电动汽车动力控制器集成化壳体的热仿真研究

苏志军

摘 要：作为一种环保清洁能源汽车，电动汽车在市场上的受欢迎度越来越高，但其动力控制器在使用的过程，可能会面临集成化壳体散热问题。基于此，需要对其进行热仿真试验，以观察其在散热性上是否满足标准要求。本文集中研究了电动汽车动力控制器集成化壳体的热仿真试验方式，以期可以为更多电动汽车开发人员，能更高效地开展电动汽车装置保护与维修工作提供借鉴参考。

关键词：电动汽车；动力控制器；集成化壳体；热仿真试验

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.024

0 引言

按照环保和可持续发展需要，开发新能源电动汽车已成为市场发展大趋势。但由于电动汽车动力控制器元器件的集成度过高，导致其单位体积内的耗热量很大，必须要及时进行散热以免出现损坏问题。一般来说，电动汽车动力控制器的散热装置被安装于其集成化壳体位置。因此在散热装置投入使用前，需要先对集成化壳体进行热仿真试验，保证具备足够的散热能力，这可以使散热装置在安装后，能够与其相互配合共同降低动力控制器中的热量。

1 确定热仿真输入条件

在对电动汽车动力控制器集成化壳体进行热仿真操作时，第一步需要确定其输入条件，这一点可以从以下几方面入手：（1）首先是要将壳体与计算机进行连接，通过辅助建模仿真计算的方式，依照流体力学理论来使热仿真现象转变为数学模型。接着就可以利用CFD热仿真计算软件开展分析工作，分析时要对建立的数学模型进行简化，使其只保留ICBT模块、水冷散热器及DC/DC模块功率器的主要部分。并对ICBT模块冷却水道的2个进出水口进行重新布置，使其达到前后平行，并利用模块铜基板上的针脚作为进出水口，使其发挥出热交换效果；（2）其次，操作人员还要利用CFD热仿真计算软件分析DC/DC模块、ICBT模块器件的稳态和瞬态，这需要将两个模块的器件进行相反布置，并在两者中间布置一条水道以达到两面散热效果。然后依照车辆的冷却工况要求、冷却水泵的技术规格与水嘴直径来调整冷却水流量，一般情况下其流量被设计为0.0002立方米/秒，进水口水温在55摄氏度左右。水泵应采用ADC12型号的压铸铝为制作材料，设置其热损耗值位于800-900瓦区间之内，导热系数控制在96瓦左右[1]。

2 得出稳定热仿真结果

在对电动汽车动力控制器集成化壳体进行热仿真操作时，按照不同的进水口额定量，会显示出不同的稳定热仿真结果，具体介绍如下：（1）当进水口额定量控制在0.0002立方米/秒时，保证其热损耗值位于800-900瓦区间之内、入水口温度在55摄氏度、平均静压为102.9千帕，则热仿真试验结果显示其出水口温度为56.1摄氏度，平均静压为101.3千帕，两者温差为1.1摄氏度、静压差为1.6千帕，能够满足电动汽车动力控制器，对集成化壳体热仿真设计的标准要求；（2）当进水口额定量控制在0.0001立方米/秒时，保证其热损耗值位于800-900瓦区间之内、入水口温度在55摄氏度、平均静压为101.7千帕，则热仿真试验结果显示其出水口温度为57.1摄氏度，平均静压为101.3千帕，两者温差为2.1摄氏度、静压差为0.4千帕，能够满足电动汽车动力控制器，对集成化壳体热仿真设计的标准要求；（3）当进水口额定量控制在0.0003立方米/秒时，保证其热损耗值位于800-900瓦区间之内，入水口温度在55摄氏度、平均静压为104.9千帕，则热仿真试验结果显示其出水口温度为55.7摄氏度，平均静压为101.3千帕，两者温差为0.7摄氏度、静压差为3.6千帕，能够满足电动汽车动力控制器，对集成化壳体热仿真设计的标准要求。

3 得出过载热仿真结果

在对电动汽车动力控制器集成化壳体进行热仿真操作时，还有可能因瞬间水流量变化，而导致热仿真试验结果出现过载现象，这一点按照不同进水口流量有着以下表现：

（1）当进水口额定量控制在0.0002立方米/秒時，热损耗值超过900瓦，入口处平均水温为55摄氏度、平均静压为102.9千帕。持续30秒后，则热仿真试验结果显示其出水口温度为57.7摄氏度，平均静压为101.3千帕，两者温差为2.7摄氏度、静压差为1.6千帕，能够满足电动汽车动力控制器，对集成化壳体热仿真设计的标准要求；（2）当进水口额定量控制在0.0001立方米/秒时，热损耗值超过900瓦，入口处平均水温为55摄氏度、平均静压为101.7千帕。持续30秒后，则热仿真试验结果显示其出水口温度为60.2摄氏度，平均静压为101.3千帕，两者温差为5.2摄氏度、静压差为0.4千帕，进出口之间的温差过高，在极端工况的情况下，需要考虑温度和过载时间而避免让系统在此时工作；（3）当进水口额定量控制在0.0003立方米/秒时，热损耗值超过900瓦，入口处平均水温为55摄氏度、平均静压为104.9千帕。持续30秒后，则热仿真试验结果显示其出水口温度为60.7摄氏度，平均静压为101.3千帕，两者温差为5.7摄氏度、静压差为3.6千帕，进出口之间的温差过高，在极端工况的情况下，需要考虑温度和过载时间而避免让系统在此时工作[2]。

4 总结

综上所述，本文集中研究了电动汽车动力控制器集成化壳体的热仿真试验方式，认为可以通过确定热仿真输入条件、得出稳定热仿真结果、得出过载热仿真结果等试验方式，来充分检验集成化壳体能否满足电动汽车动力控制器的散热标准。希望本文的研究可以为更多电动汽车开发人员取得技术进步奠定基础，以促进其工作质量实现跨越式提升。

参考文献：

[1]李荟卿.纯电动汽车电机控制器水冷散热特性研究[D].合肥工业大学，2016.

[2]吴宗宏，李刚俊，曾波.电动汽车动力控制器集成化壳体的热仿真分析[J].成都工业学院学报，2017，20（04）：47-51.