燃料电池汽车电机冷却模块设计

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引用部分）指导教师审查结果指导教师:胡东海审阅结果:审阅意见:指导老师未填写审阅意见1.中英文摘要等总字数：3706相似文献列表去除本人已发表文献复制比：0%(0)文字复制比：0%(0)疑似剽窃观点：(0)2.第1章绪论总字数：2017相似文献列表去除本人已发表文献复制比：0%(0)文字复制比：0%(0)疑似剽窃观点：(0)“中国知网”大学生论文检测系统-2-3.第2章冷却系统设计以及参数匹配总字数：6184相似文献列表去除本人已发表文献复制比：50.4%(3119)文字复制比：50.4%(3119)疑似剽窃观点：(0)1纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究50.3%（3113）张雷(导师：刘宏伟)-吉林大学博士论文-2018-05-01是否引证：否2工程机械电液混合驱动冷却系统液压驱动装置的研究0.5%（30）杨文霞(导师：郭新民)-山东农业大学硕士论文-2008-06-14是否引证：否 原文内容相似内容来源1 此处有 64 字相似第 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纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.功耗。为后文冷却系统的匹配设计、控制策略的制定提供了依据。第 3 章 冷却系统设计与参数匹配23第 3章 冷却系统设计与参数匹配纯电动客车驱动电机布置大多采用后置形式，这种布置方案导致电机及其控制器散热效果差，本章将在电机及控制器产热计算的基础上，完成冷却系统布置方案的确定、电机水道结构形式对比、冷却系统主要部件匹配及选型2 此处有 91 字相似式，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，纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.这种布置方案导致电机及其控制器散热效果差，本章将在电机及控制器产热计算的基础上，完成冷却系统布置方案的确定、电机水道结构形式对比、冷却系统主要部件匹配及选型和循环水泵、散热风扇的性能校核。3.1 冷却系统布置方案3.1.1 冷却系统设计要求为避免驱动电机发生永磁体退磁现象，并保证电机在整车运行过程始终保持在一定的温度范围内，冷却系统的研究受到各大整车生产商的重视。据相关资料介绍，纯3 此处有 89 字相似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，进一纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.效防止电机及其控制器过温；(2)工作时能耗较低、能量利用率高；(3)冷却系统因体积小、重量轻、布置灵活、安装方便；(4)部件成本较低、维修方便、寿命长；(5)控制方便、响应快速；(6)良好的 NVH 特性、工作噪音低。3.1.2 冷却系统布置方案本文在分析当前电动汽车各种冷却系统优缺点之后，提出采用可调速的循环水泵和散热风扇作为冷却系统的主要执行器，使得冷却系统的“中国知网”大学生论文检测系统-3-4 此处有 70 字相似时几乎不产生噪音。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。目前电机的冷却包纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.NVH 特性、工作噪音低。3.1.2 冷却系统布置方案本文在分析当前电动汽车各种冷却系统优缺点之后，提出采用可调速的循环水泵和散热风扇作为冷却系统的主要执行器，使得冷却系统的布置更加灵活、简单。冷却系统的冷却对象是电机本体和电机控制器。确定了冷却对象及部件类型，需确定电机及其控制器、循环水泵、散热风扇、散热器之间的布置形式。现有的电机冷却方案两种布置形式，5 此处有 43 字相似步骤。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。分析上图可知，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纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.置更加灵活、简单。冷却系统的冷却对象是电机本体和电机控制器。确定了冷却对象及部件类型，需确定电机及其控制器、循环水泵、散热风扇、散热器之间的布置形式。现有的电机冷却方案两种布置形式，一种是电机和控制器并联冷却方案，另一种是电机和控制器串联冷却方案36。如图 3.1 所示：吉林大学硕士学位论文241：水泵 2：电6 此处有 64 字相似自的优势，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。所以汽车制造纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.的计算结果可知，控制器的功耗较小，冷却液流经之后温升不会太大，电机依旧可以得到比较好的冷却效果，能够满足散热要求。综合考虑空间布置的便利性、冷却液压力的沿程损失、接头管道成本、可靠性等因素，本文选择串联式布置方案作为冷却系统的布置形式。在目标客车基本架构中绿色部分即为本文所设计的冷却系统，冷却液依次流经循环水泵、电机控制器、电机本体7 此处有 56 字相似布置的便捷性、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，在设计纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.热器。如图 3.2 所示。第 3 章 冷却系统设计与参数匹配25图 3.2 目标客车基本架构图3.2 驱动电机冷却水道形式选取一般情况下，电机生产厂商不会提供电机及其控制器的冷却系统。因此整车厂商在生产过程中需要完成冷却系统的匹配。