CN110182216A - 一种电动汽车电机冷却系统匹配计算方法 - Google Patents

一种电动汽车电机冷却系统匹配计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车电机冷却系统匹配计算方法，包括待冷却部件、散热系统以及连接待冷却部件于散热系统的冷却水管，所述冷却水管通过散热系统提供水循环动力源和热量传递，且冷却系统包括电子风扇、对应于电子风扇设置的散热器和水泵，所述冷却水管经过待冷却部件形成循环水路，且待冷却部件包括DC/DC&充电机、电机控制器和电机，所述冷却水管经过待冷却部件，并且冷却水管的端部分别与散热器的进水口和出水口连通以各自形成循环水路；不仅阐述电动汽车电机散热系统的冷却原理，且为电动车电机散热系统提供准确的性能匹配计算方法。包括电子水泵的性能匹配计算方法和散热器的性能匹配计算方法。

Description

一种电动汽车电机冷却系统匹配计算方法
技术领域
本发明属于汽车冷却系统技术领域，具体涉及一种电动汽车电机冷却系统匹配计算方法。
背景技术
目前，新能源汽车电机正向大功率、小体积方向发展，电机的电磁负荷也越来越大。以空气为冷却介质的冷却系统已无法满足电机的散热需求。对于电机内部发热量大的电机，一般采用冷却液冷却。电动汽车电机冷却系统包括发热部件(电机，电机控制器，DC/DC&充电机)；电子水泵；热交换器；水壶，冷却液循环回路软管。电动汽车续航里程是人们最关注的电动车性能指标之一，其各功能系统准确匹配有助于能耗优化，提高电动车的续航里程。因此，准确设计电机散热系统性能，避免不需要的余量，是新能源汽车的迫切需求。
电动汽车电机循环液冷却系统计算，CN201721672433《一种新能源汽车冷却系统及电动汽车》CN201110193582《冷却系统和电动车》CN200920269236《电动车冷却系统》均介绍了电机冷却系统中循环回路，采用电控阀以及循环回路优化等方法，简化了冷却系统结构和减少了水泵的个数。但是均未具体阐述冷却系统中冷却液动力源电子水泵、热交换器性能的匹配计算。在实际的电动车辆冷却系统设计中，需要根据发热部件的散热需求匹配性能合适的电子水泵和热交换器，刚好满足要求，从而最大幅度降低与此相关的能耗，进而降低成本；因此需要确定电机冷却系统设计中零部件具体性能参数，包括电子水泵的扬程和流量，散热器在指定签发工况下的散热性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动汽车电机冷却系统匹配计算方法，使得整个循环最终达到热平衡时降低能耗，可大大提高电机使用性能和经济性，以解决上述背景技术中提出现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种电动汽车电机冷却系统匹配计算方法，包括待冷却部件、散热系统以及连接待冷却部件于散热系统的冷却水管，所述冷却水管通过散热系统提供水循环动力源和热量传递，且冷却系统包括电子风扇、对应于电子风扇设置的散热器和水泵，所述冷却水管经过待冷却部件形成循环水路，且待冷却部件包括DC/DC&充电机、电机控制器和电机，所述冷却水管经过待冷却部件，并且冷却水管的端部分别与散热器的进水口和出水口连通以各自形成循环水路。
优选的，所述水泵的性能匹配计算方法，计算步骤如下：
DC/DC&充电机进水温度T41；出水目标温度T42；发热量Q4
电机控制器进水温度T51；出水目标温度T52；发热量Q5
电机进水温度T61；出水目标温度T62；发热量Q6
根据系统热阻计算公式，计算各发热部件散热需求流量:
式中ρ—冷却液的比重；cm—水的比热；Q—发热部件发热量；T2—发热部件出水目标温度；T1—发热部件进水温度；发热部件串联在散热系统中，整车中各个部件冷却水流量均相同，因此，以q＝max(q4,q5,q6)为系统流量设计依据。
优选的，所述冷却水管中串联系统中冷却水流阻为各个部件流阻之和，水泵扬程P应大于等于系统总流阻；由于冷却水粘度随温度升高而减少，则系统流阻随温度升高而减小；因此，在计算系统总流阻需考虑冷却液在整车最大热负荷时的温升，以减少水泵不需要的余量设计，一般地，以系统目标温度的最小值—DC/DC&充电机进水温度T41为流阻的计算温度：
P＝P2+P4+P5+P6+P7
P2—散热器在流量q、冷却水温度T41时的流阻；P4—DC/DC&充电机在流量q、冷却水温度T41时的流阻；P5—电机控制器在流量q、冷却水温度T41时的流阻；P6—电机在流量q、冷却水温度T41时的流阻；P7—水壶在流量q、冷却水温度T41时的流阻。
优选的，所述水泵的性能参数如下：
在冷却液温度T41、扬程P时，流量大于等于q。
本发明提供散热器性能匹配计算方法，计算步骤如下：
整车中，设DC/DC&充电机发热量Qw4，电机控制器发热量Qw5,电机发热量Qw6.则系统的总发热量为：
