基于ansys workbench的电动汽车功率变换器冷却技术仿真研究

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1、分类号:TH1210710-2013225033专业硕士学位论文基于ANSYSWorkbench的电动汽车功率变换器冷却技术仿真研究牛云华导师姓名职称叶敏副教授专业学位类别申请学位类别硕士机械工程及领域名称论文提交日期2015年5月29日论文答辩日期2015年6月11日学位授予单位长安大学SimulationResearchfortheCoolingTechnologyofPowerConverterinElectricVehiclesBasedonANSYSWorkbenchAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：NiuYunhuaSupe

2、rvisor：AssociateProf.YeMinChang’anUniversity,Xi’an,ChinaI摘要电动汽车功率变换器安全可靠运行的重要保障是良好的散热条件，因此变换器中电子元器件的散热优化设计是该领域的研究热点之一。变换器的核心功率器件是IGBT，其功率损耗会产生温升，如果散热条件不良，温升超过允许的温度范围会导致功率变换器工作效率降低，影响电动汽车的续驶里程。目前，传统的功率变换器冷却系统的优化设计方法考虑的因素较少，未考虑冷却系统的节能降耗的问题，对电动汽车功率变换器的热稳定性和可靠性的提高有限。针对上述问题，本文在对电动汽车功率变换器热力学分析的基础上，考虑流-固耦合

3、传热的影响，对其冷却系统进行了优化设计。首先，阐述了功率变换器的组成结构及工作原理。其次，在电动汽车驱动和再生制动工况下，实验测试了通过功率变换器中IGBT的电流，电流为连续的三角波。利用实验所得的电流和相关公式计算了IGBT的热损耗。再次，应用ANSYSWorkbench有限元软件研究了IGBT的流-固耦合传热问题，并分别针对散热器散热翅片的厚度、散热翅片之间的间距、散热翅片的个数、IGBT之间的相对位置变化、散热器的结构尺寸等不同的情况进行热力学仿真分析。然后，采用ANSYSWorkbench/DesignExploration分析模块对散热器进行了多目标快速优化设计，选择了一组最佳设计点

4、。另外，选用强迫风冷的散热技术，计算风机的功率，匹配最佳的功率风机。最后，利用ANSYSWorkbench/UDF模块导入IGBT的热源条件，对优化的散热系统进行在线模拟，得到了散热系统在热源随时间连续变化时的温度分布情况，验证了本文的优化设计方案可行、有效，达到了节能降耗的目的，也为电动汽车功率变换器的热管理系统的优化设计奠定了基础。关键词：电动汽车，流-固耦合传热，优化设计，IGBT，ANSYSWorkbenchIIAbstractThegoodheatdissipationconditioncanguaranteethesafeandreliableoperationofpowercon

5、verterintheelectricvehicle.Therefore,theoptimizationdesignofcoolingfortheelectroniccomponentsontheconverterisoneofthehotspotstobefocusedon.ThecoreofpowerdeviceonthepowerconverterisIGBT.ThepowerlossofIGBTwillleadtotemperaturerising.Ifthecoolingconditionispoor,thetemperaturerisingwillbeoutofrangeofthe

6、allowedtemperaturewhichnotonlyreducetheefficiencyofpowerconverterbutalsoinfluencethetraveldistanceofelectriccars.However,atpresent,theconsiderationislessandsavingenergyandreducingconsumptionisnotconsideredinthemethodoftraditionaloptimizationdesignforthecoolingsystemofpowerconverter.Soitislimitedtoim

7、provethethermalstabilityandreliabilityofpowerconverterintheelectricvehicle.Aimingtoaboveproblems,theoptimizationdesignofthecoolingsystemiscarriedoutbasedonthethermomechanicalanalysisinthisthesis.Toimp