目标车型使用的驱动电机为永磁同步电机，在匹配冷却系统前需要完成电机冷却水道结构的方案“中国知网”大学生论文检测系统-4-8 此处有 133 字相似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纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.2）尽可能少的水道弯角，局部阻力要小；（3）水道截面形状要尽可能一致，便于生产加工；（4）所选材料要有较大的传热系数，热交换效率高；（5）水道的设计不应影响到电机壳体的强度；（6）冷却液与电机及其控制器的接触面应该尽可能大；3.2.2 水道结构类型选择电机水道与冷却液之间的热交换属于强制对流换热，电机产生的大部分热量均通过强制对流换热借助冷却液散发出去，依据牛顿冷却公式m(35)(28)(37)thA2，增加冷却液带走热量的途径有提高接触面传热系数h、增加接触面9 此处有 84 字相似，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，水道里直角纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.走热量的途径有提高接触面传热系数 h、增加接触面积 A2，这两个因素将作为本文选吉林大学硕士学位论文26取水道结构类型的重要依据。根据以往的电机水道设计经验并参考相关文献资料可知，目前冷却水道的结构形式主要有四种：轴向 Z 字型结构、径向 Z 字型结构、轴向工字型结构、轴向螺旋型结构如图 3.3 所示。图3.3(a)轴向 Z 字型结构 图 3.3(b)径向 Z 字型结构图10 此处有 64 字相似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，并且轴向的降温纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.图 3.3(c)轴向工字型结构 图 3.3(d)轴向螺旋型结构轴向 Z 字型结构：一般情况下该结构形式的电机水道中冷却液进水口和出水口在电机的同侧不同端，水流被周向分隔板隔开，水道中直角弯较多冷却液流动阻力大，容易造成电机轴向散热不均；径向 Z 字型结构：水道进水口和出水口位于电机同侧同端，便于布置，且轴向散热效果较好，电机两端温差11 此处有 53 字相似的两端，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、阻力大的纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.在电机的同侧不同端，水流被周向分隔板隔开，水道中直角弯较多冷却液流动阻力大，容易造成电机轴向散热不均；径向 Z 字型结构：水道进水口和出水口位于电机同侧同端，便于布置，且轴向散热效果较好，电机两端温差最小，缺点是水道中直角弯多、水阻大。轴向工字型结构：水道进水口与出水口通常位于电机不同侧“中国知网”大学生论文检测系统-5-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，安装较为麻烦，且不便于加12 此处有 40 字相似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，进纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.角弯多、水阻大。轴向工字型结构：水道进水口与出水口通常位于电机不同侧，安装较为麻烦，且不便于加工制造。轴向螺旋型结构：水道螺旋排列，冷却液流动时阻力最小，但水流方向单一，会造成电机两端产生较大的温度梯度。第 3 章 冷却系统设计与参数匹配27综上分析，本文选择径向 Z 字型结构，此种形式13 此处有 33 字相似图轴向螺旋型结果：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、能够大量制造等纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.阻力最小，但水流方向单一，会造成电机两端产生较大的温度梯度。第 3 章 冷却系统设计与参数匹配27综上分析，本文选择径向 Z 字型结构，此种形式的水道结构能够在充分满足电机散热条件下，同时减小冷却系统的工作强度，即降低能量的消耗。且径向 Z 字型水道还具有制造简单、成本低廉、可批量化生14 此处有 44 字相似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纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.字型水道还具有制造简单、成本低廉、可批量化生产等优点。3.2.3 水道结构参数确定上一节确定了的电机水道结构为径向 Z 字型，其结构为单条水道沿着轴向，相邻水道流向相反、首尾相连。进水口和出水口位置靠近。首先通过挤压成型工艺，在铝制电机壳体上形成轴向沟槽，并将15 此处有 105 字相似散热功率必须超过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下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。纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.m峰值功率 180k W电机效率 9094%吉林大学硕士学位论文28考虑到电机结构尺寸和加工的工艺难度要求，电机壳体上的沟槽初始值 n 选为 40条均匀分布。再根据表中电机外径、定子外径参数，考虑到壳体机械强度要求，经计算可确定水道宽 a 为 30mm；水道高 b 为20mm；隔水台厚度 m 为 7mm。接下来进行校核计算，主要是散热效果校核和压力损失校核。（1）散热效果校核电机的散热效果是衡量电机水道设计优良“中国知网”大学生论文检测系统-6-（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16 此处有 41 字相似优劣的关键标准。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：Q=PcpT当中Q是冷却液流量，单位m3/s；P是电机损耗，单位W；是水的密度，单位kg/m3；cp是水的比热容，单位J/(kgK)；T是进出水口温差，单位K。流速公式：v=QS式中：S为水道截面积，S=纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.