ZA00-ME100冷卻系統(tǒng)計(jì)算報(bào)告20220624

1、PAGE PAGE 9 編 號(hào)：冷卻系統(tǒng)計(jì)算報(bào)告工程名稱： ZA00-ME100純電動(dòng)微型客車設(shè)計(jì)開發(fā) 日期： 校對(duì)： 日期： 會(huì)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(dòng)車?yán)鋮s系統(tǒng)概述 PAGEREF _Toc296587252 h 1 HYPERLINK l _Toc296587253 1.2 電機(jī)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(jì)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(jì)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(xiàn) PAGEREF _Toc296587265 h 91 引言ZA00-ME100電動(dòng)車電機(jī)及控制器采用水冷系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)由散熱器、電子風(fēng)扇、冷卻管路、電動(dòng)水泵、電機(jī)和控制器水套構(gòu)成。本文通過(guò)對(duì)散熱器及水泵相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，來(lái)校核整個(gè)冷卻系統(tǒng)的冷卻能力。1.1 ZA00-ME100電動(dòng)車?yán)鋮s系統(tǒng)概述本系統(tǒng)為電機(jī)及其控制器冷卻系統(tǒng)，是在傳統(tǒng)

5、內(nèi)燃機(jī)汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的根底上，用電動(dòng)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(lái)設(shè)計(jì)的。電動(dòng)水泵將冷卻液增壓并且以一定流量泵入電機(jī)冷卻水套，冷卻液從電機(jī)控制器和電機(jī)水套壁周圍流過(guò)并且從水套壁吸熱而升溫；然后經(jīng)過(guò)散熱器進(jìn)水軟管流入散熱器；在散熱器中，冷卻液向流過(guò)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(shí)或冷卻風(fēng)扇工作時(shí)，空氣從散熱器周圍高速流過(guò)以增強(qiáng)對(duì)冷卻液的冷卻。與傳統(tǒng)汽車的冷卻系統(tǒng)相比，由于電機(jī)啟動(dòng)不需要內(nèi)燃機(jī)的暖機(jī)過(guò)程，所以不需要節(jié)溫器，因而冷卻水從水套中出來(lái)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(shí)，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(guò)副水箱的進(jìn)水管流入副水箱，防止散熱器內(nèi)部壓力過(guò)高。當(dāng)冷卻液溫度下降時(shí)，散熱器內(nèi)部壓強(qiáng)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(dòng)。1.2 電機(jī)冷卻系統(tǒng)的要求1電機(jī)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(jī)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(jī)和控制器水套的進(jìn)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(jī)及電機(jī)控制器工作時(shí)，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(gè)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(dòng)水泵采用1

7、2V 直流電，功率要小。6電動(dòng)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(jì)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(wú)刷直流電機(jī)水泵，該類型水泵的主要優(yōu)點(diǎn)為電源采用12V直流電源，電源要求適合于電動(dòng)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(jī)參數(shù)見(jiàn)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(jī)參數(shù)考慮到本工程車輛使用工況以及電機(jī)系統(tǒng)效率圖，可以得出不同工況下電機(jī)的最大散熱損失。工況電機(jī)轉(zhuǎn)速電機(jī)扭矩電機(jī)功率電機(jī)效率車速持續(xù)時(shí)間要求備注額定扭矩800806.700.816.07長(zhǎng)時(shí)間到達(dá)熱平衡，并且電機(jī)控制器出水口溫度不超過(guò)70，電機(jī)出水口溫度不超過(guò)90水溫暫定額定功率360079.58300.972.30長(zhǎng)時(shí)間到達(dá)熱平衡，并且電機(jī)控制器出水口溫度不超過(guò)70，電機(jī)出水口溫度不超過(guò)90峰值扭矩80024020.100.716.073分鐘電機(jī)控制器出水口溫度不超過(guò)70，電機(jī)出水口溫度不超過(guò)90峰值功率3600238.75900.8572.303分鐘電機(jī)控制器

