燃料電池汽車電機(jī)冷卻模塊設(shè)計
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江 蘇 大 學(xué) 京 江 學(xué) 院
學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
一、基本情況
課題
情況
課題名稱
燃料電池汽車電機(jī)冷卻模塊設(shè)計
課題來源
項目課題
開題時間
2019.3.13
計劃完成時間
2019.6.5
課題承擔(dān)人(學(xué)生)情況
學(xué)生姓名
廖家俊
性 別
男
在讀學(xué)歷
本科
入學(xué)時間
2015.8
畢業(yè)時間
2019.6
所學(xué)專業(yè)
車輛工程
指導(dǎo)教師情況
教師姓名
胡東海
職稱
講師
畢業(yè)院校
所學(xué)專業(yè)
主要教學(xué)任務(wù)
研究方向
燃料電池
注:課題來源指自選課題,還是項目課題。項目課題課題要注明項目的名稱及來源。
二、課題的背景分析(課題所涉及問題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀綜述,不少于1500字)
電機(jī)工作時會產(chǎn)生大量的熱,需要及時排出,目前水套機(jī)殼主要采用整體鑄造,卷板焊接等工藝,但由于水套的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致其生產(chǎn)效率不高,加工精度差,工藝成本較
高,外型不美觀等問題。具體存在如下缺陷:整體鑄造水套機(jī)殼由于水道結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其成
型后清砂困難,從而影響機(jī)殼與冷卻液的熱交換能力。卷板焊接水套機(jī)殼需要進(jìn)行焊
接,焊后需要進(jìn)行退火消應(yīng)力處理,且焊縫處容易出線裂紋、未焊透、夾渣、氣孔和
起瘤等問題印象水套的密封性及美觀度。在國內(nèi)水冷電機(jī)中,機(jī)座水冷腔大多采用光滑水冷空腔,或采用蛇形溝槽水冷腔。對于機(jī)座采用光滑水冷腔的電機(jī),由于散熱面積小,機(jī)座強(qiáng)度低,使得電機(jī)輸出功率僅提高40%。對于機(jī)座采用蛇形溝槽水冷腔的電機(jī),雖然能較好地解決機(jī)座強(qiáng)度問題,但其散熱面積仍然較小,使得電機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量不能充分的得到傳遞,限制了電機(jī)散熱效率的提高,因此限制了電機(jī)輸出功率的提高。
新能源汽車產(chǎn)業(yè)作為我國汽車工業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略,能夠有效地解決日益嚴(yán)峻的能源危機(jī)與環(huán)境污染問題。驅(qū)動電機(jī)作為燃料電池汽車唯一的動力源,其可靠性直接影響著燃料電池汽車的性能。目前,新能源汽車的發(fā)展,因其綠色環(huán)保的概念而得到了各國政府的大力支持,各國紛紛出臺新能源汽車相關(guān)政策。新能源汽車,主要是以電驅(qū)動汽車為核心,電機(jī)是電驅(qū)動汽車的動力來源,也是驅(qū)動系統(tǒng)中發(fā)熱量較高的部件。因此,高效合理的散熱設(shè)計,是保證電機(jī)可靠運(yùn)行的必要條件。一般的,傳統(tǒng)的散熱方式是自然風(fēng)冷,強(qiáng)制和風(fēng)冷和強(qiáng)制水冷三種方式,風(fēng)冷主要是對小功率的電機(jī)產(chǎn)品,對大功率的電機(jī),目前廣泛采用強(qiáng)制水冷,而冷卻水套是主要水冷方式。為了防止由于溫度過高的原因使得電機(jī)永磁體產(chǎn)生退磁現(xiàn)象,甚至影響到電機(jī)及其控制器的壽命和整車安全性,驅(qū)動電機(jī)及其控制系統(tǒng)的溫度控制顯得尤為重要。因此,對燃料電池汽車驅(qū)電機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行合理的匹配并制定科學(xué)有效的控制策略具有重要工程實際意義
