運用KULI進行某電動車型冷卻系統開發

丁珺

(中國第一汽車股份有限公司天津技術開發分公司 300462 )

運用KULI進行某電動車型冷卻系統開發

丁珺

(中國第一汽車股份有限公司天津技術開發分公司 300462 )

本文介紹了在開發某電動車型時，運用KULI軟件對冷卻系統進行一維模擬計算的過程。文章闡述了零部件選型、參數收集等過程，并通過合理運用KULI軟件中的不同模塊建立了電動車冷卻系統一維模型，模擬計算后證明了設計的合理性。

電動車；冷卻系統；tKULI

1 概述

能源危機、全球變暖、環境污染等因素促使電動汽車成為世界各國大力發展的對象。純電動汽車的動力總成由驅動電動機、電機控制器、逆變器構成，能源由動力電池組提供。驅動電動機、電機控制器、逆變器及動力電池組都屬于發熱元件，需要足夠的冷卻，否則系統的安全將存在很大隱患，輕則電器停止工作，重則短路引起燃燒。

正在開發的某電動車型是以某傳統燃油SUV車型為基礎進行改造設計，原則上要保證與傳統車型零部件通用化率最大。冷卻系統考慮借用原車散熱器和風扇，但需分析散熱量可否滿足需求。通過運用KULI進行熱平衡模擬，可較為準確的評估系統的散熱情況，為開發初期的零部件選型提供有力參考，降低了開發成本，提高了設計質量。

2 設計輸入參數

首先需確定評價工況，根據電動車的發熱特性，將評價工況確定為38℃下44 km/h、64 km/h、140 km/h及44℃下140 km/h四種工況，對應的坡度分別為9%、6%、0%及0%。

之后確定設計目標，電動機、電機控制器、逆變器及車載充電器的最高許用工作溫度（進水口）分別為70℃、65℃、80℃和80℃。

根據評價工況及計算所需，收集以下性能參數：電機水阻曲線見圖1，最大發熱量為9.7 kW；電機控制器水阻曲線見圖2，,最大發熱量為2.2 kW；車載充電器及逆變器的水阻曲線見圖3（OBC代表車載充電器，DCDC代表逆變器），車載充電器的最大放熱量為0.3 kW，逆變器的最大放熱量為0.2 kW。

圖1 電機水阻曲線

圖2 電機控制器水阻曲線

圖3 車載充電器及逆變器水阻曲線

3 KULI建模及計算

首先是KULI冷卻系統建模。與傳統內燃機汽車僅有發動機為發熱部件不同，電動車發熱部件較多，且各發熱部件發熱量、許用工作溫度均不同，不能如傳統內燃機汽車一樣進行簡化。考慮各發熱部件在計算中所涉及特性主要有散熱量、內部液體流阻和外部空氣流阻三部分，決定使用Electro Heater（ fl uid）模塊模擬散熱量、內部液體流阻特性，將外部空氣流阻合并入整體機艙流場的計算過程中并體現在Built-in resistance模塊中。

使用Electro Heater（fluid）模塊分別建立驅動電動機（MOTOR）、電機控制器（CONTROLLOR）、車載充電器（OBC）及逆變器（DCDC）模型，在模塊中的Pressure Loss頁面中選定Characteristic curve并輸入不同流量下的水阻值，在Heating capacity頁面中的Heating power（kW）一欄輸入所分析工況下的放熱量，需注意的是，任一分析工況都對應不同放熱量，需根據分析工況的變化修改放熱量。

散熱器模型使用Radiator模塊建立，在主界面中定義外形尺寸及位置信息，在Inner flow頁面中定義內部液體流阻特性，在Outer fl ow頁面中定義外部空氣流阻特性，在Heat transfer頁面中定義散熱量特性。

水路循環使用Water circle模塊建立，在主界面中定義溶液構成、比例、許用溫度等參數，在Char.lines/Maps界面中定義流量，壓力損失及放熱量選擇Not de fi ned。

將Water circle、Radiator、OBC、DCDC、CONTROLLOR、MOTOR按循環方向順序連接構成完整的水路循環。

電子風扇模型使用Electric fan模塊建立，在主界面中定義外形尺寸及位置信息，在Characteristic curves頁面中定義流量-壓力損失特性，包括功率、轉速、空氣流量、壓力損失。

冷凝器模型使用Area resistance模塊建立，目的在于簡化空調系統為單純的放熱和阻力單元。在主界面中定義外形尺寸、位置信息及放熱量，在Pressure Loss界面中定義壓力損失特性。

使用CP value及Built-in resistance模塊定義整車的空氣阻力特性，參數值使用CAE計算結果。在Air side界面中將各零部件構建成為完整的空氣流通路徑，至此就完成了模型的建立。

在Simul. param.界面中輸入上文的評價工況即可進行模擬計算。需注意的是，各工況要依次逐一模擬，并且更換工況信息時要相應修改各發熱模塊中的散熱量值。計算結果如表1所示。結果滿足要求，冷卻系統設計合理。

表1 KULI計算結果

4 結束語

KULI類的模擬計算軟件可幫助工程師在早期設計階段、試制樣機完成前就可較精確的模擬熱平衡過程，從而對冷卻系統性能進行評估，及早發現問題并采取有效措施，不僅縮短開發時間，也節省了開發經費。

[1]石俠紅，殷生岱.純電動汽車電動機冷卻系統開發.中國汽車工程學會年會論文集，2013.

U463.9

A

丁珺（1989—），男，助理工程師，本科，研究方向為汽車零部件開發。