電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及熱探析

樊偉

摘? 要：在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)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(dòng)汽車(chē)具有綠色環(huán)保的特點(diǎn)，不僅可以減少環(huán)境污染，還能夠滿足人們出行需求，有著廣闊市場(chǎng)前景。為了提升電動(dòng)汽車(chē)性能，要加強(qiáng)車(chē)載充電器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究。該文從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和熱探析兩個(gè)大的方面進(jìn)行論述，為電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展提供支持。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)? 車(chē)載充電器? 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)? 熱探析

中圖分類號(hào)：TM93 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，汽車(chē)已經(jīng)走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，給人們出行帶來(lái)了便利。但是對(duì)石油能源的需求量也在持續(xù)增加，帶來(lái)更加嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此要有效應(yīng)對(duì)。電動(dòng)汽車(chē)的出現(xiàn)讓這種情況得到有效緩解，減少了能源消耗，符合可持續(xù)發(fā)展理念。車(chē)載充電器可以為電動(dòng)汽車(chē)提供動(dòng)力來(lái)源，所以要重視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和熱探析，才能發(fā)揮出有效的作用。

1? 電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展過(guò)程中，充電方式也在不斷完善，可以滿足汽車(chē)對(duì)電力的需求。根據(jù)充電的速度可以分為快充和慢充，這兩種方式都有優(yōu)勢(shì)，在運(yùn)用時(shí)根據(jù)實(shí)際情況而定。為了滿足電力的需求，電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電器的電子元器件功率都比較高，而且在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生很多熱量。從目前情況來(lái)看，為了減少熱量的影響，通常會(huì)采用風(fēng)扇制冷的方式，但是散熱效果不是很好，而且會(huì)增加車(chē)載充電器的質(zhì)量，因此要加強(qiáng)改善才可以。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，可以選擇自然冷卻和水冷卻的方式，但是水冷卻的技術(shù)還不是很成熟，存在著一些難題，無(wú)法推廣應(yīng)用。在這種情況下，自然冷卻就成為了最佳的方式，要進(jìn)一步加強(qiáng)研究。結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一款滿足實(shí)際需求的車(chē)載充電器，從安裝方式、尺寸大小、散熱性能等方面去優(yōu)化，為汽車(chē)提供充足的電力支持。隨著電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量不斷增加，車(chē)載充電器研究顯得尤為重要，是汽車(chē)的關(guān)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(chē)載充電器電控部分的輸入，對(duì)電子元器件和電路板的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行確定。再對(duì)電控部分進(jìn)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(jù)電動(dòng)汽車(chē)自身的特點(diǎn)，對(duì)車(chē)載充電器進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，保證滿足實(shí)際需求。根據(jù)輸入條件和使用要求，對(duì)車(chē)載充電器進(jìn)行深入研究，從各方面進(jìn)行優(yōu)化，包括尺寸、安裝方式制作工藝等，確保達(dá)到車(chē)載充電器的設(shè)計(jì)要求，更好地投入到實(shí)際應(yīng)用中去。該文研究的車(chē)載充電器主要分為上、下兩部分結(jié)構(gòu)，通過(guò)合理組成就構(gòu)建出一個(gè)整體。上部分結(jié)構(gòu)和下部分結(jié)構(gòu)組成有明顯區(qū)別，分別由不同原件組成，有著特定的功能，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。車(chē)載充電器在運(yùn)行的時(shí)候，上下部分結(jié)構(gòu)可以發(fā)揮出有效作用，為汽車(chē)提供充足電力支持。對(duì)車(chē)載充電器的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，綜合考慮全局尺寸的各個(gè)部分，為實(shí)際工作開(kāi)展提供正確指導(dǎo)[2]。

