，如下图所示
综合分析，此次最终使用径向 Z 字型架构，此类架构的水道可以在达到电机降温要求的状况下，进一步降低冷却系统的使用频率，能耗很少。并且径向 Z 字型水道还具备造价低廉、易于生产、能够大量制造等优势。
2.2.3 明确水道结构参数
在明确使用径向 Z 字型的电机水道架构后，因为该架构是单条水道顺着轴向，两边的水道水流方向不一致，首尾连接。进水口与出水口相距不远。具体的制造过程是利用挤压成型手段，在铝制电机壳体上制成轴向沟槽，并且把靠近的沟槽两端的槽棱合理的去除相应的长度，最终在安装时利用把前后端盖与密封圈紧密连接的方式制造出闭合的水道装置
此章节和目标电机联系在一起做详细的运算来获取水道的大小参数[37]，设冷却液的流量是8L/min，散热功率必须超过18kW，整体承受的压力耗损要小于18kPa。电机的具体大小参数可参考表[2]。
参数名称
参数值
定子外径
⌀420mm
电机外径
⌀500mm
电机长度
600mm
峰值功率
180KM
电机效率
90%～94%
表[2].电机参数表
为了满足电机架构大小与制造工艺的复杂需求，电机壳体上的沟槽最初值 n 为 40条均匀分布。依据上表内电机外径与定子外径参数，结合壳体机械强度的需求，运算后得知水道宽 a 是30mm；高 b 是 20mm；隔水台厚度 m 是 7mm。
随后进行严格的审核，审核的重点是降温效果与压力耗损值。
（1）审核降温效果
电机的降温效果是判断电机水道优劣的关键标准。能对降温效果造成影响的因素包括接触面的传热系数以及接触面积。
流量计算式(1)：
(1)
当中Q是冷却液流量，单位m3/s；
P是电机损耗，单位W；
ρ是水的密度，单位kg/m3；
Cp是水的比热容，单位J/(kg·K)；
△T是进出水口温差，单位K。
流速公式(2)：
(2)
式中：S为水道截面积，S=a×b
当量直径计算公式(3)：
(3)
式中：P为水道周长，P=2(a+b)
通过式(4)计算雷诺数：
(4)
公式里：τ代表水运动粘性系数，单位m2/s,取1.519e-6。
按照米海耶夫公式，设努赛尔系数(5)：
(5)
式中：pr为水的布朗克常数，单位1；
传热系数根据式(6)计算：
(6)
式中：h为传热系数，单位W/(K·m3)；
α为水的导热系数，单位W/(K·m)；
由上式得，在冷却液温度与电机热损耗固定时，水道的传热系数由受接触面面积决定。
水道总长度公式(7)：
(7)
式中：l为单条水道长度；
n为水道个数。
水道的散热量公式(8)：
(8)
式中：h代表冷却液和水道的接触面积；
∆T代表冷却液和水道壁的温差。
（2）核对压力损失
由于冷却液在水道内流动会受到水道阻力的影响，进而降低压力，大多反映在部分压力损失与沿程压力损失；想方面，压力降低的程度是判断设计水道科学性的核心标准。
会对水道沿程阻力造成影响的因素包括流速与流体流程以及截面的尺寸形状等。其计算公式如下式(9)：
(9)
式中：g为重力加速度；
λ为沿程阻力系数，当时，；当时，。电机水道通常满足,即。
将各参数带入下式(10)中可得沿程阻力：
(10)
水道的局部阻力大多由水道架构决定，绝大部分是被水道转角造成的，水道局部阻力系数和转折角度的联系如表[3]:
θI(°)
30
40
50
60
70
80
90
ξ
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
表[3].水道局部阻力系数和转折角度联系表
水道对的折弯角度是直角，ζ是0.8，折弯次数是（2n-2）。局部阻力公式(11)：
(11)
因此水道总阻力公式为(12)：
(12)
压强计算公式为(13)：
(13)
式中：p代表进、出水口压力差；
h代表水柱高度。
综上可知电机水道的审核结果，如表[4]所示：
参数名称
目标值
校核值
散热功率/KW
18
19.23
进出口压差/KPa
18
13.45
表[4].电机水道参数表
电机水道的设计可达到降温功率要求与水道压力降低要求。
2.3 系统部件匹配选型
纯电动汽车电机冷却系统部件的选型会对冷却系统的降温造成直接影响，此次针对冷却系统的核心部件，包括散热器、冷却风扇以及循环水泵等在内做匹配选型与核对工作，实现冷却系统核心部件的匹配计算与选型操作。
2.3.1 计算散热器选型
散热器是汽车冷却系统内的核心部件，重要效用是把冷却液的热量借助热交换的模式散发到空气里，来达到降温的目的。
一、散热器结构
现在使用最广泛的散热器大部分包括芯部、进水室以及出水室三部分。依据芯部架构的多样性可细分成管片式u管带式两类。
散热器的技术参数包括：
（1） 散热面积 S：芯部的展开面积，不考虑进水室与出水室的降温效果，计算公式为(14):
(14)
