摘 要

现如今，汽车保有量不断上涨，世界范围内对石油的需求急剧增加，大量的燃油消耗和石油化工，使石油这一不可再生能源在以很高的加速度锐减。能源短缺已成为现今各国都需面对的严峻问题，随之而来，由于传统内燃机等造成的环境污染、气候异常给人类带来了巨大的压力。于是，清洁、高效和节能的电动汽车成为国内外研究的热点。其中，则对电动机控制器的设计提出了更高的要求，电动机控制器中IGBT等模块由于元器件集成度高，单位体积下的热耗散极大，在大电流等情况下具有高发热量，严重影响电机控制器的稳定性和可靠性，此时如何降低控制器的热量，提高控制器散热效率则成为了电机控制器设计的重要内容。

为观察和研究电动机控制器的液冷系统，本文运用传热学、流体力学理论，在建立冷却系统的管路模型后，进行了仿真模拟计算。仿真结果显示，散热器模型在控制器中效果显著，温度保持在功率模块适宜温度范围。在这之后，根据相关理论，对模型进行了充分的改进，合理利用资源，尝试新的水道布置结构，详细比对仿真结果，较之初始设计，具有明显进步。

关键词：电动机控制器；液冷系统；IGBT模块；仿真分析；优化

ABSTRACT

Nowadays, the number of car ownership keeps rising. The world's demand for oil has increased dramatically. A lot of fuel consumption and petrochemical industry have made petroleum, a non-renewable energy source, drastically reduce at a high rate of acceleration.Energy shortage has become a serious problem that all countries in the world have to face. As a result, environmental pollution and climate anomalies caused by traditional internal combustion engines have brought tremendous pressure on humankind.As a result, clean, efficient and energy-saving electric vehicles have become a hot topic at home and abroad.Among them, the design of motor controller put forward higher requirements. Because of the high integration of components and devices, high heat dissipation per unit volume, the IGBT module in motor controller has high heat output under the condition of high current and so on. The stability and reliability of the motor controller are seriously affected.

In order to observe and study the liquid-cooling system of the motor controller, the theory of heat transfer and hydrodynamics was used in this paper. After the pipe model of the cooling system was established, the simulation calculation was carried out. The simulation results show that the radiator model had a remarkable effect in the controller, and the temperature was kept in the suitable temperature range of the power module. After this, according to the relevant theories, the model was fully improved, the resources were rationally used, new waterway layout structures were tried, and the simulation results were compared in detail. Compared with the initial design, there was a significant improvement.

Keywords: motor controller; liquid cooling system; IGBT module; simulation analysis; optimization

目录

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2课题研究意义 2

1.3国内外研究现状 2

1.4主要研究内容与技术路线 3

1.4.1研究内容 3

1.4.2技术路线 4

第2章 散热分析相关理论及控制器主要热源功耗 5

2.1散热分析理论基础 5

2.1.1传热方式 5

2.1.1散热设计的要求及准则 6

2.2基本控制方程 7

2.3控制器主要热源的热损耗 7

2.3.1通态损耗的计算 8

2.3.2开关损耗的计算 8

2.3.3总损耗的计算 8

2.4本章小结 9

第3章 液冷系统设计与仿真 10

3.1电动机控制器结构 10

3.2水冷散热器设计 10

3.3FLUENT软件简介 11

3.4网格划分 12

3.4.1网格划分概述 12

3.4.2网格设置 12

3.5仿真参数设定 13

3.5.1基本参数假定 13

3.5.2模型材料 14

3.6仿真求解计算 15

3.6.1收敛定义 15

3.6.2仿真计算 15

3.7仿真结果分析 16

3.8本章小结 17

第4章 水冷散热器的优化分析 18

4.1水道结构优化 18

4.2仿真结果分析 19

4.3本章小结 21

第5章 总结与展望 22

5.1总结 22

5.2展望 22

参考文献 24

致谢 25

第1章 绪论

1.1课题研究背景

二十一世纪以来，我国汽车行业进入高速发展的阶段，各种汽车新理念层出不穷，汽车销量不断走高。中国的汽车行业正在以势不可挡的姿态快速崛起，汽车工在世界范围内已成为一股不可忽视的力量。

汽车工业的不断发展促进了经济的繁荣，但随之而来的还有石油资源日益减少，环境污染问题逐渐严重。为了应对能源危机，摆脱对于传统化石能源的依赖，世界各国都大力研究发展新能源技术。各国的大力发展，使得新能源产业与技术越来越成为衡量国家综合实力的重要指标，同时也成为了国家发展的重要立足点。

在我国，石油消耗速率远高于石油的生产速率，其供需矛盾问题越来越严重，石油的进口量常年居高不下，并且还在大幅度提升。我国自从二十世纪90年代成为石油净进口国以来，原油进口量大幅增加，对外依赖越来越明显，直至近几年，中国的原油对外依赖度一度高于50%，这已超过国际上公认的原油对外依赖度警戒线。然而中国的工业化进程还会不断加快，汽车工业的发展也将随之加快，未来我国的石油需求必然保持更加旺盛的状态，供需矛盾也将更加严重。因此，为缓解供需矛盾，保障国家汽车工业的可持续发展，发展新能源势在必行。

新能源的发展不但在于为汽车工业增添生命力，还在于为人类所处环境提供更好的保障。能源问题不仅是汽车行业的核心问题，更是人类发展进步的核心问题，传统化石燃料极大地制约了工业的进步，为了寻求突破，新能源的发展至关重要。能源问题带来的环境污染，在新能源的发展中得到了极大地改善，与传统化石燃料相区别的是，新能源在其使用过程中大幅降低了废气污染物的排放，取而代之的是更多可持续利用的使用剩余物，新能源汽车正在走向无污染零排放的道路，其中，清洁、高效和节能的电动汽车成为新能源汽车发展的重要方向。