9、出水口溫度不超過(guò)70，電機(jī)出水口溫度不超過(guò)90 表2. Z1E冷卻系統(tǒng)校核工況及要求由電機(jī)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(shí)，散熱量較大。故只需校核電機(jī)系統(tǒng)處于峰值功率和峰值扭矩兩種工況時(shí)的散熱需求。依據(jù)?汽車設(shè)計(jì)手冊(cè)?提供公式 Q=1.11.25Q式中：Q電機(jī)系統(tǒng)需要的散熱器最大散熱量，kJ/h； Q電機(jī)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(jī)系統(tǒng)處在峰值功率工況下：水套散熱量為電機(jī)總功率的15%，即Q=13.5kw Q=1.1 Q=14.85kw=53460kJ/h2假設(shè)電機(jī)系統(tǒng)處在峰值扭矩工況下，與上述計(jì)

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(shí)2700/h風(fēng)扇內(nèi)徑d=120mm相對(duì)于傳統(tǒng)汽車計(jì)算當(dāng)中的沸騰風(fēng)溫，由于電機(jī)冷卻系統(tǒng)最高溫度要求為76，此時(shí)冷卻水并未沸騰，我們將此時(shí)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(jì)手冊(cè)?提供公式式中：電機(jī)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(yàn)，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(shí)空氣溫度，通過(guò)公式計(jì)算式中：極限風(fēng)溫, =42散熱器進(jìn)出空氣溫差，按公式計(jì)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(yàn)公式，=8=1.29kg/(8)=10.32kg/s電機(jī)系統(tǒng)處于峰值功率工況時(shí)，Q=53460kJ/h，=6.48，=30.76，根據(jù)公式，計(jì)算電機(jī)系統(tǒng)需要散熱器散熱面積為=4.526.56電機(jī)系統(tǒng)處于峰值

12、扭矩工況時(shí)：Q=23879 kJ/h， =2.89，=32.55，計(jì)算得電機(jī)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(jī)系統(tǒng)散熱需求。3.2 風(fēng)扇參數(shù)計(jì)算校核3.2.1 風(fēng)扇外徑的校核依據(jù)?汽車設(shè)計(jì)手冊(cè)?，風(fēng)扇掃過(guò)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(jì)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(guò)的環(huán)行面積 Sm2： ，由以上計(jì)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(lái)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(shí)，風(fēng)扇的風(fēng)量2700， 電機(jī)系統(tǒng)處于峰值功率工況時(shí)，=53460kJ/h，=30.76，代入公式得=1341101%當(dāng)電機(jī)系統(tǒng)處于峰值扭矩工況時(shí)，與上述計(jì)算過(guò)程類似：=23879kJ/h，=26.55，計(jì)算得出=565.9；377%經(jīng)計(jì)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(jī)系統(tǒng)散熱需求。3.3 水泵參數(shù)計(jì)算為保證冷卻水在整個(gè)冷卻系統(tǒng)循環(huán)流動(dòng)，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(yáng)程，冷卻液在電機(jī)和控制器水套的進(jìn)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(shí)不需要到達(dá)熱平衡，因此當(dāng)水泵流量滿足=15.35L/min時(shí)，即可到達(dá)電機(jī)系統(tǒng)散熱需求。根據(jù)水泵廠家提供的揚(yáng)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(wú)刷直流水泵。該水泵的流量揚(yáng)程曲線如下：水泵的規(guī)格參數(shù)如下：型號(hào)電壓V電流A揚(yáng)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(zhǎng)，無(wú)需保養(yǎng)，體積小效率高，功耗低和耐高溫等特點(diǎn)。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(dòng)水泵在電機(jī)啟動(dòng)后就直接啟動(dòng)，此時(shí)可能冷卻系統(tǒng)內(nèi)水溫并未到達(dá)需要的限值，且在天氣寒冷情況下，電動(dòng)水泵也無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。水泵的長(zhǎng)期運(yùn)行對(duì)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(yùn)行。其控制策略如下： 內(nèi)容參數(shù)備注電機(jī)控制器溫度關(guān)系電機(jī)溫度水泵啟動(dòng)50或50溫度暫定水泵停止45與45空調(diào)未開啟時(shí)低速風(fēng)扇啟動(dòng)55或55低速風(fēng)扇停止50與50高速風(fēng)扇啟動(dòng)65或65高速風(fēng)扇停止60與60空調(diào)開啟時(shí)低速風(fēng)扇啟動(dòng)50或50低速風(fēng)扇停止45與45高速風(fēng)扇啟動(dòng)60或60高速風(fēng)扇停止55與55