式中：为散热器要去除的热量，单位kJ / h，峰值功率下 =18 kJ / h；
是散热系数；
∆t代表冷却液与冷却空气的平均温差，其中：为冷却液的平均温度，；
为冷却空气的平均温度，；
为散热器的进水温度是60℃；
为散热器冷却液进出口温度差，取20℃；
为散热器冷却空气的进出口温度差，为10-30℃。
散热器面积S =12.857m2。
（2） 散热系数KR ：单位外部空气流量降低的温度，会受到散热器 的材料、管带型式、外形大小的影响。计算公式如下(15)：
(15)
式中：冷却液和壁面的传热系数，为4070W/(㎡·K)；
空气与壁面表面的传热系数，为112W/(㎡·K)；
铝制散热管壁厚，；
S为散热管导热系数，纯铝导热系数是230W/(㎡·K)；
得 。
（3） 散热器迎风面积SR:即为散热器正面积，其计算公式为(16):
(16)
式中：空气需求量，单位m2；
散热器正面空气流速，单位m/s。
得散热器迎风面积SR=0.257m2。
（4）散热器水管数i：散热器芯部扁平型水管的数量，计算公式(17)是：
(17)
式中：f是单根水管的截面积，单位m2，取35×10-6；
μw是冷却液在水管中的流速，取0.7m/s；
Vw是冷却液的循环量，单位m3/s。
得散热器水管数i =15.55 根，取 16 根。
综上可知散热器的参数如表[5]所示：
参数
数值
型号
1301TC03-010-FDS
进出口接头
2×Φ25
外形尺寸
500×400×100mm
散热表面积
12.857m2
散热系数
97.55W（m2.K）
散热器迎风面积
0.257m2
散热器水管数
16根
表[4].散热器参数表
2.3.2 散热风扇选型
在电动汽车冷却系统内冷却风扇占有举足轻重的地位，它可保障保电机正常有序的运作。其核心性能是促进散热器的热交换，加速降温。在选型设计阶段风扇要具备以下五点要求：
（1）处于电机极限状态下还能够输出充足的风量；
（2）具备符合要求的压头；
（3）紧密连接，质量轻、易于安装；
（4）几乎不会产生噪音、使用年限长；
（5）含有护风罩与防护设施。散热风扇能够利用控制器按照水温与气温对转速进行及时调整，反应迅速，节能水平高，易于安装。
二、风扇的性能参数
散热风扇的技术参数为：
（1） 风量Va：单位时间内风扇传递的体积风量。
(18)
式中：Va风量，单位m3/s；
Qw为代表机及控制器的产热量，单位kW；
ra代表空气重度，1.2kg/m3；
cp代表空气定压比热容，2.79×10-4kW/(kg·℃)；
∆ta为进出散热器的空气温度差，取15℃。
计算得Va=0.657m3/s。
（2） 静压Pst代表风扇消耗的功率。
(19)
式中：∆PR是散热器风阻，单位Pa；
∆Pf代表散热器外的风道阻力，单位Pa；
Pst取300Pa
（3） 风扇直径D：风扇外径，就是风扇最边缘离风扇旋转轴线的距离
(20)
式中，SR代表散热器迎风面积；
S代表风扇轮毂比，为0.3-0.4。
得风扇的直径为D=0.249m。
该冷却系统的散热风扇的具体参数可参考表[5]:
参数
数值
风量
0.85m3/s
额定电压
24V
额定功率
170W
额定转速
2400rpm
静压
100pa
风扇直径
0.249m
表[5].散热风扇参数表
2.3.3 水泵选型计算
一、水泵选型
冷却系统内循环水泵的功能是使冷却液循环使用，提升冷却液的降温效果。电动汽车内水泵一般使用离心式水泵，电机带动叶轮让那个叶片间的水形成离心加速，甩出水泵达到加压传递液体的目的。
二、水泵性能参数
水泵的性能参数包括有流量和扬程（压头）。
（1） 流量 V：单位时间里，水泵传递的液体体积。
V= (21)
式中：V是水泵流量，单位L/min；
Qw是电机及控制器的产热量，单位kW；
Cw为水的比热容，4.179Kj/(kg·℃)；
∆tw代表流经电机及其控制器时冷却液温差，取7℃；
运算得水泵流量V=25L/min。
（2）扬程 H：单位质量冷却液在水泵加压后获得的能量。能够克服冷却液在流通时受到的阻力。此次设循环水泵扬程为 10 米。
该冷却系统的循环水泵的具体参数为表[6]:
参数名称
数值
额定功率
90w
额定电压
24V
额定工况
25L/min，10m
温度范围
-45-120°
驱动方式
无刷直流电机
控制方式
PWM
额定转速
3500rpm
表[6].循环水泵参数表
2.3.4 管道选型计算
冷却系统中的水管通常是橡胶水管，具备耐热性、耐氧化性、耐压性以及对冷却液的适应性等优势。实操过程里从柔软性与连接的密封层面分析，橡胶硬度是 60HS，管子内径要比连接管外径短 1 mm。该冷却系统的管道参数如表[7]:
参数名称
参数设置值
液压指数
1
管路直径
