纯电动客车三电系统选型设计及其热管理分析

随着电动汽车迅速发展,适用于复杂环境条件下的强动力、高性能的三电系统应运而生,同时对三电系统的构成部件电机、控制器和电池提出越来越高的热保障需求,因此热管理设计与管控技术受到高度重视。本文针对纯电动客车的三电系统热管理开展研究,重点结合三电系统的匹配设计,系统研究其热管理设计方法、体系构建和性能控制分析,达到性能优化和安全管控目的。研究工作针对某款纯电动客车,进行三电系统选型匹配设计,再利用仿真设计方法对主要构件和总成进行热管理结构设计,并进行整车热管理系统优控分析,建立针对纯电动客车的高效节能热管理系统设计体系,并通过案例性能分析总结控制优化方法。本文首先根据目标设计车型的整车参数和性能设计目标进行动力性正向匹配计算,初步确定三电系统各部件主要性能参数。结合对纯电动客车三电系统部件的应用分析,初步完成电机、控制器和电池的选型设计。然后利用一维仿真软件AMESim搭建整车系统仿真平台,根据电动客车整车设计性能指标中的加速性能、爬坡性能和最高车速等相关设计要求,对三电系统各部件匹配设计的可靠性进行验证计算分析。本文根据三电系统各部件关键结构尺寸参数设计相应的冷却结构,结合一维仿真得到电机与控制器在额定工况下和电池系统在极限工况下的产热功率构建三维仿真热物理模型,分别验证电机、控制器和电池包冷却结构的散热效果。对满足相应工况下散热要求的冷却结构,在Fluent中通过利用UDF带入一维仿真得到NEDC工况下的产热功率构建瞬态热物理模型,仿真验证冷却结构在NEDC工况下的温控效果。利用AMESim搭建整车三电系统热管理平台,结合所设计的三电系统部件换热结构在三维仿真计算中所得的热性能参数,对整车三电系统热管理模型在极限工况下进行性能优化设计。分别分析水泵流量和风扇触发开关温度对电机和控制器冷却系统性能变化影响以及不同电池包热管理方式下的系统性能变化特点,并对三电系统热管理方案进行优化分析。结合电机与控制器冷却系统和电池包液冷热管理系统的性能特点,提出针对电动客车的整车液冷设计方案。