ZA00-ME100冷卻系統(tǒng)計算報告20220624

1、PAGE PAGE 9 編 號：冷卻系統(tǒng)計算報告工程名稱： ZA00-ME100純電動微型客車設(shè)計開發(fā) 日期： 校對： 日期： 會簽： 日期： 日期： 日期： 海馬轎車2022年6月 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc296587251 1 引言 PAGEREF _Toc296587251 h 1 HYPERLINK l _Toc296587252 1.1 ZA00-ME100電動車?yán)鋮s系統(tǒng)概述 PAGEREF _Toc296587252 h 1 HYPERLINK l _Toc296587253 1.2 電機冷卻系統(tǒng)的要求 PAGEREF _Toc296

2、587253 h 1 HYPERLINK l _Toc296587254 2 部件選型 PAGEREF _Toc296587254 h 2 HYPERLINK l _Toc296587255 2.1 沿用件 PAGEREF _Toc296587255 h 2 HYPERLINK l _Toc296587256 2.2 新開發(fā)件 PAGEREF _Toc296587256 h 2 HYPERLINK l _Toc296587257 3 冷卻性能校核 PAGEREF _Toc296587257 h 2 HYPERLINK l _Toc296587258 3.1 散熱器散熱面積校核 PAGEREF

3、_Toc296587258 h 4 HYPERLINK l _Toc296587259 3.2 風(fēng)扇參數(shù)計算校核 PAGEREF _Toc296587259 h 5 HYPERLINK l _Toc296587260 3.2.1 風(fēng)扇外徑的校核 PAGEREF _Toc296587260 h 5 HYPERLINK l _Toc296587261 3.2.2 風(fēng)扇風(fēng)量的校核 PAGEREF _Toc296587261 h 6 HYPERLINK l _Toc296587262 3.3 水泵參數(shù)計算 PAGEREF _Toc296587262 h 7 HYPERLINK l _Toc296587

4、263 4 電子風(fēng)扇和水泵控制 PAGEREF _Toc296587263 h 8 HYPERLINK l _Toc296587264 5 結(jié)論 PAGEREF _Toc296587264 h 8 HYPERLINK l _Toc296587265 參 考 文 獻 PAGEREF _Toc296587265 h 91 引言ZA00-ME100電動車電機及控制器采用水冷系統(tǒng)，整個系統(tǒng)由散熱器、電子風(fēng)扇、冷卻管路、電動水泵、電機和控制器水套構(gòu)成。本文通過對散熱器及水泵相關(guān)參數(shù)的計算，來校核整個冷卻系統(tǒng)的冷卻能力。1.1 ZA00-ME100電動車?yán)鋮s系統(tǒng)概述本系統(tǒng)為電機及其控制器冷卻系統(tǒng)，是在傳統(tǒng)

5、內(nèi)燃機汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的根底上，用電動水泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)皮帶式水泵，利用原車的電子風(fēng)扇、散熱器還有水箱來設(shè)計的。電動水泵將冷卻液增壓并且以一定流量泵入電機冷卻水套，冷卻液從電機控制器和電機水套壁周圍流過并且從水套壁吸熱而升溫；然后經(jīng)過散熱器進水軟管流入散熱器；在散熱器中，冷卻液向流過散熱器周圍的空氣散熱而降溫；最后冷卻液經(jīng)散熱器出水軟管返回水泵，如此循環(huán)不已。在汽車行駛時或冷卻風(fēng)扇工作時，空氣從散熱器周圍高速流過以增強對冷卻液的冷卻。與傳統(tǒng)汽車的冷卻系統(tǒng)相比，由于電機啟動不需要內(nèi)燃機的暖機過程，所以不需要節(jié)溫器，因而冷卻水從水套中出來后直接流入散熱器。副水箱的作用為當(dāng)散熱器內(nèi)部水溫上升時，冷卻水由于熱脹

6、冷縮作用膨脹，系統(tǒng)壓力升高，局部冷卻水通過副水箱的進水管流入副水箱，防止散熱器內(nèi)部壓力過高。當(dāng)冷卻液溫度下降時，散熱器內(nèi)部壓強變低，冷卻液從副水箱內(nèi)部被吸入散熱器參與冷卻液的循環(huán)流動。1.2 電機冷卻系統(tǒng)的要求1電機在高功率的工作環(huán)境下，其冷卻液出口溫度不高于90；電機控制器在高功率的工作環(huán)境下，其冷卻液出口溫度不高于70；冷卻液在電機和控制器水套的進出水口的最大溫差 為6；綜合以上，冷卻系統(tǒng)最高水溫不高于76；水溫暫定2電機及電機控制器工作時，冷卻系統(tǒng)流量大于等于12L/min；3冷卻系統(tǒng)滿足持續(xù)性工作要求；4整個冷卻系統(tǒng)密封性要好，不許存在漏液現(xiàn)象；5為滿足整車電氣環(huán)境，要求電動水泵采用1

