電動汽車電機控制器的散熱器散熱測試方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電動汽車電機控制器的散熱器的散熱控制技術領域，具體涉及一種電動汽車電機控制器的散熱器散熱測試方法。
【背景技術】
[0002]伴隨著能源危機的日益加劇以及環境問題的愈加突出，加之全世界汽車保有量及每年新添汽車的激增，以燃油為主要動力源的汽車，在消耗燃油的同時，也對環境造成了嚴重的污染。人們迫切希望能找到一種綠色環保能源來面對目前所處困境，汽車電動化由此受到汽車人的關注。從1800年Alessandro Volta發明了世界上第一塊電池，至1802年Dr.William Cruikshank設計了第一個便于生產制造的電池，到20世紀90年代鋰離子電池的問世，隨著人們對電池能源研究的愈加深入，電動汽車的市場化前景愈加明朗。在2014年中國新能源汽車的產銷量更是雙雙愈8萬(不包括低速電動汽車)。
[0003]整車控制器系統、電池和BMS(電池管理系統)、電機和電機控制器系統被稱為純電動汽車的三大難點技術。整車控制器這塊，經過傳統車的技術積累，目前已經能很好的解決，然而電機控制器這塊，設計一款高效率高穩定性低成本的電動汽車電機控制器技術難度還是很大的。電機控制器控制的作用是從電池中取得能量，而后控制并驅動電機實現電機的啟動、制動、加減速，它的性能直接影響著電動汽車電驅動系統的性能。然而作為其核心部件的IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)絕緣柵雙極性晶體管發熱密度極大，如果產生的熱量得不到良好的散失，極易將IGBT模組燒毀。根據相關文獻報道，由散熱不良而導致的IGBT模組溫度過髙并引起的IGBT模組失效損壞占所有IGBT模組損壞率的百分之五十五以上，由此可見IGBT模組的穩定高效運行離不開有效的散熱模塊設計。加之IGBT模組模塊價格昂貴(英飛凌車用級IGBT模組用于混合動力汽車20KW級的價格就在2千元人民幣以上)，研究電機控制器的散熱器技術對電動汽車控制器的高效穩定運行極為重要。
【發明內容】
[0004]針對上述技術問題，本發明提出了一種電動汽車電機控制器的散熱器散熱測試方法，該方法運用三維建模軟件和有限元分析工具，將散熱器的設計運用參數化工具對其散熱器模型關鍵尺寸參數化建模，而后運用流體動力學軟件ANSYS進行仿真、通過測試完成試驗，驗證仿真的正確性。再運用參數化優化工具對其散熱器結構進行優化，最終在達到滿足散熱的同時，減少散熱器的質量，達到高效散熱和輕量化的要求。
[0005]本發明的技術方案是:
一種電動汽車電機控制器的散熱器散熱測試方法，包括以下步驟:
對電機控制器散熱器系統進行三維設計，對散熱器系統進行三維參數化建模；
運用有限元軟件Ansyslcepak對散熱器系統進行有限元仿真，采用熱測試工具搭建熱測試系統，運用試驗對仿真進行驗證； 在測試驗證仿真的前提下，運用ANSYS軟件的優化模塊對散熱器系統的參數進行優化。
[0006]優選的，所述散熱器系統模型包括IGBT模塊、二極管、三氧化二鋁、導熱膠、銅⑶、焊錫、HEATSINK散熱器、風扇，并且對散熱器系統模型進行機械加工。
[0007]優選的，在保證仿真精度的前提下，對模型中的倒角、孔、尖角進行簡化。
[0008]優選的，所述參數包括尺寸參數和位置參數，包括散熱器HEATSINK的翅片的厚度、長度、間距、風扇到散熱器的距離和風扇的轉速。
[0009]優選的，所述步驟S03包括在ANSYS軟件中設定設計變量范圍以及設計目標函數范圍，然后進行優化，直到設計變量滿足設計目標函數時的參數為最優參數。
[0010]本發明的優點是:
仿真驅動創新，借助有限元軟件強大的功能算法以及計算機硬件技術的發展，運用仿真技術進行產品的研發，縮短產品開發周期，降低產品開發所需的人力和財力投入，增強了產品的可靠性和穩定性，加快了企業的研發效率，極大的提升企業產品的價值。
【附圖說明】
[0011]下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述:
圖1為本發明電動汽車電機控制器的散熱器散熱測試方法的流程圖；
圖2為本發明電動汽車電機控制器的散熱器散熱測試方法的運用仿真驅動優化流程圖。
【具體實施方式】
[0012]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面結合【具體實施方式】并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本發明的概念。
[0013]實施例:
下面結合附圖，對本發明的較佳實施例作進一步說明。
[0014]如圖1所示，該電動汽車電機控制器的散熱器散熱測試方法包括下列步驟:
第一步，按照傳統的散熱器設計流程對電機控制器散熱器系統進行三維設計，對散熱器系統進行三維參數化建模。
[0015]第二步，運用有限元軟件Ansyslcepak對散熱器系統進行有限元仿真，采用熱測試工具搭建熱測試系統，運用試驗對仿真進行驗證。
