电动汽车电机控制器散热器轻量化研究
摘要
本文以纯电动环卫车电机控制器为研究对象，着重从热量角度分析如何优化控制器散热器，提出了一种使散热器轻量化并提升散热效果的实用方法。
电机控制器中的主要热源是绝缘栅型双极晶体管（IGBT）等大功率电力电子器件，文中计算了环卫车电机在峰值工况及额定工况运行时功率模块的热损耗，并考虑了温度对各种损耗带来的影响。利用热阻等效电路，推导得出了散热系统各点温度的实用计算公式，计算得出IGBT模块热阻及所需散热器的热阻值。依据计算所得功率模块的热损耗，确定散热器的冷却方式，分析散热系统热量传递及散热机理。通过理论分析Cu和Al质散热器的散热效果，对比机加工和装配等方面的区别，确定散热器的使用材质。通过计算确定了散热器的几何尺寸，初步确定水道采用U型或S型两种形式，并对热阻进行核算，确定符合散热要求。
应用流体仿真软件对散热器进行三维数值模拟，建立了U型水道及S型水道的流场模型，通过速度场及压力场的对比分析可知，S型水道兼具轻量化与高散热性能的特点。针对S型水道散热器，建立了三维实体模型，模拟流场与温度场的耦合模型，获得散热器传热性能以及流体力学特性，通过对计算结果的分析，发现散热器机构中存在的问题。本文在散热器改进措施方面，提出了使用扰流柱及圆弧形弯道的改进措施，并对改进后的模型进行数值模拟，研究表明改进后散热器的在质量减轻的基础上，散热的效果有一定改善。文中最后研究了环境温度，壁厚，流速等参数对散热效果的影响，为散热器的轻量化设计提供了有益的参考。
关键词：电动汽车 电机控制器 散热设计 流体仿真