本課題對燃料電池汽車用驅(qū)動電機(jī)的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化匹配設(shè)計,完成驅(qū)動電機(jī)冷卻系統(tǒng)溫度控制子模塊的開發(fā),以完善整車控制策略。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是保證在燃料電池汽車使用過程中電機(jī)的溫度始終處于合理的范圍內(nèi),避免因電機(jī)溫升問題而產(chǎn)生的永磁體退磁現(xiàn)象,延長電機(jī)使用壽命,提高燃料電池汽車的運(yùn)行可靠性。同時,盡量減少冷卻系統(tǒng)工作過程中的能量損耗,提高能量利用率。
為了保證燃料電池汽車驅(qū)動電機(jī)能夠安全可靠地運(yùn)行,本文主要工作是根據(jù)驅(qū)動電機(jī)布置形式和整車行駛工況,完成電機(jī)產(chǎn)熱機(jī)理分析和產(chǎn)熱散熱計算、電機(jī)冷卻系統(tǒng)主要部件的匹配計算、選型及校核等工作。
三、課題的研究價值(課題的價值及實際指導(dǎo)意義)
當(dāng)前,能源危機(jī)和環(huán)境污染已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)問題,世界上主要汽車生產(chǎn)國相繼出臺了一系列的燃料電池汽車汽車發(fā)展戰(zhàn)略。燃料電池汽車因具有零排放、低噪音等突出特點(diǎn)也成為各大汽車生產(chǎn)商著重發(fā)展的車型。驅(qū)動電機(jī)作為燃料電池汽車唯一的動力源,其性能和使用壽命對整車可靠性及安全性有著極為重要的影響,電機(jī)在使用過程中產(chǎn)生的熱量如果不能及時散發(fā),會使得電機(jī)溫度急劇升高,導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子中永磁體因受熱而產(chǎn)生不可逆的退磁現(xiàn)象,降低驅(qū)動電機(jī)的性能,影響永磁同步電機(jī)的使用壽命,增加整車使用成本。同時,溫度過高還會使得電機(jī)絕緣材料發(fā)生本質(zhì)變化,失去絕緣能力。此外,電機(jī)控制器中一些電子元件和模塊如 IGBT 模塊、主控板、電源板等,也會因溫度過高而影響使用壽命,有時甚至?xí)乖龤?。因此,設(shè)計有效的冷卻系統(tǒng)對保證驅(qū)動電機(jī)和控制器正常工作、燃料電池汽車整車運(yùn)行的安全性和可靠性都具有極為重要的實際意義
本課題對燃料電池汽車用驅(qū)動電機(jī)的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化匹配設(shè)計,完成驅(qū)動電機(jī)冷卻系統(tǒng)溫度控制子模塊的開發(fā),以完善整車控制策略。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是保證在燃料電池汽車使用過程中電機(jī)的溫度始終處于合理的范圍內(nèi),避免因電機(jī)溫升問題而產(chǎn)生的永磁體退磁現(xiàn)象,延長電機(jī)使用壽命,提高燃料電池汽車的運(yùn)行可靠性。同時,盡量減少冷卻系統(tǒng)工作過程中的能量損耗,提高能量利用率。
本文主要研究目的是分析驅(qū)動電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及產(chǎn)熱機(jī)理,并結(jié)合具體使用工況,對電機(jī)的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行匹配設(shè)計,制定有效的溫度控制策略,避免電機(jī)永磁體退磁現(xiàn)象的發(fā)生,提高永磁同步電機(jī)使用壽命和整車的使用可靠性及安全性。
由于燃料電池汽車驅(qū)動電機(jī)散熱環(huán)境的特殊性,電機(jī)的溫度控制對冷卻系統(tǒng)有較高的要求。因此,結(jié)合電機(jī)布置方案和電動車行駛工況,設(shè)計有效的冷卻系統(tǒng)和控制策略對于驅(qū)動電機(jī)工作可靠性顯得尤為重要。
四、課題的實施方案
1、課題的主要論點(diǎn)和擬采用的研究方法