流量计算式 3.1。TcPQp(35)(28)?.(3.1)式中：Q为冷却液流量，单位 m3/s；P 为电机损耗，单位 W；?为水的密度，单位 kg/m3；pc 为水的比热容，单位 KkgJ)/(?；(35)T 为进出水口温差，单位 K。流速计算公式3.217 此处有 41 字相似8T0.8ab式中：h为传热系数，单位W/(Km3)；为水的导热系数，单位W/(Km)；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：L=nl式中：l为单条水道长度；N为水道个数。水道的散热量公式：P=hAT式中：h代表冷却液和纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.传热系数，单位)/(2Wm K?；?为水的导热系数，单位Wm K)/(?。由式 3.6 可知，当冷却液温度和电机热损耗一定时，水道的传热系数主要受接触面面积确定。水道总长度公式 3.7：?(28)ln L.(3.7)式中：l 为单条水道长度；n 为水道个数18 此处有 68 字相似。水道总长度公式：L=nl式中：l为单条水道长度；N为水道个数。水道的散热量公式：P=hAT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）核对压力损失纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.水道个数。水道的散热量公式 3.8：(35)?(28)TAh P.(3.8）式中：n 为冷却液与水道总的接触面积；(35)T 为冷却液与水道壁的温度差。（2）压力损失校核冷却液在水道流动存在水道阻力，会产生压力损失，主要表现为局部压力损失和沿程压力损失，压力损失的大小是衡量水道设计是否合理的一个重要指标。水“中国知网”大学生论文检测系统-7-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19 此处有 45 字相似沿程阻力：h沿=0.31640.25p1.75a+b1.25Dl22.25cp1.75ab3T1.75a+m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下表水道对的折弯角度是直角，是0.8，折弯次数是（2n-2）。局部阻力公式：h局=2n-1v22g因此纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.Dlbaphp(10)(35)(10)(28)?沿.(3.10)水道的局部阻力主要与水道的结构有关，主要是由水道转角引起的，水道局部阻力系数与转折角度的关系如表 3.3 所示。表 3.3 局部阻力系数与折弯角度对应关系?)/(?30 40 50 60 7020 此处有 73 字相似柱高度。综上可知电机水道的审核结果，如下表所示：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38。2.3.1 计算散热器选型散热器是汽纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.过校核，可知电机水道的设计满足散热功率要求和水道压力损失要求。第 3 章 冷却系统设计与参数匹配313.3 系统部件匹配选型纯电动汽车电机冷却系统部件的选型直接关系到冷却系统的散热效果，本节将针对冷却系统的主要部件散热器、冷却风扇、循环水泵等进行匹配选型及校核，以满足整车冷却性能需求为目标，以冷却系统工作能耗最低为条件，完成冷却系统主要部件的匹配计21 此处有 66 字相似直接影响，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38。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。纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.水泵等进行匹配选型及校核，以满足整车冷却性能需求为目标，以冷却系统工作能耗最低为条件，完成冷却系统主要部件的匹配计算及选型38。3.3.1 散热器选型计算散热器作为汽车冷却系统中重要的部件，其主要作用是将冷却液的热量通过热交换的形式将热量传递到周围空气中，以降低冷却液的温度，使其可以在下一循环中继续工作。一、散热器的结构目前常用“中国知网”大学生论文检测系统-8-22 此处有 46 字相似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纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.冷却液的热量通过热交换的形式将热量传递到周围空气中，以降低冷却液的温度，使其可以在下一循环中继续工作。一、散热器的结构目前常用的散热器主要由芯部、进水室、出水室组成。按照芯部结构不同可以分为管片式和管带式两种散热器。具体结构如图 3.5 所示。3.5(a)管片式散热器芯部示意图 3.23 此处有 137 字相似a2其中：tw为冷却液的平均温度，tw=tw1-tw2；ta为冷却空气的平均温度，ta=ta1-ta2；tw1为散热器的进水温度是60；tw为散热器冷却液进出口温度差，取20；ta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：KR=11hw+cc+1ha式中：hw冷却液和壁面的传热系数，为4070W/(m2K)；ha空气与壁面表面的纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.8)；at 为冷却空气的平均温度，21waattt(35)(10)(28)；w1t 为散热器的进水温度，取 60；w(35)t 为散热器冷却液进出口温度差，取 20；a(35)t 为散热器冷却空气的进出口温度差，取 10-30。经计算散热器面积 S=12.857m2。（2）散热系数RK：单位外部空气流量所能带走的热量，主要影响因素为散热器的材料、管带型式、外形尺寸。其计算公式如下3.15：accwRhhK111(10)(10)(28)?24 此处有 40 字相似中：hw冷却液和壁面的传热系数，为4070W/(m2K)；ha空气与壁面表面的传热系数，为112W/(m2K)；c铝制散热管壁厚，c=0.15-0.2mm；S为散热管导热系数，纯铝导热系数是230W/(m2K)；得 KR=97.55W/(m2K)。