24mm
管路横截面积
490mm2
管路长度
4m
层流时雷诺系数最大值
2300
湍流时雷诺系数最小值
4000
表[7].管道参数表
2.4 核对重要部件的性能
在实现计算核心部件和选型操作后，必须对相关零件做严格的审核；来判断该部件的性能能否达到设计需求。
2.4.1 核对循环水泵性能
此次设计使用乐佳公司研制的 24V 水泵，参数可参考表 3.7。该款循环水泵内水泵的叶轮和电机的转子放置在一个轴上，和电机与水泵分类的模式对比，循环水泵的效率大、占地少、耗能小、NVH 性能优越、使用年限久，并且易于安装。
水泵转速和流量可视为线性关系，水泵功率与流量的变化呈正相关，水泵流量处于 1100至1400m3/h 范围内效率较高，效率最大值是35%。当转速是 3500rpm 时，水泵流量是1500L/h，能达到设计需求。
2.4.2 核对散热风扇性能
风扇的性能对电机的降温效果起着决定性的作用，并且会对电机的性能与使用年限造成影响。除此之外，冷却系统绝大多数的能耗是源于散热风扇，所以风扇性能的好坏直接决定着冷却系统的效用。
风扇的气动性能代表风扇的流量和转速、静压以及效率内的联系。
由于风扇流量的调整，风扇的功率不断提升，速度也随之增大，最大效率大概是 31%，空气流量是1600~2100m3/h 时，风扇效率较大，风扇转速处于 2400至2500rpm 内。在转速是2400rpm 时，流量是 2400m3/h，因此该风扇可以达到要求。
2.5 本章小结
此章节在对以往的汽车冷却系统特征与电动汽车两种冷却系统的安装模式做区后，明确了冷却系统内电机和控制器串联的方法；随后对比分析并明确电机的水道架构与具体参数；最终实现了计算冷却系统的散热、冷却风扇以及循环水泵等核心部件参数的目的。
第 3 章 全文总结以及未来展望
3.1 全文总结
此次研究是根据吉林省高新电动汽车和吉林大学签署的技术研发（委托）项目《燃料电池汽车整车控制策略及控制系统开发》，在公司与课题组目前掌握的技术支持下，实现了对驱动电机与对应控制器的热机理分析，并且设计出冷却系统的匹配要件，研发出一套高效的温度控制系统，此次研究的核心内容包括：
1、明确了驱动电机与其控制器的架构特征特点与产热原理，重要的热量源头、降温渠道与相关影响因素；依次运算出了电机本体与其控制器在不同工况状态下的产热功率。
2、对电动汽车驱动电机与其控制器的冷却系统的特征与关键结构做了深入分析，制定出一套将电机与控制器串联起来降温的措施，并且挑选并设计了机冷却水道结果的类型与参数；实现了包括冷却系统中散热器、散热风扇与循环水泵等核心零件在内的挑选工作；最终还对相关部件做了严格的审核与运算。
3.2 全文展望
本文初步实现了设计燃料电池汽车冷却系统里的电机产热散热机理分析难题，但因为本人经验不足并且时间不充分等原因，现在还是存在很多缺陷亟待改进：
1、改进对电机与相应控制器的产热传热分析模式，可驱动电机做三维建模并总结温度场的特征，改良温度传感器的安装位置，让检测的温度值更加精准。
2、实现对冷却系统的探索后要更深入的分析冷却系统与汽车的热管理过程，增强汽车转换能量的效率，进一步节约成本。
致 谢
论文写到这已经接近尾声，所有实验设计和专业论述都已详尽，但接下来我的内容认为对这篇论文或者说对于我本人都是非常重要的。人们总说要怀着感恩生活，随着年龄的增长，我越来越对这句话表示赞同。时间总过的仓促，以至于一路上我都没有机会停下来对所有陪伴我的人说一声谢谢，现在我终于能借此机会，对所有可爱，可敬的人说一声谢谢。
首先我得谢谢陪伴我走过四年的同窗。四年时光说长不长，似白驹过隙，可能我的思绪还停留在刚刚进校面对着一张张陌生面孔做着自我介绍的自己，下一秒就不得不和大家分离，好像没听到发令枪响，这场赛跑我们就已到达终点。四年时光说短却也不短，如惊鸿一瞥，我永远无法忘记在这里曾经经历的一切，和这里的可爱的人们。
其次我要感谢学校的老师们。我有时目空一切，认为自己已经有足够的能力闯出一番天地。我有时也妄自菲薄，觉得我好像还对世界一无所知，寰宇茫茫，何处是我所栖？但是无论何时，老师都教导着我，指引着我，授予我知识，照亮我的前路。我无论走到何处，都会回望这些可敬的人们。
最后要特别感谢胡老师和胡老师的研究生前辈，在他们的帮助下我才产生了整个实验计划，且将能将其付诸实践。
长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。愿所有江苏大学的学子前程似锦，一帆风顺。也祝愿所有老师能桃李天下，在自己专业的研究更进一步。此去非是诀别，莫愁前路无知己，天下谁人不识君。
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