1.2 局部尺寸定義

為了滿足安裝的要求，要對(duì)局部尺寸進(jìn)一步細(xì)化，做好細(xì)節(jié)方面的設(shè)計(jì)。在車(chē)載充電器電控部分設(shè)計(jì)中，采用的元器件體積和質(zhì)量都比較大，例如變壓器、諧振電感等，考慮到其帶來(lái)的影響，所以不會(huì)和電路板放在一起，一般情況下會(huì)單獨(dú)設(shè)置，確保作用的有效發(fā)揮。由于這類電子元器件具有特殊性，在安裝設(shè)計(jì)的時(shí)候需要做好準(zhǔn)備工作，才能達(dá)到安裝的要求。有的電子元器件發(fā)熱量比較大，為了保證散熱效果，需要對(duì)安裝方式進(jìn)行創(chuàng)新，螺釘固定在散熱殼體上具有較強(qiáng)穩(wěn)定性，這樣散熱效果會(huì)更好。以文中的車(chē)載充電器為例來(lái)說(shuō)，根據(jù)散熱要求，對(duì)系統(tǒng)原件進(jìn)行合理布置，根據(jù)上殼體和下殼體的具體作用來(lái)決定，保證達(dá)到預(yù)期效果。上下殼體在連接的時(shí)候要用螺釘來(lái)固定，同時(shí)要滿足松動(dòng)的要求，所以固定時(shí)做好有效處理。需要注意的是，車(chē)載充電器的上部分要比下部分發(fā)熱量大，所以安裝螺釘要遵循規(guī)定順序，有助于改善散熱效果。

通過(guò)對(duì)散熱要求進(jìn)行分析，合理設(shè)計(jì)局部尺寸。通常情況下，熱量的傳遞主要分為3個(gè)步驟，包括吸熱、導(dǎo)熱、散熱，明白熱量傳遞的整個(gè)過(guò)程。熱源的熱量在傳遞過(guò)程中，具體順序?yàn)榛?、散熱翅片、空氣，從而達(dá)到散熱目的。在整個(gè)過(guò)程中，減少不利因素對(duì)散熱產(chǎn)生的影響，同時(shí)提高散熱的速度。散熱器基板對(duì)散熱速度會(huì)產(chǎn)生直接影響，為了達(dá)到最佳效果，要進(jìn)行科學(xué)合理設(shè)計(jì)，有利于提升散熱水平。文中研究的車(chē)載充電器在設(shè)計(jì)外殼散熱翅片的拔模角度時(shí)，要依據(jù)實(shí)際情況而定，同時(shí)借鑒歷史經(jīng)驗(yàn)，保證達(dá)到科學(xué)合理的標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)上述的介紹，要把握住電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，主要包括以下幾個(gè)方面：一是充電器整體結(jié)構(gòu)的確定，包括尺寸、安裝方式等方面，確?？梢院芎玫剡m用。二是對(duì)上、下電路板進(jìn)行設(shè)計(jì)，還包括其他的一些元器件。三是對(duì)于特殊元器件要提高重視程度，根據(jù)使用要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要按照規(guī)定順序進(jìn)行才能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)[3]。

2? 電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電器的熱探析

2.1 軟件介紹

SolidWorks軟件是一款三維設(shè)計(jì)軟件，發(fā)揮出FloEFD流體分析工具，可以有效地進(jìn)行熱分析和仿真。由于這項(xiàng)技術(shù)具有強(qiáng)大功能，所以對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師的要求不是很高，只需要掌握少量專業(yè)知識(shí)就可以了，在平時(shí)使用的CAD軟件界面中完成熱仿真分析。運(yùn)用SolidWorks Flow Simulation主要作用是熱仿真分析，過(guò)程中要仔細(xì)觀察，準(zhǔn)確把握溫度的變化，可以對(duì)上、下殼體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。為了便于研究，將車(chē)載充電器放在適宜的溫度中來(lái)做試驗(yàn)，觀察功率MOS管的最高溫度。為了進(jìn)一步提升上、下殼體結(jié)構(gòu)的合理性，需要對(duì)基板和翅片的的厚度、數(shù)量、間距等因素進(jìn)行分析，通過(guò)比較可以獲得最佳效果。明確仿真步驟。在SolidWorks軟件環(huán)境下建立詳細(xì)的三維模型，對(duì)仿真結(jié)果影響不大的細(xì)節(jié)可以適當(dāng)壓縮。發(fā)揮出檢查幾何結(jié)構(gòu)命令檢查模型的作用，保證沒(méi)有任何問(wèn)題，對(duì)優(yōu)化后的模型利用Flow Simulation中的Check Geometry功能進(jìn)行模型數(shù)據(jù)的檢查，根據(jù)最終的結(jié)果來(lái)進(jìn)行仿真運(yùn)算[4]。

