電動汽車車載充電器的結構設計及熱探析

樊偉

摘? 要：在經濟快速發展的今天，隨著經濟快速發展，能源緊張成為擺在人們面前的難題，要積極尋求新能源。電動汽車具有綠色環保的特點，不僅可以減少環境污染，還能夠滿足人們出行需求，有著廣闊市場前景。為了提升電動汽車性能，要加強車載充電器結構設計的研究。該文從結構設計和熱探析兩個大的方面進行論述，為電動汽車發展提供支持。

關鍵詞：電動汽車? 車載充電器? 結構設計? 熱探析

中圖分類號：TM93 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）07（b）-0061-03

Structure Design and Thermal Analysis of Electric Vehicle Charger

FAN Wei

（Xuchang electrical Vocational College， Xuchang， Henan Province， 461000 China）

Abstract： In today's rapid economic development， with the rapid economic development， energy shortage has become a problem in front of people. We should actively seek new energy. Electric vehicles have the characteristics of green environmental protection， which can not only reduce environmental pollution， but also meet people's travel needs， and have a broad market prospect. In order to improve the performance of electric vehicles， it is necessary to strengthen the research on the structure design of vehicle charger. This paper discusses the structural design and thermal analysis in order to provide support for the development of electric vehicles.

Key Words： Electric vehicle; Aar charger; Structural design; Thermal analysis

在經濟快速發展的今天，汽車已經走進了千家萬戶，給人們出行帶來了便利。但是對石油能源的需求量也在持續增加，帶來更加嚴重的環境污染，因此要有效應對。電動汽車的出現讓這種情況得到有效緩解，減少了能源消耗，符合可持續發展理念。車載充電器可以為電動汽車提供動力來源，所以要重視結構設計和熱探析，才能發揮出有效的作用。

1? 電動汽車車載充電器的結構設計

在電動汽車發展過程中，充電方式也在不斷完善，可以滿足汽車對電力的需求。根據充電的速度可以分為快充和慢充，這兩種方式都有優勢，在運用時根據實際情況而定。為了滿足電力的需求，電動汽車車載充電器的電子元器件功率都比較高，而且在運行中會產生很多熱量。從目前情況來看，為了減少熱量的影響，通常會采用風扇制冷的方式，但是散熱效果不是很好，而且會增加車載充電器的質量，因此要加強改善才可以。通過研究發現，可以選擇自然冷卻和水冷卻的方式，但是水冷卻的技術還不是很成熟，存在著一些難題，無法推廣應用。在這種情況下，自然冷卻就成為了最佳的方式，要進一步加強研究。結合電動汽車的特點，設計出一款滿足實際需求的車載充電器，從安裝方式、尺寸大小、散熱性能等方面去優化，為汽車提供充足的電力支持。隨著電動汽車數量不斷增加，車載充電器研究顯得尤為重要，是汽車的關鍵組成部分，保證具備良好的性能[1]。

1.1 全局尺寸定義

先要了解車載充電器電控部分的輸入，對電子元器件和電路板的三維數據進行確定。再對電控部分進行布置，前提條件是要綜合考慮電器工作控制原理、線路走向、接線方式等方面。最后依據電動汽車自身的特點，對車載充電器進行合理設計，保證滿足實際需求。根據輸入條件和使用要求，對車載充電器進行深入研究，從各方面進行優化，包括尺寸、安裝方式制作工藝等，確保達到車載充電器的設計要求，更好地投入到實際應用中去。該文研究的車載充電器主要分為上、下兩部分結構，通過合理組成就構建出一個整體。上部分結構和下部分結構組成有明顯區別，分別由不同原件組成，有著特定的功能，保證系統的正常運行。車載充電器在運行的時候，上下部分結構可以發揮出有效作用，為汽車提供充足電力支持。對車載充電器的整體結構進行了介紹，綜合考慮全局尺寸的各個部分，為實際工作開展提供正確指導[2]。

1.2 局部尺寸定義

為了滿足安裝的要求，要對局部尺寸進一步細化，做好細節方面的設計。在車載充電器電控部分設計中，采用的元器件體積和質量都比較大，例如變壓器、諧振電感等，考慮到其帶來的影響，所以不會和電路板放在一起，一般情況下會單獨設置，確保作用的有效發揮。由于這類電子元器件具有特殊性，在安裝設計的時候需要做好準備工作，才能達到安裝的要求。有的電子元器件發熱量比較大，為了保證散熱效果，需要對安裝方式進行創新，螺釘固定在散熱殼體上具有較強穩定性，這樣散熱效果會更好。以文中的車載充電器為例來說，根據散熱要求，對系統原件進行合理布置，根據上殼體和下殼體的具體作用來決定，保證達到預期效果。上下殼體在連接的時候要用螺釘來固定，同時要滿足松動的要求，所以固定時做好有效處理。需要注意的是，車載充電器的上部分要比下部分發熱量大，所以安裝螺釘要遵循規定順序，有助于改善散熱效果。

