運(yùn)用KULI進(jìn)行某電動(dòng)車型冷卻系統(tǒng)開發(fā)

丁珺

(中國第一汽車股份有限公司天津技術(shù)開發(fā)分公司 300462 )

運(yùn)用KULI進(jìn)行某電動(dòng)車型冷卻系統(tǒng)開發(fā)

丁珺

(中國第一汽車股份有限公司天津技術(shù)開發(fā)分公司 300462 )

本文介紹了在開發(fā)某電動(dòng)車型時(shí)，運(yùn)用KULI軟件對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行一維模擬計(jì)算的過程。文章闡述了零部件選型、參數(shù)收集等過程，并通過合理運(yùn)用KULI軟件中的不同模塊建立了電動(dòng)車?yán)鋮s系統(tǒng)一維模型，模擬計(jì)算后證明了設(shè)計(jì)的合理性。

電動(dòng)車；冷卻系統(tǒng)；tKULI

1 概述

能源危機(jī)、全球變暖、環(huán)境污染等因素促使電動(dòng)汽車成為世界各國大力發(fā)展的對(duì)象。純電動(dòng)汽車的動(dòng)力總成由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、電機(jī)控制器、逆變器構(gòu)成，能源由動(dòng)力電池組提供。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、電機(jī)控制器、逆變器及動(dòng)力電池組都屬于發(fā)熱元件，需要足夠的冷卻，否則系統(tǒng)的安全將存在很大隱患，輕則電器停止工作，重則短路引起燃燒。

正在開發(fā)的某電動(dòng)車型是以某傳統(tǒng)燃油SUV車型為基礎(chǔ)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，原則上要保證與傳統(tǒng)車型零部件通用化率最大。冷卻系統(tǒng)考慮借用原車散熱器和風(fēng)扇，但需分析散熱量可否滿足需求。通過運(yùn)用KULI進(jìn)行熱平衡模擬，可較為準(zhǔn)確的評(píng)估系統(tǒng)的散熱情況，為開發(fā)初期的零部件選型提供有力參考，降低了開發(fā)成本，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2 設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)

首先需確定評(píng)價(jià)工況，根據(jù)電動(dòng)車的發(fā)熱特性，將評(píng)價(jià)工況確定為38℃下44 km/h、64 km/h、140 km/h及44℃下140 km/h四種工況，對(duì)應(yīng)的坡度分別為9%、6%、0%及0%。

之后確定設(shè)計(jì)目標(biāo)，電動(dòng)機(jī)、電機(jī)控制器、逆變器及車載充電器的最高許用工作溫度（進(jìn)水口）分別為70℃、65℃、80℃和80℃。

根據(jù)評(píng)價(jià)工況及計(jì)算所需，收集以下性能參數(shù)：電機(jī)水阻曲線見圖1，最大發(fā)熱量為9.7 kW；電機(jī)控制器水阻曲線見圖2，,最大發(fā)熱量為2.2 kW；車載充電器及逆變器的水阻曲線見圖3（OBC代表車載充電器，DCDC代表逆變器），車載充電器的最大放熱量為0.3 kW，逆變器的最大放熱量為0.2 kW。

圖1 電機(jī)水阻曲線

圖2 電機(jī)控制器水阻曲線

圖3 車載充電器及逆變器水阻曲線

3 KULI建模及計(jì)算

首先是KULI冷卻系統(tǒng)建模。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車僅有發(fā)動(dòng)機(jī)為發(fā)熱部件不同，電動(dòng)車發(fā)熱部件較多，且各發(fā)熱部件發(fā)熱量、許用工作溫度均不同，不能如傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車一樣進(jìn)行簡化?？紤]各發(fā)熱部件在計(jì)算中所涉及特性主要有散熱量、內(nèi)部液體流阻和外部空氣流阻三部分，決定使用Electro Heater（ fl uid）模塊模擬散熱量、內(nèi)部液體流阻特性，將外部空氣流阻合并入整體機(jī)艙流場的計(jì)算過程中并體現(xiàn)在Built-in resistance模塊中。

使用Electro Heater（fluid）模塊分別建立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)（MOTOR）、電機(jī)控制器（CONTROLLOR）、車載充電器（OBC）及逆變器（DCDC）模型，在模塊中的Pressure Loss頁面中選定Characteristic curve并輸入不同流量下的水阻值，在Heating capacity頁面中的Heating power（kW）一欄輸入所分析工況下的放熱量，需注意的是，任一分析工況都對(duì)應(yīng)不同放熱量，需根據(jù)分析工況的變化修改放熱量。

散熱器模型使用Radiator模塊建立，在主界面中定義外形尺寸及位置信息，在Inner flow頁面中定義內(nèi)部液體流阻特性，在Outer fl ow頁面中定義外部空氣流阻特性，在Heat transfer頁面中定義散熱量特性。

水路循環(huán)使用Water circle模塊建立，在主界面中定義溶液構(gòu)成、比例、許用溫度等參數(shù)，在Char.lines/Maps界面中定義流量，壓力損失及放熱量選擇Not de fi ned。

將Water circle、Radiator、OBC、DCDC、CONTROLLOR、MOTOR按循環(huán)方向順序連接構(gòu)成完整的水路循環(huán)。

電子風(fēng)扇模型使用Electric fan模塊建立，在主界面中定義外形尺寸及位置信息，在Characteristic curves頁面中定義流量-壓力損失特性，包括功率、轉(zhuǎn)速、空氣流量、壓力損失。

冷凝器模型使用Area resistance模塊建立，目的在于簡化空調(diào)系統(tǒng)為單純的放熱和阻力單元。在主界面中定義外形尺寸、位置信息及放熱量，在Pressure Loss界面中定義壓力損失特性。

使用CP value及Built-in resistance模塊定義整車的空氣阻力特性，參數(shù)值使用CAE計(jì)算結(jié)果。在Air side界面中將各零部件構(gòu)建成為完整的空氣流通路徑，至此就完成了模型的建立。

在Simul. param.界面中輸入上文的評(píng)價(jià)工況即可進(jìn)行模擬計(jì)算。需注意的是，各工況要依次逐一模擬，并且更換工況信息時(shí)要相應(yīng)修改各發(fā)熱模塊中的散熱量值。計(jì)算結(jié)果如表1所示。結(jié)果滿足要求，冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理。

表1 KULI計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)束語

KULI類的模擬計(jì)算軟件可幫助工程師在早期設(shè)計(jì)階段、試制樣機(jī)完成前就可較精確的模擬熱平衡過程，從而對(duì)冷卻系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)估，及早發(fā)現(xiàn)問題并采取有效措施，不僅縮短開發(fā)時(shí)間，也節(jié)省了開發(fā)經(jīng)費(fèi)。

[1]石俠紅，殷生岱.純電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)開發(fā).中國汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集，2013.

U463.9

A

丁珺（1989—），男，助理工程師，本科，研究方向?yàn)槠嚵悴考_發(fā)。