7、2V 直流電，功率要小。6電動水泵能夠在冷卻介質(zhì)溫度小于80的情況下正常工作。2 部件選型2.1 沿用件本系統(tǒng)擬定初步沿用原型車Z1冷卻系統(tǒng)的散熱器以及副水箱、電子風(fēng)扇，待計算分析之后再作相應(yīng)調(diào)整。2.2 新開發(fā)件水泵采用無刷直流電機水泵，該類型水泵的主要優(yōu)點為電源采用12V直流電源，電源要求適合于電動汽車的電氣環(huán)境，體積、噪聲小。3 冷卻性能校核由于擬定沿用原車散熱器以及電子風(fēng)扇，這里只需校核散熱器在匹配原電子風(fēng)扇的情況下，在新系統(tǒng)中能否滿足使用要求。系統(tǒng)采用的電機參數(shù)見表1：額定功率/kw30峰值功率/kw90額定轉(zhuǎn)矩/Nm80峰值轉(zhuǎn)矩/Nm240額定轉(zhuǎn)速/rpm3600峰值轉(zhuǎn)速/rpm7

8、200額定效率93% 表1.電機參數(shù)考慮到本工程車輛使用工況以及電機系統(tǒng)效率圖，可以得出不同工況下電機的最大散熱損失。工況電機轉(zhuǎn)速電機扭矩電機功率電機效率車速持續(xù)時間要求備注額定扭矩800806.700.816.07長時間到達熱平衡，并且電機控制器出水口溫度不超過70，電機出水口溫度不超過90水溫暫定額定功率360079.58300.972.30長時間到達熱平衡，并且電機控制器出水口溫度不超過70，電機出水口溫度不超過90峰值扭矩80024020.100.716.073分鐘電機控制器出水口溫度不超過70，電機出水口溫度不超過90峰值功率3600238.75900.8572.303分鐘電機控制器

9、出水口溫度不超過70，電機出水口溫度不超過90 表2. Z1E冷卻系統(tǒng)校核工況及要求由電機系統(tǒng)效率圖和校核工況，可以看出在峰值扭矩和峰值功率時，散熱量較大。故只需校核電機系統(tǒng)處于峰值功率和峰值扭矩兩種工況時的散熱需求。依據(jù)?汽車設(shè)計手冊?提供公式 Q=1.11.25Q式中：Q電機系統(tǒng)需要的散熱器最大散熱量，kJ/h； Q電機系統(tǒng)水套散熱量，KJ/h；系數(shù)輕型車和轎車取下限，中型以上的車輛和工程車取上限。這里系數(shù)取下限1.11電機系統(tǒng)處在峰值功率工況下：水套散熱量為電機總功率的15%，即Q=13.5kw Q=1.1 Q=14.85kw=53460kJ/h2假設(shè)電機系統(tǒng)處在峰值扭矩工況下，與上述計

10、算類似，可得出Q= 23878kJ/h原型車Z1冷卻系統(tǒng)參數(shù)如下：散熱器參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)散熱量151200kJ/h(42kw)散熱器芯子規(guī)格619.5mm357mm16mm冷卻水管尺寸1.5mm14.55mm散熱器芯子正面面積0.221散熱器散熱面積6.56風(fēng)扇參數(shù)風(fēng)扇風(fēng)葉直徑D=300mm風(fēng)扇風(fēng)量風(fēng)壓為4mmH2O時2700/h風(fēng)扇內(nèi)徑d=120mm相對于傳統(tǒng)汽車計算當(dāng)中的沸騰風(fēng)溫，由于電機冷卻系統(tǒng)最高溫度要求為76，此時冷卻水并未沸騰，我們將此時的臨界溫度稱為極限風(fēng)溫。參考汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的沸騰風(fēng)溫，極限風(fēng)溫的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)型冷卻系統(tǒng)為40?？紤]到冷凝器的影響，故最終極限風(fēng)溫取42。3.1 散熱器散熱面積校