Q＝Qw4+Qw5+Qw6
各个签发工况中，当Q有最大值Qmax时，整车车速为V；根据整车CFD仿真分析，可知在电子风扇转速最大及车速V的情况下，通过散热器的风速ν；散热器液温度按系统目标温度最小值—DC/DC&充电机进水温度T41，环境温度按40℃，则有散热器气液温差为ΔT＝T41-40℃。
优选的，所述则散热器的性能：在流量q、风速ν、气液温差T41-40℃的情况下，散热功率大于等于Qmax。
优选的，所述水泵为电子水泵，且电子水泵的型号为SKTD-8。
优选的，所述冷却水管经过待冷却部件的冷却水套，或冷却水管经过待冷却部件的部分形成为弯曲包裹。
优选的，所述散热器的一侧安装有支撑架，所述电子风扇通过螺栓固定在支撑架上。
优选的，所述水壶上还设置有加水口，且水壶上还安装有溢流阀。
本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种电动汽车电机冷却系统匹配计算方法，与现有技术相比，具有以下优点：
本发明不仅阐述电动汽车电机散热系统的冷却原理，且为电动车电机散热系统提供准确的性能匹配计算方法。包括电子水泵的性能匹配计算方法和散热器的性能匹配计算方法。
附图说明
图1为本发明的一种电机水冷系统的原理图。
图中：1电子风扇、2散热器、3水泵、4 DC/DC&充电机、5电机控制器、6电机、7水壶、8冷却水管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供了一种电动汽车电机冷却系统匹配计算方法，包括待冷却部件、散热系统以及连接待冷却部件于散热系统的冷却水管8，所述冷却水管8通过散热系统提供水循环动力源和热量传递，且冷却系统包括电子风扇1、对应于电子风扇1设置的散热器2和水泵3，所述冷却水管8经过待冷却部件形成循环水路，且待冷却部件包括DC/DC&充电机4、电机控制器5和电机6，所述冷却水管8经过待冷却部件，并且冷却水管8的端部分别与散热器2的进水口和出水口连通以各自形成循环水路。
较佳地，所述水泵3的性能匹配计算方法，计算步骤如下：
DC/DC&充电机4进水温度T41；出水目标温度T42；发热量Q4
电机控制器5进水温度T51；出水目标温度T52；发热量Q5
电机6进水温度T61；出水目标温度T62；发热量Q6
根据系统热阻计算公式，计算各发热部件散热需求流量:
式中ρ—冷却液的比重；cm—水的比热；Q—发热部件发热量；T2—发热部件出水目标温度；T1—发热部件进水温度；发热部件串联在散热系统中，整车中各个部件冷却水流量均相同，因此，以q＝max(q4,q5,q6)为系统流量设计依据。
较佳地，所述冷却水管8中串联系统中冷却水流阻为各个部件流阻之和，水泵扬程P应大于等于系统总流阻；由于冷却水粘度随温度升高而减少，则系统流阻随温度升高而减小；因此，在计算系统总流阻需考虑冷却液在整车最大热负荷时的温升，以减少水泵3不需要的余量设计，一般地，以系统目标温度的最小值—DC/DC&充电机4进水温度T41为流阻的计算温度：
P＝P2+P4+P5+P6+P7
P2—散热器2在流量q、冷却水温度T41时的流阻；P4—DC/DC&充电机4在流量q、冷却水温度T41时的流阻；P5—电机控制器5在流量q、冷却水温度T41时的流阻；P6—电机6在流量q、冷却水温度T41时的流阻；P7—水壶7在流量q、冷却水温度T41时的流阻。
较佳地，所述水泵3的性能参数如下：
在冷却液温度T41、扬程P时，流量大于等于q。
本发明提供散热器2性能匹配计算方法，计算步骤如下：
整车中，设DC/DC&充电机4发热量Qw4，电机控制器5发热量Qw5,电机6发热量Qw6.则系统的总发热量为：
Q＝Qw4+Qw5+Qw6
各个签发工况中，当Q有最大值Qmax时，整车车速为V；根据整车CFD仿真分析，可知在电子风扇1转速最大及车速V的情况下，通过散热器2的风速ν；散热器2液温度按系统目标温度最小值—DC/DC&充电机4进水温度T41，环境温度按40℃，则有散热器2气液温差为ΔT＝T41-40℃。
较佳地，所述则散热器2的性能：在流量q、风速ν、气液温差T41-40℃的情况下，散热功率大于等于Qmax。
较佳地，所述水泵3为电子水泵，且电子水泵的型号为SKTD-8。
较佳地，所述冷却水管8经过待冷却部件的冷却水套，或冷却水管8经过待冷却部件的部分形成为弯曲包裹。
通过采用上述技术方案，适用于对待冷却部件进行充分的热交换，实现待冷却部件的散热。
较佳地，所述散热器2的一侧安装有支撑架，所述电子风扇1通过螺栓固定在支撑架上。
通过采用上述技术方案，便于电子风扇1的安装固定，便于维护。
较佳地，所述水壶7上还设置有加水口，且水壶7上还安装有溢流阀。
