CN105677947A - 电动汽车电机控制器的散热器散热测试方法 - Google Patents

电动汽车电机控制器的散热器散热测试方法 Download PDF

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王秀锐
任晨佳
周伟波
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Abstract

<b>本发明公开了一种电动汽车电机控制器的散热器散热测试方法，包括以下步骤：对电机控制器散热器***进行三维设计，对散热器***进行三维参数化建模；运用有限元软件</b><b>AnsysIcepak</b><b>对散热器***进行有限元仿真，采用热测试工具搭建热测试***，运用试验对仿真进行验证；在测试验证仿真的前提下，运用</b><b>ANSYS</b><b>软件的优化模块对散热器***的参数进行优化。仿真驱动创新，借助有限元软件强大的功能算法以及计算机硬件技术的发展，运用仿真技术进行产品的研发，缩短产品开发周期，降低产品开发所需的人力和财力投入，增强了产品的可靠性和稳定性，加快了企业的研发效率，极大的提升企业产品的价值。</b>

Description

电动汽车电机控制器的散热器散热测试方法
技术领域
本发明属于电动汽车电机控制器的散热器的散热控制技术领域，具体涉及一种电动汽车电机控制器的散热器散热测试方法。
背景技术
伴随着能源危机的日益加剧以及环境问题的愈加突出，加之全世界汽车保有量及每年新添汽车的激增，以燃油为主要动力源的汽车，在消耗燃油的同时，也对环境造成了严重的污染。人们迫切希望能找到一种绿色环保能源来面对目前所处困境，汽车电动化由此受到汽车人的关注。从1800年AlessandroVolta发明了世界上第一块电池，至1802年Dr.WilliamCruikshank设计了第一个便于生产制造的电池，到20世纪90年代锂离子电池的问世，随着人们对电池能源研究的愈加深入，电动汽车的市场化前景愈加明朗。在2014年中国新能源汽车的产销量更是双双愈8万（不包括低速电动汽车）。
整车控制器***、电池和BMS(电池管理***)、电机和电机控制器***被称为纯电动汽车的三大难点技术。整车控制器这块，经过传统车的技术积累，目前已经能很好的解决，然而电机控制器这块，设计一款高效率高稳定性低成本的电动汽车电机控制器技术难度还是很大的。电机控制器控制的作用是从电池中取得能量，而后控制并驱动电机实现电机的启动、制动、加减速，它的性能直接影响着电动汽车电驱动***的性能。然而作为其核心部件的IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)绝缘栅双极性晶体管发热密度极大，如果产生的热量得不到良好的散失，极易将IGBT模组烧毁。根据相关文献报道，由散热不良而导致的IGBT模组温度过髙并引起的IGBT模组失效损坏占所有IGBT模组损坏率的百分之五十五以上，由此可见IGBT模组的稳定高效运行离不开有效的散热模块设计。加之IGBT模组模块价格昂贵（英飞凌车用级IGBT模组用于混合动力汽车20KW级的价格就在2千元人民币以上），研究电机控制器的散热器技术对电动汽车控制器的高效稳定运行极为重要。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出了一种电动汽车电机控制器的散热器散热测试方法，该方法运用三维建模软件和有限元分析工具，将散热器的设计运用参数化工具对其散热器模型关键尺寸参数化建模，而后运用流体动力学软件ANSYS进行仿真、通过测试完成试验，验证仿真的正确性。再运用参数化优化工具对其散热器结构进行优化，最终在达到满足散热的同时，减少散热器的质量，达到高效散热和轻量化的要求。
本发明的技术方案是：
一种电动汽车电机控制器的散热器散热测试方法，包括以下步骤：
对电机控制器散热器***进行三维设计，对散热器***进行三维参数化建模；
运用有限元软件AnsysIcepak对散热器***进行有限元仿真，采用热测试工具搭建热测试***，运用试验对仿真进行验证；
在测试验证仿真的前提下，运用ANSYS软件的优化模块对散热器***的参数进行优化。
优选的，所述散热器***模型包括IGBT模块、二极管、三氧化二铝、导热胶、铜CU、焊锡、HEATSINK散热器、风扇，并且对散热器***模型进行机械加工。
优选的，在保证仿真精度的前提下，对模型中的倒角、孔、尖角进行简化。
优选的，所述参数包括尺寸参数和位置参数，包括散热器HEATSINK的翅片的厚度、长度、间距、风扇到散热器的距离和风扇的转速。
优选的，所述步骤S03包括在ANSYS软件中设定设计变量范围以及设计目标函数范围，然后进行优化，直到设计变量满足设计目标函数时的参数为最优参数。
本发明的优点是：
仿真驱动创新，借助有限元软件强大的功能算法以及计算机硬件技术的发展，运用仿真技术进行产品的研发，缩短产品开发周期，降低产品开发所需的人力和财力投入，增强了产品的可靠性和稳定性，加快了企业的研发效率，极大的提升企业产品的价值。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明电动汽车电机控制器的散热器散热测试方法的流程图；
图2为本发明电动汽车电机控制器的散热器散热测试方法的运用仿真驱动优化流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例：
下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步说明。
如图1所示，该电动汽车电机控制器的散热器散热测试方法包括下列步骤：
第一步，按照传统的散热器设计流程对电机控制器散热器***进行三维设计，对散热器***进行三维参数化建模。
第二步，运用有限元软件AnsysIcepak对散热器***进行有限元仿真，采用热测试工具搭建热测试***，运用试验对仿真进行验证。
第三步，在测试验证仿真的前提下，运用ANSYS软件的优化模块对散热器***的结构进行优化。
散热器***包括IGBT模块、二极管DIOED、三氧化二铝DBC（陶瓷）、导热胶GREASE、铜CU、焊锡、散热器HEATSINK、风扇等，并且对散热器***进行了机械加工。
基于网格数量以及模型的复杂度，为了提高仿真的性价比，在保证仿真精度的前提下，对模型存在大量的倒角、孔、尖角进行了适当的简化，去掉某些圆角、倒角、删除定位孔等。
运用AnsysIcepak软件为电子热管理提供稳健强大的计算流体动力学（CFD）仿真功能以及具有强大的风扇以及材料数据库，可以根据实际中试验使用的风扇数据手册（Datasheet），对设计的模型、选定的风扇进行有限元仿真。
运用测试技术对在温度梯度较大的点布置热电偶传感器，而后通过试验按照仿真设置的边界条件对***进行试验。在试验验证了仿真的可靠性以后，运用ANSYS的优化模块对散热器HEATSINK的翅片FIN的厚度、翅片FIN长度、翅片FIN的间距、风扇到散热器的距离和风扇的转速等进行优化，取得最优参数。
运用仿真驱动优化设计，优化步骤如图2所示。
第一步，运用三维建模软件，基于软件参数化功能对模型的尺寸进行参数化建模。
第二步，运用有限元分析软件对带有参数的三维模型进行有限元仿真。
第三步，对仿真模型得到的结果进行分析，在软件中设定设计变量范围以及设计目标函数范围。
第四步，运用优化算法对模型进行优化，直到设计变量满足设计目标函数。
该设计方法可针对不同类型和型号的电动汽车电机控制器散热器产品设计，仅仅通过修改基于参数化模型的尺寸参数或者位置参数便可以实现不同电机控制器散热器的优化设计，在保证散热的前提下，尽可能的降低散热器的质量，达到提高散热效能，轻量化的目的。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (5)

