运用KULI进行某电动车型冷却系统开发

丁珺

(中国第一汽车股份有限公司天津技术开发分公司 300462 )

运用KULI进行某电动车型冷却系统开发

丁珺

(中国第一汽车股份有限公司天津技术开发分公司 300462 )

本文介绍了在开发某电动车型时，运用KULI软件对冷却系统进行一维模拟计算的过程。文章阐述了零部件选型、参数收集等过程，并通过合理运用KULI软件中的不同模块建立了电动车冷却系统一维模型，模拟计算后证明了设计的合理性。

电动车；冷却系统；tKULI

1 概述

能源危机、全球变暖、环境污染等因素促使电动汽车成为世界各国大力发展的对象。纯电动汽车的动力总成由驱动电动机、电机控制器、逆变器构成，能源由动力电池组提供。驱动电动机、电机控制器、逆变器及动力电池组都属于发热元件，需要足够的冷却，否则系统的安全将存在很大隐患，轻则电器停止工作，重则短路引起燃烧。

正在开发的某电动车型是以某传统燃油SUV车型为基础进行改造设计，原则上要保证与传统车型零部件通用化率最大。冷却系统考虑借用原车散热器和风扇，但需分析散热量可否满足需求。通过运用KULI进行热平衡模拟，可较为准确的评估系统的散热情况，为开发初期的零部件选型提供有力参考，降低了开发成本，提高了设计质量。

2 设计输入参数

首先需确定评价工况，根据电动车的发热特性，将评价工况确定为38℃下44 km/h、64 km/h、140 km/h及44℃下140 km/h四种工况，对应的坡度分别为9%、6%、0%及0%。

之后确定设计目标，电动机、电机控制器、逆变器及车载充电器的最高许用工作温度（进水口）分别为70℃、65℃、80℃和80℃。

根据评价工况及计算所需，收集以下性能参数：电机水阻曲线见图1，最大发热量为9.7 kW；电机控制器水阻曲线见图2，,最大发热量为2.2 kW；车载充电器及逆变器的水阻曲线见图3（OBC代表车载充电器，DCDC代表逆变器），车载充电器的最大放热量为0.3 kW，逆变器的最大放热量为0.2 kW。

图1 电机水阻曲线

图2 电机控制器水阻曲线

图3 车载充电器及逆变器水阻曲线

3 KULI建模及计算

首先是KULI冷却系统建模。与传统内燃机汽车仅有发动机为发热部件不同，电动车发热部件较多，且各发热部件发热量、许用工作温度均不同，不能如传统内燃机汽车一样进行简化。考虑各发热部件在计算中所涉及特性主要有散热量、内部液体流阻和外部空气流阻三部分，决定使用Electro Heater（ fl uid）模块模拟散热量、内部液体流阻特性，将外部空气流阻合并入整体机舱流场的计算过程中并体现在Built-in resistance模块中。

使用Electro Heater（fluid）模块分别建立驱动电动机（MOTOR）、电机控制器（CONTROLLOR）、车载充电器（OBC）及逆变器（DCDC）模型，在模块中的Pressure Loss页面中选定Characteristic curve并输入不同流量下的水阻值，在Heating capacity页面中的Heating power（kW）一栏输入所分析工况下的放热量，需注意的是，任一分析工况都对应不同放热量，需根据分析工况的变化修改放热量。

散热器模型使用Radiator模块建立，在主界面中定义外形尺寸及位置信息，在Inner flow页面中定义内部液体流阻特性，在Outer fl ow页面中定义外部空气流阻特性，在Heat transfer页面中定义散热量特性。

水路循环使用Water circle模块建立，在主界面中定义溶液构成、比例、许用温度等参数，在Char.lines/Maps界面中定义流量，压力损失及放热量选择Not de fi ned。

将Water circle、Radiator、OBC、DCDC、CONTROLLOR、MOTOR按循环方向顺序连接构成完整的水路循环。

电子风扇模型使用Electric fan模块建立，在主界面中定义外形尺寸及位置信息，在Characteristic curves页面中定义流量-压力损失特性，包括功率、转速、空气流量、压力损失。

冷凝器模型使用Area resistance模块建立，目的在于简化空调系统为单纯的放热和阻力单元。在主界面中定义外形尺寸、位置信息及放热量，在Pressure Loss界面中定义压力损失特性。

使用CP value及Built-in resistance模块定义整车的空气阻力特性，参数值使用CAE计算结果。在Air side界面中将各零部件构建成为完整的空气流通路径，至此就完成了模型的建立。

在Simul. param.界面中输入上文的评价工况即可进行模拟计算。需注意的是，各工况要依次逐一模拟，并且更换工况信息时要相应修改各发热模块中的散热量值。计算结果如表1所示。结果满足要求，冷却系统设计合理。

表1 KULI计算结果

4 结束语

KULI类的模拟计算软件可帮助工程师在早期设计阶段、试制样机完成前就可较精确的模拟热平衡过程，从而对冷却系统性能进行评估，及早发现问题并采取有效措施，不仅缩短开发时间，也节省了开发经费。

[1]石侠红，殷生岱.纯电动汽车电动机冷却系统开发.中国汽车工程学会年会论文集，2013.

U463.9

A

丁珺（1989—），男，助理工程师，本科，研究方向为汽车零部件开发。