电驱系统能量分布及电机温升特性研究

【摘要】：永磁同步电机因其功率密度高、体积小、重量轻等诸多优点已经广泛应用于生产生活中。随着电机发展需求提高,其发热问题越来越受到重视,准确预测电机温升对电机设计、控制器设计以及冷却系统优化设计都有十分重要的作用。传统热仿真分析方法虽然能够准确模拟电机温升分布,但通常较为耗时,对使用者要求较高。电机集中参数热网络法不仅能够快速对电机温升进行预测,同时计算结果也比较准确。本文通过对电机结构深入分析,利用传热学知识求解了电机各部分等效热阻,搭建了电机精细化热模型和优化改善的简化热网络模型,并通过试验工况点对其进行了验证。并结合整车模型预测了车辆在典型工况运行下的电机各部件温升分布,建立了整车行驶工况与电机瞬时发热量之间的关系,最后对建立的整车模型进行了能量流分析。本文主要研究结论如下:(1)对电机精细化热网络模型进行了试验验证。对端部绕组预测温升验证发现,模型预测温升与试验温升跟随良好,最大温差不超过5℃,最大误差不超过3.3%。对磁钢预测温升验证发现,仿真温升与试验温升趋势一致,最大温差不超过7℃,精细热模型能够很好对电机温升进行预测。(2)将精细热模型与整车模型进行了联合,预测了整车在CLTC-P、WLTC工况运行下电机各部件实时平均温度分布,并对相同工况下端部绕组预测温升进行了试验验证,温度曲线跟随良好,两者温差基本都在5℃以下。因此,整车在循环测试工况下运行时,热模型能够很好预测电机各部件温升分布。(3)对电机简化热网络模型进行了试验验证。对端部绕组预测温升验证发现,模型预测温升与试验温升跟随良好,最大温差小于5℃。对磁钢预测温升验证发现,仿真温升与试验温升趋势一致,最大温差不超过8℃,简化热模型能够很好对电机温升进行预测。(4)将简化热模型与整车模型进行了联合,预测了整车在CLTC-P、WLTC工况运行下电机各部件实时平均温度分布,并对相同工况下端部绕组预测温升进行了试验验证,温度曲线跟随良好,两者温差基本都在4℃以下。因此,整车在循环测试工况下运行时,热模型能够很好预测电机各部件温升分布。(5)研究了不同运行工况CLTC、WLTC下的整车能量流分布。利用AMESim后处理功能制作了整车各个部件能耗分布及能耗占比动态图,并分析了主要部件能耗分布及能耗占比,有利于车辆的动力匹配和设计优化。(6)分析了整车动力总成效率、充电效率及动力电池SOC随运行工况的变化及制动能量回收对动力电池SOC的影响,有利于进一步了解车辆的动力性、经济性、舒适性及驾驶性,并为车辆的动力匹配和设计优化作指导。