工作原理或者结构原理：电子风扇1在车辆静止或低速时，为散热器2提供空气流动，强化散热器热对流；散热器2为交叉流动的非接触式气水散热器，通过热对流的方式把热量传递给空气；电子水泵为回转动力泵，在叶轮前造成低压，将入水口冷却水吸入水泵3，并通过叶轮获得动能，为散热系统提供水循环动力源；DC/DC&充电机4，电机控制器5，电机6均为散热系统的发热部件；水壶7为散热系统补液和储液，并及时排出散热系统中的气体；电子水泵作为冷却液循环的动力源使冷却液依次流经DC/DC&充电机4，电机控制器5和电机6，吸收其产生的热量；冷却液流经散热器2又将热量散发给大气，整个循环最终达到热平衡；本发明不仅阐述电动汽车电机散热系统的冷却原理，且为电动车电机散热系统提供准确的性能匹配计算方法。包括电子水泵的性能匹配计算方法和散热器的性能匹配计算方法。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电动汽车电机冷却系统匹配计算方法，包括待冷却部件、散热系统以及连接待冷却部件于散热系统的冷却水管(8)，其特征在于：所述冷却水管(8)通过散热系统提供水循环动力源和热量传递，且冷却系统包括电子风扇(1)、对应于电子风扇(1)设置的散热器(2)和水泵(3)，所述冷却水管(8)经过待冷却部件形成循环水路，且待冷却部件包括DC/DC&充电机(4)、电机控制器(5)和电机(6)，所述冷却水管(8)经过待冷却部件，并且冷却水管(8)的端部分别与散热器(2)的进水口和出水口连通以各自形成循环水路。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车电机冷却系统匹配计算方法，其特征在于：所述水泵(3)的性能匹配计算方法，计算步骤如下：
DC/DC&充电机(4)进水温度T41；出水目标温度T42；发热量Q4
电机控制器(5)进水温度T51；出水目标温度T52；发热量Q5
电机(6)进水温度T61；出水目标温度T62；发热量Q6
根据系统热阻计算公式，计算各发热部件散热需求流量:
式中ρ—冷却液的比重；cm—水的比热；Q—发热部件发热量；T2—发热部件出水目标温度；T1—发热部件进水温度；发热部件串联在散热系统中，整车中各个部件冷却水流量均相同，因此，以q＝max(q4,q5,q6)为系统流量设计依据。
3.根据权利要求2所述的一种电动汽车电机冷却系统匹配计算方法，其特征在于：所述冷却水管(8)中串联系统中冷却水流阻为各个部件流阻之和，水泵扬程P应大于等于系统总流阻；由于冷却水粘度随温度升高而减少，则系统流阻随温度升高而减小；因此，在计算系统总流阻需考虑冷却液在整车最大热负荷时的温升，以减少水泵(3)不需要的余量设计，一般地，以系统目标温度的最小值—DC/DC&充电机(4)进水温度T41为流阻的计算温度：
P＝P2+P4+P5+P6+P7
P2—散热器(2)在流量q、冷却水温度T41时的流阻；P4—DC/DC&充电机(4)在流量q、冷却水温度T41时的流阻；P5—电机控制器(5)在流量q、冷却水温度T41时的流阻；P6—电机(6)在流量q、冷却水温度T41时的流阻；P7—水壶(7)在流量q、冷却水温度T41时的流阻。
4.根据权利要求3所述的一种电动汽车电机冷却系统匹配计算方法，其特征在于：所述水泵(3)的性能参数如下：
在冷却液温度T41、扬程P时，流量大于等于q。
本发明提供散热器(2)性能匹配计算方法，计算步骤如下：
整车中，设DC/DC&充电机(4)发热量Qw4，电机控制器(5)发热量Qw5,电机(6)发热量Qw6.则系统的总发热量为：
Q＝Qw4+Qw5+Qw6
各个签发工况中，当Q有最大值Qmax时，整车车速为V；根据整车CFD仿真分析，可知在电子风扇(1)转速最大及车速V的情况下，通过散热器(2)的风速ν；散热器(2)液温度按系统目标温度最小值—DC/DC&充电机(4)进水温度T41，环境温度按40℃，则有散热器(2)气液温差为ΔT＝T41-40℃。
5.根据权利要求4所述的一种电动汽车电机冷却系统匹配计算方法，其特征在于：所述则散热器(2)的性能：在流量q、风速ν、气液温差T41-40℃的情况下，散热功率大于等于Qmax。
6.根据权利要求1所述的一种电动汽车电机冷却系统匹配计算方法，其特征在于：所述水泵(3)为电子水泵，且电子水泵的型号为SKTD-8。
7.根据权利要求1所述的一种电动汽车电机冷却系统匹配计算方法，其特征在于：所述冷却水管(8)经过待冷却部件的冷却水套，或冷却水管(8)经过待冷却部件的部分形成为弯曲包裹。
8.根据权利要求1所述的一种电动汽车电机冷却系统匹配计算方法，其特征在于：所述散热器(2)的一侧安装有支撑架，所述电子风扇(1)通过螺栓固定在支撑架上。
9.根据权利要求1所述的一种电动汽车电机冷却系统匹配计算方法，其特征在于：所述水壶(7)上还设置有加水口，且水壶(7)上还安装有溢流阀。
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