[0016]第三步，在測試驗證仿真的前提下，運用ANSYS軟件的優化模塊對散熱器系統的結構進行優化。
[0017]散熱器系統包括IGBT模塊、二極管D10ED、三氧化二鋁DBC(陶瓷)、導熱膠GREASE、銅⑶、焊錫、散熱器HEATSINK、風扇等，并且對散熱器系統進行了機械加工。
[0018]基于網格數量以及模型的復雜度，為了提高仿真的性價比，在保證仿真精度的前提下，對模型存在大量的倒角、孔、尖角進行了適當的簡化，去掉某些圓角、倒角、刪除定位孔等。
[0019]運用AnsysIcepak軟件為電子熱管理提供穩健強大的計算流體動力學(CFD)仿真功能以及具有強大的風扇以及材料數據庫，可以根據實際中試驗使用的風扇數據手冊(Datasheet)，對設計的模型、選定的風扇進行有限元仿真。
[0020]運用測試技術對在溫度梯度較大的點布置熱電偶傳感器，而后通過試驗按照仿真設置的邊界條件對系統進行試驗。在試驗驗證了仿真的可靠性以后，運用ANSYS的優化模塊對散熱器HEATSINK的翅片FIN的厚度、翅片FIN長度、翅片FIN的間距、風扇到散熱器的距離和風扇的轉速等進行優化，取得最優參數。
[0021 ]運用仿真驅動優化設計，優化步驟如圖2所示。
[0022]第一步，運用三維建模軟件，基于軟件參數化功能對模型的尺寸進行參數化建模。
[0023]第二步，運用有限元分析軟件對帶有參數的三維模型進行有限元仿真。
[0024]第三步，對仿真模型得到的結果進行分析，在軟件中設定設計變量范圍以及設計目標函數范圍。
[0025]第四步，運用優化算法對模型進行優化，直到設計變量滿足設計目標函數。
[0026]該設計方法可針對不同類型和型號的電動汽車電機控制器散熱器產品設計，僅僅通過修改基于參數化模型的尺寸參數或者位置參數便可以實現不同電機控制器散熱器的優化設計，在保證散熱的前提下，盡可能的降低散熱器的質量，達到提高散熱效能，輕量化的目的。
[0027]應當理解的是，本發明的上述【具體實施方式】僅僅用于示例性說明或解釋本發明的原理，而不構成對本發明的限制。因此，在不偏離本發明的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。此外，本發明所附權利要求旨在涵蓋落入所附權利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內的全部變化和修改例。
【主權項】
1.一種電動汽車電機控制器的散熱器散熱測試方法，其特征在于，包括以下步驟: SO1:對電機控制器散熱器系統進行三維設計，對散熱器系統進行三維參數化建模； S02:運用有限元軟件Ansyslcepak對散熱器系統進行有限元仿真，采用熱測試工具搭建熱測試系統，運用試驗對仿真進行驗證； S03:在測試驗證仿真的前提下，運用ANSYS軟件的優化模塊對散熱器系統的參數進行優化，取得最優參數。2.根據權利要求1所述的電動汽車電機控制器的散熱器散熱測試方法，其特征在于，所述散熱器系統模型包括IGBT模塊、二極管、三氧化二鋁、導熱膠、銅⑶、焊錫、HEATSINK散熱器、風扇，并且對散熱器系統模型進行機械加工。3.根據權利要求1所述的電動汽車電機控制器的散熱器散熱測試方法，其特征在于，在保證仿真精度的前提下，對模型中的倒角、孔、尖角進行簡化。4.根據權利要求1所述的電動汽車電機控制器的散熱器散熱測試方法，其特征在于，所述參數包括尺寸參數和位置參數，包括散熱器HEATSINK的翅片的厚度、長度、間距、風扇到散熱器的距離和風扇的轉速。5.根據權利要求1所述的電動汽車電機控制器的散熱器散熱測試方法，其特征在于，所述步驟S03包括在ANSYS軟件中設定設計變量范圍以及設計目標函數范圍，然后進行優化，直到設計變量滿足設計目標函數時的參數為最優參數。
【專利摘要】<b>本發明公開了一種電動汽車電機控制器的散熱器散熱測試方法，包括以下步驟：對電機控制器散熱器系統進行三維設計，對散熱器系統進行三維參數化建模；運用有限元軟件</b><b>AnsysIcepak</b><b>對散熱器系統進行有限元仿真，采用熱測試工具搭建熱測試系統，運用試驗對仿真進行驗證；在測試驗證仿真的前提下，運用</b><b>ANSYS</b><b>軟件的優化模塊對散熱器系統的參數進行優化。仿真驅動創新，借助有限元軟件強大的功能算法以及計算機硬件技術的發展，運用仿真技術進行產品的研發，縮短產品開發周期，降低產品開發所需的人力和財力投入，增強了產品的可靠性和穩定性，加快了企業的研發效率，極大的提升企業產品的價值。</b>
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105677947
【申請號】CN201511016086
【發明人】王月宏, 王秀銳, 任晨佳, 周偉波, 易興初
【申請人】清華大學蘇州汽車研究院（吳江）, 蘇州穆歐動力科技有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2015年12月31日