2.2 結(jié)果分析

通過(guò)一系列的研究，最終結(jié)果表明基板厚度在一定范圍之內(nèi)越厚散熱效果越好，但是從車(chē)載充電器具體情況來(lái)看，基板的最佳厚度為5mm。為了達(dá)到更好的散熱效果，在進(jìn)行基板厚度設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)從中心向四周慢慢變薄。這樣設(shè)計(jì)的合理性在于熱量會(huì)向周?chē)容^薄的部分傳遞。研究結(jié)果表明翅片高度在16～22mm之間變化時(shí)，溫度是比較穩(wěn)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(wú)法保持絕對(duì)的統(tǒng)一。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，風(fēng)冷散熱器翅片的厚度和數(shù)量和散熱效果有著直接關(guān)系，所以要通過(guò)研究來(lái)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，不斷改善散熱效果。當(dāng)然數(shù)量要控制在合理范圍之內(nèi)，散熱器翅片不能過(guò)密，否則會(huì)影響到散熱效果。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)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(zhì)和散熱效果也有很大的關(guān)系，因此要合理選擇。考慮到制造成本和技術(shù)，散熱殼體的材料會(huì)選用鋁合金和銅，效果比較好。對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，才能得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，作為設(shè)計(jì)的參考依據(jù)，確保達(dá)到預(yù)期效果[5]。

2.3 改進(jìn)措施

對(duì)熱分析的結(jié)果進(jìn)行研究，就可以了解到整個(gè)充電器溫度場(chǎng)的分布，知道熱量傳導(dǎo)的具體情況，設(shè)置不合理的地方一眼就能看出來(lái)，然后再做出改進(jìn)，從而優(yōu)化散熱效果。為了提高散熱性能，可以從內(nèi)部和外部?jī)蓚€(gè)方面入手去做。例如在上、下殼體內(nèi)部放入熱管，可以起到分散熱量的作用，這樣散熱速度會(huì)加快。還可以在上、下殼體熱量較高的外部區(qū)域安裝散熱風(fēng)扇，實(shí)現(xiàn)和外部空氣的交換。在車(chē)載充電器運(yùn)用過(guò)程中，對(duì)各方面性能都提出了更高的要求，因此要加強(qiáng)設(shè)計(jì)研究，不斷提升車(chē)載充電器的質(zhì)量。FloEFD流體分析工具具有明顯優(yōu)勢(shì)，直接用到CAD實(shí)體模型，設(shè)計(jì)效率會(huì)得到大大提高。從未來(lái)發(fā)展情況來(lái)看，電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電器會(huì)朝著小型化、輕量化、智能化的方向發(fā)展，可以為汽車(chē)行駛提供充足的動(dòng)力支持。受到技術(shù)條件限制，車(chē)載充電器研究還有很長(zhǎng)的一段路要走，所以要加強(qiáng)創(chuàng)新，積極引入先進(jìn)技術(shù)，不斷改善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平和散熱效果，發(fā)揮出充電器的最大作用。

3? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和熱探析研究是非常有必要的。從現(xiàn)階段情況來(lái)看，車(chē)載充電器在很多方面都存在問(wèn)題，嚴(yán)重影響到使用效果。為了解決面臨問(wèn)題，要樹(shù)立起創(chuàng)新意識(shí)，不僅要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上做出改變，還要改善散熱效果，保證車(chē)載充電器的穩(wěn)定性、持久性，推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的更好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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