燃料电池汽车动力控制模块水冷系统仿真分析开题报告
2021-03-10 11:03
1. 研究目的与意义（文献综述）
能源与环境问题作为全球面临的重大挑战和制约汽车工业可持续发展的症结所在，更成为重中之重。而燃料电池汽车以燃料电池作为电动汽车的动力来源，具有能量转化效率高，无污染，低噪声等诸多优点，是汽车未来发展的重要方向。但现阶段，燃料电池汽车的许多关键技术还处于研发试验阶段。其中，动力控制单元(pcu)作为电动车三大部件中电控的核心，为了保证其能够持久、稳定、可靠地工作，必须对其内部的直流变换器(dc/dc)、逆变器(dc/ac)，电感器，驱动器等发热部件进行冷却。
近年来,电动车市场发展迅猛,对控制动力的pcu（动力控制单元)作出了适应大型车动力性能的“大输出功率化”和便于安装的“小型化”要求。而实现此目标的最大问题是硅晶片散热,丰田的第三代系统在控制器的散热方面利用了很多汽车散热器技术，开发出了一套高性能的散热系统，从而提高了集成度。
传统pcu的硅晶片封装在ipm(intelligentpowermodule)上。硅晶片先焊接在dba(direetbondedaluminum)基板上,然后再一同被钎焊到铜钥合金底板上。基板通过螺栓和导热脂夹层被固定在水冷散热器上,实现单面冷却。而硅晶片的顶面由于采用引线键合技术接至端子,这个面的冷却非常困难。因此,设想采用双面散热这一全新概念的动力控制模块,使每个晶片上的散热器面积翻倍。技术人员设计出层叠冷却概念图，为了让层叠冷却的概念付诸实现,首先考虑使用散热器之类的标准热交换器。开始的进展很不顺利,但在不断失败之后终于完成了。双面散热动力模块通过陶瓷绝缘板和导热脂插入冷却板的缝隙之间,然后通过加压弹簧压缩与冷却板紧密贴合,从而实现了动力模块的双面散热。另外,为了同时保证动力模块插入时的缝隙与压缩时的贴合紧密性,设计人员在冷却板的直通部位装入了可变形隔膜。通过双面散热动力模块和层叠冷却器的开发,与传统技术相比,其冷却性能提高了1倍以上,输出功率密度提高了约60%(实现了大输出功率化)。且在相同的输出功率下,体积减少约30%,重量减少约20%(实现了小型化）。
2. 研究的基本内容与方案
研究的基本内容主要包括以下几点：
（1）利用相关学科知识及参考文献，建立燃料电池汽车动力控制模块水冷散热模型
(2)根据传热学理论进行理论计算，然后通过利用仿真软件进行计算分析
（3）优化水冷散热器设计参数及动力控制模块空间布局，控制功率器件工作温度，以提高动力控制模块的性能、寿命和可靠性。
3. 研究计划与安排
| 周 次（时间） | 工 作 内 容 |
| 2016.12.29-2017.1.6 | 学生在系统中填写选题志愿，指导老师和学生双选。 |
| 毕业设计预备周 2017.1.9-2017.1.13 | 教师确定指导人选，对未选好导师的学生进行调剂分配。确定选题志愿、校内搜集资料、消化资料。 |
| 1-2（2.22~3.4） | 赴校外实习、搜集设计资料，并整理实习日记、实习报告。 |
| 3（3.6~3.10） | 提交实习报告书。查阅参考文献，文献检索摘要。 |
| 4（3.13~3.20） | 学生提交文献检索摘要。撰写开题报告。并完成网上提交开题报告。整理论文提纲、设计概要。 |
| 5~ 6（3.20 ~ 3.31） | 进行外文翻译，并提交外文翻译译文。 |
| 7~ 8（4.3~ 4.14） | 绘图，撰写毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类）。 |
| 9 ~ 11（4.17~ 5.5） | 撰写毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类），绘图。 |
| 12（5.8 ~ 5.12） | 完成绘图，并完成网上提交毕业设计说明书 |
| 13（5.15 ~ 5.19） | 学生书面提交毕业设计说明书、图纸或论文，并打印成册。并书面提交答辩申请，并作答辩准备； |
| 14（5.22~ 5.26） | 教师审阅毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类）和（图纸），审查确定学生答辩资格并予以公示。 |
| 15（5.29~ 6.2） | 毕业设计答辩。 |
4. 参考文献（12篇以上）
【1】常国峰，许思传，倪淮生等，燃料电池汽车动力控制模块水冷系统数值模拟，同济大学学报，2009，37（10）：1388-1392
【2】王婷，谷波，赵鹏程，张萍等，燃料电池汽车动力控制模块水冷冷板的性能仿真及评估，机械工程学报，2013，49（18）：150-158
【3】朱绍中,常国峰,周岳康.燃料电池轿车用pcu水冷装置的设计与试验[j].同济大学学报:自然科学版,2008 36(10)：1414-1416.