新能源汽車產(chǎn)業(yè)作為我國汽車工業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略,能夠有效地解決日益嚴(yán)峻的能源危機(jī)與環(huán)境污染問題。驅(qū)動電機(jī)作為燃料電池汽車唯一的動力源,其可靠性直接影響著燃料電池汽車的性能。目前,新能源汽車的發(fā)展,因其綠色環(huán)保的概念而得到了各國政府的大力支持,各國紛紛出臺新能源汽車相關(guān)政策。新能源汽車,主要是以電驅(qū)動汽車為核心,電機(jī)是電驅(qū)動汽車的動力來源,也是驅(qū)動系統(tǒng)中發(fā)熱量較高的部件。因此,高效合理的散熱設(shè)計,是保證電機(jī)可靠運(yùn)行的必要條件。一般的,傳統(tǒng)的散熱方式是自然風(fēng)冷,強(qiáng)制和風(fēng)冷和強(qiáng)制水冷三種方式,風(fēng)冷主要是對小功率的電機(jī)產(chǎn)品,對大功率的電機(jī),目前廣泛采用強(qiáng)制水冷,而冷卻水套是主要水冷方式。為了防止由于溫度過高的原因使得電機(jī)永磁體產(chǎn)生退磁現(xiàn)象,甚至影響到電機(jī)及其控制器的壽命和整車安全性,驅(qū)動電機(jī)及其控制系統(tǒng)的溫度控制顯得尤為重要。因此,對燃料電池汽車驅(qū)電機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行合理的匹配并制定科學(xué)有效的控制策略具有重要工程實際意義
2、課題的研究重點(diǎn)、關(guān)鍵及解決的思路
1.分析驅(qū)動電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及產(chǎn)熱散熱機(jī)理;對額定工況和峰值工況下的電機(jī)及其控制器的各部分損耗進(jìn)行分析;利用公式法計算出兩種工況下的電機(jī)及其控制器各部分能量損耗,并得到驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)在兩種工況下產(chǎn)熱功率,為后續(xù)冷卻系統(tǒng)的匹配提供依據(jù)。
2.確定冷卻系統(tǒng)布置方案及驅(qū)動電機(jī)冷卻水道形式;對冷卻系統(tǒng)主要部件散熱器、散熱風(fēng)扇、循環(huán)水泵進(jìn)行匹配計算、選型、校核。
3、課題的預(yù)期成果
1、分析了驅(qū)動電機(jī)及其控制器的產(chǎn)熱機(jī)理,分析其主要散熱途徑及影響因素;分別計算了電機(jī)、電機(jī)控制器在額定工況和峰值工況下的產(chǎn)熱功率。
2、分析了現(xiàn)有汽車中電機(jī)及其控制器的冷卻系統(tǒng)的布置形式及其特點(diǎn)并確定了電機(jī)和控制器采用串聯(lián)的冷卻布置方案;對電機(jī)本體的水道形式進(jìn)行選型并確定其具體設(shè)計參數(shù);完成了冷卻系統(tǒng)中散熱器、散熱風(fēng)扇、循環(huán)水泵的計算與選型;完成了對循環(huán)水泵和散熱風(fēng)扇等部件的校核計算。
4、開展課題研究擬搜集的資料、主要參考文獻(xiàn)(不少于15篇)、實驗設(shè)備的支撐及解決方法
五、課題的進(jìn)程安排
序 號
論文各階段內(nèi)容
日 期
1
確定論文主題方向,進(jìn)行論文題目的篩選。
第1周
2
以論文題目為核心,對相關(guān)資料進(jìn)行收集和翻閱。
第2周
3
對已搜集的資料加以整理,論證分析論文的可行性、實際性,將論文題目和大致范圍確定下來,進(jìn)行開題報告。
第3周
4
整合已有資料、構(gòu)筑論文的大綱。
第4周
5
根據(jù)查找的數(shù)據(jù)和相關(guān)資料,進(jìn)行深入詳實的論文編寫工作,對論文編寫過程中所發(fā)現(xiàn)的問題,研究其解決方案,推敲整合,并進(jìn)行修改完善,準(zhǔn)備論文中期檢查。
第5-7周
6
完成論文的初稿部分,向指導(dǎo)老師尋求意見,優(yōu)化論文的結(jié)構(gòu),潤色語句,修改不當(dāng)之處,補(bǔ)充不足之處。
第8-10周
7
論文資料整合,最終定稿,為最終的答辯做好各方面準(zhǔn)備,熟悉論文內(nèi)容,增強(qiáng)自己對論文內(nèi)容的把握,進(jìn)行一定的思維發(fā)散,設(shè)計論文答辯。
第11周
8
論文答辯。
第12周
六、審核意見
1、指導(dǎo)教師審核意見
指導(dǎo)教師簽字:
年 月 日
2、專業(yè)教研室主任審批意見
教研室主任簽字:
年 月 日
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燃料電池
汽車電機(jī)
冷卻
模塊
設(shè)計
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