通過對散熱要求進行分析，合理設計局部尺寸。通常情況下，熱量的傳遞主要分為3個步驟，包括吸熱、導熱、散熱，明白熱量傳遞的整個過程。熱源的熱量在傳遞過程中，具體順序為基板、散熱翅片、空氣，從而達到散熱目的。在整個過程中，減少不利因素對散熱產生的影響，同時提高散熱的速度。散熱器基板對散熱速度會產生直接影響，為了達到最佳效果，要進行科學合理設計，有利于提升散熱水平。文中研究的車載充電器在設計外殼散熱翅片的拔模角度時，要依據實際情況而定，同時借鑒歷史經驗，保證達到科學合理的標準。通過上述的介紹，要把握住電動汽車車載充電器結構設計的關鍵點，主要包括以下幾個方面：一是充電器整體結構的確定，包括尺寸、安裝方式等方面，確保可以很好地適用。二是對上、下電路板進行設計，還包括其他的一些元器件。三是對于特殊元器件要提高重視程度，根據使用要求來進行設計。四是確定整體裝配布局，檢查空間尺寸分析干涉等情況。在結構設計過程中，要按照規定順序進行才能達到預期目標[3]。

2? 電動汽車車載充電器的熱探析

2.1 軟件介紹

SolidWorks軟件是一款三維設計軟件，發揮出FloEFD流體分析工具，可以有效地進行熱分析和仿真。由于這項技術具有強大功能，所以對結構設計工程師的要求不是很高，只需要掌握少量專業知識就可以了，在平時使用的CAD軟件界面中完成熱仿真分析。運用SolidWorks Flow Simulation主要作用是熱仿真分析，過程中要仔細觀察，準確把握溫度的變化，可以對上、下殼體結構實現優化。為了便于研究，將車載充電器放在適宜的溫度中來做試驗，觀察功率MOS管的最高溫度。為了進一步提升上、下殼體結構的合理性，需要對基板和翅片的的厚度、數量、間距等因素進行分析，通過比較可以獲得最佳效果。明確仿真步驟。在SolidWorks軟件環境下建立詳細的三維模型，對仿真結果影響不大的細節可以適當壓縮。發揮出檢查幾何結構命令檢查模型的作用，保證沒有任何問題，對優化后的模型利用Flow Simulation中的Check Geometry功能進行模型數據的檢查，根據最終的結果來進行仿真運算[4]。

2.2 結果分析

通過一系列的研究，最終結果表明基板厚度在一定范圍之內越厚散熱效果越好，但是從車載充電器具體情況來看，基板的最佳厚度為5mm。為了達到更好的散熱效果，在進行基板厚度設計時，會從中心向四周慢慢變薄。這樣設計的合理性在于熱量會向周圍比較薄的部分傳遞。研究結果表明翅片高度在16～22mm之間變化時，溫度是比較穩定的。受到制造工藝的影響，散熱翅片的厚度、高度存在差距，無法保持絕對的統一。通過觀察發現，風冷散熱器翅片的厚度和數量和散熱效果有著直接關系，所以要通過研究來進行科學設計，不斷改善散熱效果。當然數量要控制在合理范圍之內，散熱器翅片不能過密，否則會影響到散熱效果。根據實際經驗可知，自然冷卻的散熱器翅片間距要大于4mm。除此之外，散熱殼體的材質和散熱效果也有很大的關系，因此要合理選擇。考慮到制造成本和技術，散熱殼體的材料會選用鋁合金和銅，效果比較好。對結果進行分析，才能得到準確的數據信息，作為設計的參考依據，確保達到預期效果[5]。

2.3 改進措施

對熱分析的結果進行研究，就可以了解到整個充電器溫度場的分布，知道熱量傳導的具體情況，設置不合理的地方一眼就能看出來，然后再做出改進，從而優化散熱效果。為了提高散熱性能，可以從內部和外部兩個方面入手去做。例如在上、下殼體內部放入熱管，可以起到分散熱量的作用，這樣散熱速度會加快。還可以在上、下殼體熱量較高的外部區域安裝散熱風扇，實現和外部空氣的交換。在車載充電器運用過程中，對各方面性能都提出了更高的要求，因此要加強設計研究，不斷提升車載充電器的質量。FloEFD流體分析工具具有明顯優勢，直接用到CAD實體模型，設計效率會得到大大提高。從未來發展情況來看，電動汽車車載充電器會朝著小型化、輕量化、智能化的方向發展，可以為汽車行駛提供充足的動力支持。受到技術條件限制，車載充電器研究還有很長的一段路要走，所以要加強創新，積極引入先進技術，不斷改善結構設計水平和散熱效果，發揮出充電器的最大作用。

3? 結語

綜上所述，對電動汽車車載充電器的結構設計和熱探析研究是非常有必要的。從現階段情況來看，車載充電器在很多方面都存在問題，嚴重影響到使用效果。為了解決面臨問題，要樹立起創新意識，不僅要在結構設計上做出改變，還要改善散熱效果，保證車載充電器的穩定性、持久性，推動電動汽車的更好發展。

參考文獻

[1] 郭言東.電動汽車車載充電器的結構設計與熱分析[J].汽車制造業，2017（7）：52-55.

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[3] 李成群，黃寶旺.新型純電動汽車車載充電器的設計[J].測控技術，2018，34（3）：131-133，137.

[4] 丁緒星，張玉峰，姚健.1.5kW電動汽車車載充電器的研究與設計[J].安徽師范大學學報：自然科學版，2019，38（2）：134-137.

[5] 王源卿，李紅梅.電動汽車車載充電器PFC AC/DC變換器設計[J].電子技術應用，2018，41（2）：152-155，159.

[6] 余秋熠.基于單片機的鋰離子電池充電器設計[J].科技資訊，2019（2）：103.

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