（3）散热器迎风面积SR:即为散热器正面积，其计纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.0)/(2Km W?；ah 为空气与壁面表面的传热系数，取值 112)/(2Km W?；c?为铝制散热管壁厚，c?=0.15-0.2mm；c?为散热管导热系数，纯铝导热系数为230)/(2Km W?；由以上近似取值可得RK=97.55)/(2Km W?。第 3 章 冷却系统25 此处有 49 字相似，其计算公式为3.16。SR=Vaua式中：Va空气需求量，单位m2；ua散热器正面空气流速，单位m/s。得纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.扇护风圈截面面积，因空气流过散热器时存在风阻，故散热器的正面积空气流速为风扇流速的 0.6 倍。经计算散热器迎风面积RS=0.257m2。（4）散热器水管数i：散热器芯部扁平型水管的数量，其计算公式为：fViww?(28).(3.17)式中：f为单根水管“中国知网”大学生论文检测系统-9-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，计算公式是：i=Vwwf式中：f是单根水管的截面积，单位m2，取3510-6；w是冷却液在水管中的流速，取0.7m/s26 此处有 97 字相似散热器迎风面积SR=0.257m2。（4）散热器水管数i：散热器芯部扁平型水管的数量，计算公式是：i=Vwwf式中：f是单根水管的截面积，单位m2，取3510-6；w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纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.水管的数量，其计算公式为：fViww?(28).(3.17)式中：f 为单根水管的截面积，单位 m2，取61035-?；w?为冷却因为在水管中的流速，取 0.7m/s；wV 冷却液的循环量，单位m3/s。通过计算散热器水管数i=15.55 根，圆整取 16根。该冷却系统配置散热器参数如表 3.5 所示。表 3.5散热器参数参数 数值型号 1301TC03-027 此处有 63 字相似液的循环量，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）具备符合要求纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.积 0.257m2散热器水管数 16 根吉林大学硕士学位论文343.3.2 散热风扇选型计算一、散热风扇的选型在电动汽车冷却系统中冷却风扇发挥着至关重要的作用，它是保证电机正常工作必不可少的部件。其主要功能是加速散热器的热交换过程，促进散热。风扇的选型是指在冷却系统的总体设计中，根据电机及其控制器的产热功率，以及对冷却系统的散热需求，对散28 此处有 78 字相似点要求：（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；纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.3）对散热器芯部的流量覆盖要均匀；（4）要具有较高的工作效率，尽可能出在高效率工作区；（5）结构紧凑重量小、安装方便；（6）工作噪声低、寿命长；（7）具有护风罩及防护装置。散热风扇可以通过控制器根据水温、气温对转速进行实时控制，响应迅速，节能效果好，安装布置方便。其外观图如图 3.6 所示。图 3.6 散热风扇外观图风扇的材料一般选用合金薄板或者工程塑料，“中国知网”大学生论文检测系统-10-（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。Va=Qw29 此处有 39 字相似（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。Va=Qw3600taracp式中：Va风量，单位m3/s；Qw为代表机及控制器的产热量，单位k纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.量；应用在风扇上的工程塑料主要有增强型尼龙类和玻璃纤维强聚丙烯类，汽车中大多采用有金属嵌合件的复合塑料风扇。二、风扇的性能参数散热风扇的技术参数主要包括以下几个：（1）风量aV：单位时间内风扇所能输出的体积风量。paaWacrtQV(35)(28)3600.(3.30 此处有 65 字相似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。Va=Qw3600taracp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，2.7910-4kW/(kg)；ta为进出散热器的空气温度差，取15。计算得Va=0.657m3/s。纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.体积风量。paaWacrtQV(35)(28)3600.(3.18)式中：aV 为风量，单位 m3/s；WQ 为电机及控制器的产热量，单位 k W；ar 为空气重度，1.2kg/m3；pc为空气定压比热容，/(1079.2)4?-kgk Wa(35)t 为进出散热器的空气温度差，取 15。参考已知数据，经31 此处有 50 字相似量，单位kW；ra代表空气重度，1.2kg/m3；cp代表空气定压比热容，2.7910-4kW/(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。Pst=PR+Pf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纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.空气重度，1.2kg/m3；pc 为空气定压比热容，/(1079.2)4?-kgk Wa(35)t 为进出散热器的空气温度差，取 15。