11、核依據(jù)?汽車設(shè)計手冊?提供公式式中：電機需要的散熱器散熱面積，；k散熱系數(shù)，kJ/(),根據(jù)Z1散熱器的性能試驗，該散熱器k取為384.15kJ/()； 液氣平均溫差， 。式中：冷卻液極限溫度，這里取為76熱平衡時空氣溫度，通過公式計算式中：極限風(fēng)溫, =42散熱器進出空氣溫差，按公式計算式中：空氣定壓比熱， =1.0048kJ/kg質(zhì)量風(fēng)速，kg/s,其中空氣密度為=1.29kg/，據(jù)經(jīng)驗公式，=8=1.29kg/(8)=10.32kg/s電機系統(tǒng)處于峰值功率工況時，Q=53460kJ/h，=6.48，=30.76，根據(jù)公式，計算電機系統(tǒng)需要散熱器散熱面積為=4.526.56電機系統(tǒng)處于峰值

12、扭矩工況時：Q=23879 kJ/h， =2.89，=32.55，計算得電機系統(tǒng)所需散熱器散熱面積為：=1.916.56故得出所需散熱器面積小于原散熱器面積，原散熱器滿足電機系統(tǒng)散熱需求。3.2 風(fēng)扇參數(shù)計算校核3.2.1 風(fēng)扇外徑的校核依據(jù)?汽車設(shè)計手冊?，風(fēng)扇掃過的環(huán)形面積占散熱器芯子正面面積的百分比應(yīng)大于45。設(shè)計方案中確定的風(fēng)扇直徑D為300mm，風(fēng)扇內(nèi)徑d為120mm。那么風(fēng)扇掃過的環(huán)行面積 Sm2： ，由以上計算可知，風(fēng)扇外徑可以滿足要求。 風(fēng)扇風(fēng)量的校核按下式來校核風(fēng)扇的風(fēng)量,()式中：散熱器最大散熱量，kJ/h空氣密度，=1.29空氣定壓比熱， =1.0048kJ/kg液氣平均

13、溫差，由風(fēng)扇參數(shù)，風(fēng)壓為4mmH2o時，風(fēng)扇的風(fēng)量2700， 電機系統(tǒng)處于峰值功率工況時，=53460kJ/h，=30.76，代入公式得=1341101%當(dāng)電機系統(tǒng)處于峰值扭矩工況時，與上述計算過程類似：=23879kJ/h，=26.55，計算得出=565.9；377%經(jīng)計算得出系統(tǒng)所需風(fēng)量小于風(fēng)扇風(fēng)量，故原風(fēng)扇風(fēng)量滿足電機系統(tǒng)散熱需求。3.3 水泵參數(shù)計算為保證冷卻水在整個冷卻系統(tǒng)循環(huán)流動，將熱量源源不斷帶出并散發(fā)掉，適宜的水泵選擇是必要的。水泵的選擇主要包括水泵的流量和揚程，冷卻液在電機和控制器水套的進出水口的溫差 為6；式中，水的密度；=1.0；水的定壓比熱；=1.2；水泵流量；=；峰值

14、功率工況下：=34.37L/min峰值扭矩工況下：=15.35L/min考慮到峰值功率和峰值扭矩工況時不需要到達熱平衡，因此當(dāng)水泵流量滿足=15.35L/min時，即可到達電機系統(tǒng)散熱需求。根據(jù)水泵廠家提供的揚程與流量變化曲線，初步選定采用深圳中科世紀(jì)科技的DC50D-1240無刷直流水泵。該水泵的流量揚程曲線如下：水泵的規(guī)格參數(shù)如下：型號電壓V電流A揚程m開口流量L/H功率(W)DC50D-1240123.84.00200045.6該水泵還具有壽命長，無需保養(yǎng)，體積小效率高，功耗低和耐高溫等特點。故該水泵可以滿足系統(tǒng)的散熱要求。4 電子風(fēng)扇和水泵控制電動水泵在電機啟動后就直接啟動，此時可能冷卻系統(tǒng)內(nèi)水溫并未到達需要的限值，且在天氣寒冷情況下，電動水泵也無需長時間運行。水泵的長期運行對其壽命也有較大影響。并且由于沿用Z1的散熱器和電子風(fēng)扇，散熱器的散熱量和風(fēng)量遠遠大于系統(tǒng)需要量，故準(zhǔn)備為其增加一套控制電路，控制水泵和風(fēng)扇的運行。其控制策略如下： 內(nèi)容參數(shù)備注電機控制器溫度關(guān)系電機溫度水泵啟動50或50溫度暫定水泵停止45與45空調(diào)未開啟時低速風(fēng)扇啟動55或55低速風(fēng)扇停止50與50高速風(fēng)扇啟動65或65高速風(fēng)扇停止60與60空調(diào)開啟時低速風(fēng)扇啟動50或50低速風(fēng)扇停止45與45高速風(fēng)扇啟動60或60高速風(fēng)扇停止55與55