1.一种电动汽车电机控制器的散热器散热测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：对电机控制器散热器***进行三维设计，对散热器***进行三维参数化建模；
S02：运用有限元软件AnsysIcepak对散热器***进行有限元仿真，采用热测试工具搭建热测试***，运用试验对仿真进行验证；
S03：在测试验证仿真的前提下，运用ANSYS软件的优化模块对散热器***的参数进行优化，取得最优参数。
2.根据权利要求1所述的电动汽车电机控制器的散热器散热测试方法，其特征在于，所述散热器***模型包括IGBT模块、二极管、三氧化二铝、导热胶、铜CU、焊锡、HEATSINK散热器、风扇，并且对散热器***模型进行机械加工。
3.根据权利要求1所述的电动汽车电机控制器的散热器散热测试方法，其特征在于，在保证仿真精度的前提下，对模型中的倒角、孔、尖角进行简化。
4.根据权利要求1所述的电动汽车电机控制器的散热器散热测试方法，其特征在于，所述参数包括尺寸参数和位置参数，包括散热器HEATSINK的翅片的厚度、长度、间距、风扇到散热器的距离和风扇的转速。
5.根据权利要求1所述的电动汽车电机控制器的散热器散热测试方法，其特征在于，所述步骤S03包括在ANSYS软件中设定设计变量范围以及设计目标函数范围，然后进行优化，直到设计变量满足设计目标函数时的参数为最优参数。
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