参考已知数据，经计算aV=0.657m3/s。（2）静压stP：风扇克服系统中空气流动阻力的能力，即风扇所消耗的功率。sf Rt(35)(10)(35)(28)PPP32 此处有 80 字相似差，取15。纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）“中国知网”大学生论文检测系统-11-计算得Va=0.657m3/s。（2）静压Pst代表风扇消耗的功率。Pst=PR+Pf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D=2SR1-S2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=0.1.即风扇所消耗的功率。sf Rt(35)(10)(35)(28)PPP.(3.19)式中：R(35)P 为散热器风阻，单位 Pa；f(35)P 为散热器外的风道阻力，单位Pa；参照经验数据stP 取 300Pa。（3）风扇直径D：风扇外径，即风扇最边缘离风扇旋转轴线之间的距离39。其求值可以参考式 3.20。)1(22sSDR-(28)?.33 此处有 70 字相似单位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D=2SR1-S2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下图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纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.考式 3.20。)1(22sSDR-(28)?.(3.20)式中：RS 散热器迎风面积；S 风扇轮毂比，一般取 0.3-0.4。经计算风扇的直径 D=0.249m。该冷却系统所配置散热风扇参数如表 3.6 所示。吉林大学硕士学位论文36表 3.6 散热风扇参数参数 数值风量 0.857m3/s34 此处有 48 字相似表风扇轮毂比，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下图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。纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.24V额定功率 170W额定转速 2400rpm静压 100Pa风扇直径 0.249m3.3.3 水泵选型计算一、水泵选型冷却系统中循环水泵作用是将冷却液强制循环，来增加冷却液的散热能力，提高的冷却系统的性能。循环水泵通过整车控制单元中温度控制子模块来实现对循环水泵转速的有效控制，根据“中国知网”大学生论文检测系统-12-35 此处有 41 字相似考下图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：单位时间纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.度控制子模块来实现对循环水泵转速的有效控制，根据不同冷却液温度输出不同转速。能量利用率更高，安装更灵活。电动汽车上水泵通常选用离心式水泵，由电机带动叶轮使叶片间的水产生离心加速并甩出水泵，实现对液体的增压输送。其外观图如图 3.7 所示：图 3.7循环水泵外观图由前面分析可知，通过36 此处有 57 字相似温效果。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=QwCwtw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.纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.设计与参数匹配37动需要克服电机、控制器、散热器芯部、管路等部件的水道阻力，要求具有一定的压力。二、水泵性能参数水泵的性能参数主要有流量和扬程（压头）。（1）流量 V：单位时间内，水泵输出的液体体积。wwwt CQV(35)?(28).(3.21)式中：V 为水泵流量，37 此处有 37 字相似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=QwCwtw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=纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.输出的液体体积。wwwt CQV(35)?(28).(3.21)式中：V 为水泵流量，单位 L/min；wQ 为电机及控制器的产热量，单位 kW；wC 为水的比热容，/(179.4 kgk J?)；w(35)t 为流经电机及其控制器时冷却液温38 此处有 90 字相似中：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纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.电机及控制器的产热量，单位 k W；wC 为水的比热容，/(179.4 kgk J?)；w(35)t 为流经电机及其控制器时冷却液温差，取 7；经计算可知，水泵流量V=25L/min。（2）扬程 H：单位质量冷却液经水泵加压后得到的能量，又称压头。主要用于克服冷却液在流通过程中的阻力及提供必要流速。虽然水泵自身的扬程可以借助流体力学里面的经验公式计算求得，但是用于冷却系统水道的复杂性，因此在选择“中国知网”大学生论文检测系统-13-2.3.4 管道选型计算冷却系统中的水管通常39 此处有 107 字相似得的能量。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。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纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.驱动方式 无刷直流电机控制方式 PWM额定转速3500rpm吉林大学硕士学位论文383.3.4 管道选型计算冷却系统中的水管一般选择橡胶水管，应具有如下性能：耐热性、耐氧化性、耐压性、对冷却液的适应性。实际使用中从柔软性及连接处密封考虑，橡胶硬度为60HS，管子内径应比连接管外径小 1 mm。表 3.8 管路参数表参数名称 参数设置值液压指数 1管路直径24mm管路横截面积 490mm40 此处有 36 字相似率较高，效率最大值是35%。分析上图可知，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纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.当转速约为 3500rpm 时，水泵流量为 1500L/h，满足设计要求。吉林大学硕士学位论文403.4.2 散热风扇性能校核风扇的性能影响着电机的散热效果，同时影响着电机的性能和使用寿命。此外，冷却系统大部分的功率消耗来自于散热风扇，因此风扇性能的优良影响着冷却系统的41 此处有 58 字相似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。综合实验数据绘制出性能曲线，具体可参考下图。分析风扇性能曲线得知，由于风扇流量的调整，风扇的功率不断提升，速度也随之纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.性能校核风扇的性能影响着电机的散热效果，同时影响着电机的性能和使用寿命。此外，冷却系统大部分的功率消耗来自于散热风扇，因此风扇性能的优良影响着冷却系统的效率。风扇的气动性能指的是风扇的流量与转速、静压、效率之间的关系。厂家提供了通过改变电机的转速，更换节流板等来改变风道的空气流量，得到的风扇在不同流量下的流量-转速、流量-功42 此处有 60 字相似验数据绘制出性能曲线，具体可参考下图。分析风扇性能曲线得知，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16002100m3/h 时纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.扇性能曲线由风扇性能曲线可知，随着风扇流量的变化，风扇的功率逐渐变大且增速越来越快，风扇的效率先升高后降低，最大效率约为 31%，空气流量为16002100m3/h 时，风扇效率较高，此时风扇转速为“中国知网”大学生论文检测系统-14-，风扇效率较大，风扇转速处于 2400至2500rpm内。分析上图可知，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24002500rpm 之间。按前面匹配计算结果，峰值工况下空气需求量为 0.657m3/s（2365.2m3/h）。由图中曲线可知，当转43 此处有 39 字相似rpm 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。纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.够满足需求。第 3 章 冷却系统设计与参数匹配413.5本章小结本章在分析传统汽车冷却系统特点及当前电动汽车两种不同冷却系统布置形式的区别之后，确定了冷却系统采用电机与控制器串联的布置方式；然后对电机本体的水道形式进行对比并确定了其具体设计参数；最后完成了冷却系统主要部件散热、冷却风扇、循环水泵的44 此处有 39 字相似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。纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制策略研究 张雷-吉林大学硕士论文-2018-05-01（是否引证：否）1.种不同冷却系统布置形式的区别之后，确定了冷却系统采用电机与控制器串联的布置方式；然后对电机本体的水道形式进行对比并确定了其具体设计参数；最后完成了冷却系统主要部件散热、冷却风扇、循环水泵的计算与选型并对循环水泵、散热风扇进行特性校核。吉林大学硕士学位论文42第 4 章 控制系统设计及控制策略 指 标 疑似剽窃文字表述-1.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，2.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，3.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4.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5.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6.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7.2 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8.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9.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10.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11.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12.水道结构参数“中国知网”大学生论文检测系统-15-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，13.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。14.2.3.1 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15.一、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16.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，17.3.3 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18.