黃河交通學(xué)院 張玉龍

教具是高校教學(xué)中必不可缺少的器材，有助于學(xué)生更好地學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能，對(duì)知識(shí)的傳播起著不可或缺的作用。本文基于用UG軟件建立電動(dòng)汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)三維模型，能夠讓學(xué)生直觀地看出系統(tǒng)各個(gè)部件的相對(duì)位置。同時(shí)利用UG建模具有參數(shù)化的特性，可以計(jì)算出模型的體積、面積、質(zhì)心等參數(shù)，并通過(guò)運(yùn)動(dòng)仿真，可以達(dá)到更加直觀的視覺(jué)效果，提高教學(xué)效率。

1 電動(dòng)汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)分析

1.1 電機(jī)冷卻系統(tǒng)分析

電動(dòng)汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)的功能相對(duì)于傳統(tǒng)汽車(chē)而言，區(qū)別在于電動(dòng)汽車(chē)?yán)鋮s的是驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“電池”），讓驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電池保持在良好的工作狀態(tài)。電機(jī)冷卻系統(tǒng)由電機(jī)膨脹水箱、散熱器、冷卻液泵、冷卻液軟管和冷卻液溫度傳感器組成，它們相互協(xié)作組成了完整的循環(huán)系統(tǒng)。

電機(jī)冷卻系統(tǒng)的工作原理如圖1所示，溫度較低的時(shí)候，冷卻液泵不工作，溫度上升后，冷卻液泵開(kāi)始工作。利用傳導(dǎo)原理，將熱量從驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件傳遞到冷卻液中，帶有熱量的冷卻液流經(jīng)蒸發(fā)管路進(jìn)入散熱器，通過(guò)冷卻風(fēng)扇吹動(dòng)把熱量帶入到大氣中。冷卻系統(tǒng)的溫度由溫度傳感器向PEB（電力電子箱）發(fā)送信號(hào)，控制冷卻風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，信號(hào)經(jīng)PEB送達(dá)到CAN總線(xiàn)再到儀表盤(pán)上。儀表盤(pán)上實(shí)時(shí)顯示冷卻液的溫度，如果冷卻液溫度過(guò)高，則儀表盤(pán)上會(huì)有警示燈和消息提醒駕駛?cè)恕?/p>

圖1 電機(jī)冷卻系統(tǒng)工作原理圖

1.2 電池冷卻系統(tǒng)分析

要在特定的溫度范圍內(nèi)工作，電池才能發(fā)揮出最好的性能，電池工作時(shí)產(chǎn)生的大量熱量，導(dǎo)致電池工作性能下降，要想延長(zhǎng)電池壽命，就需要給電池降溫。

電池膨脹水箱的進(jìn)液管與冷卻器連接，出液管與冷卻液管三通連接。冷卻液軟管用于各個(gè)部件連接，安裝在汽車(chē)底盤(pán)下面。電池冷卻液泵用來(lái)循環(huán)電池冷卻系統(tǒng)冷卻液，冷卻液泵固定在底盤(pán)上。電池冷卻系統(tǒng)的作用是將電池維持在一個(gè)合適的溫度工作，使電池處于較佳的工作狀態(tài)。電池冷卻系統(tǒng)由熱交換器、管路接口、支架和帶電磁閥的膨脹閥等組成。

電池冷卻系統(tǒng)工作原理如2圖所示，BMS（電池管理系統(tǒng)）發(fā)出信號(hào)，可以控制電池冷卻器膨脹閥關(guān)閉和冷卻液泵運(yùn)行，在電池溫度高于32.5 ℃時(shí)冷卻液泵會(huì)接收信號(hào)開(kāi)啟，溫度低于27.5 ℃時(shí)冷卻液泵會(huì)接收信號(hào)關(guān)閉。BMS對(duì)ETC（溫度控制器）發(fā)出開(kāi)啟膨脹閥和電池閥的要求后，ETC打開(kāi)冷卻器電磁閥和膨脹閥。ETC只控制冷卻液溫度，BMS控制冷卻液與BMS高壓電池內(nèi)部的熱量交換。當(dāng)高壓電池冷卻液溫度過(guò)高時(shí)，ETC會(huì)關(guān)閉空調(diào)的制冷功能，當(dāng)給電池充電的時(shí)候，ETC會(huì)自動(dòng)工作，使電池冷卻系統(tǒng)進(jìn)入工作模式。

圖2 電池冷卻系統(tǒng)工作原理圖

2 電動(dòng)汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)教具方案研究

2.1 電動(dòng)汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)教具模型的建立

UG是西門(mén)子公司推出的交互式CAD/CAM軟件系統(tǒng)，可以輕松制做各種模型的制造設(shè)計(jì)，廣泛應(yīng)用于工廠(chǎng)的制造設(shè)計(jì)生產(chǎn)及產(chǎn)品的研發(fā)與創(chuàng)新。主要功能包括工業(yè)設(shè)計(jì)、專(zhuān)業(yè)的管路和線(xiàn)路設(shè)計(jì)系統(tǒng)、鈑金模塊、專(zhuān)用塑料件設(shè)計(jì)模塊、仿真、確認(rèn)和方案。用UG通過(guò)建立三維模型，能夠直觀地看出各個(gè)部件的相對(duì)位置。同時(shí)可以運(yùn)用UG建立模型具有參數(shù)化的特性，可以計(jì)算出模型的體積、面積、質(zhì)心等參數(shù)。在UG設(shè)計(jì)平臺(tái)上，采用自上而下、參數(shù)化的設(shè)計(jì)方式，完成電池和電機(jī)冷卻系統(tǒng)的模型建立，整個(gè)冷卻系統(tǒng)模型包括電機(jī)冷卻液泵、電池冷卻液泵、散熱器、冷卻風(fēng)扇組件、電池膨脹水箱、電機(jī)膨脹水箱、電池散熱器和冷卻液管。

UG建立的電機(jī)冷卻系統(tǒng)的三維模型圖如圖3所示，采用自上而下的參數(shù)化設(shè)計(jì)，完成該裝置的建模。該裝置包括冷卻風(fēng)扇罩、散熱器、冷卻風(fēng)扇、散熱器溢流管、膨脹水箱的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、膨脹水箱到散熱器的軟管、散熱器到冷卻液泵的軟管、電力電子進(jìn)液口、電力電子出液口、冷卻液泵冷卻電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)到散熱器的軟管。根據(jù)該電機(jī)冷卻系統(tǒng)的相對(duì)位置關(guān)系對(duì)該模型進(jìn)行自上而下的裝配設(shè)計(jì)。冷卻液的流動(dòng)路徑是：驅(qū)動(dòng)電機(jī)→散熱器→PEB（電力電子箱）→冷卻液泵→驅(qū)動(dòng)電機(jī)閉合回路，還有一路是從散熱器至電機(jī)膨脹水箱的閉合回路，建模完成后對(duì)模型進(jìn)行干涉分析，結(jié)果正常。

UG建立的電池冷卻系統(tǒng)的三維模型圖如圖4所示，采用自上而下參數(shù)化設(shè)計(jì)，完成該裝置的建模。該裝置包括動(dòng)力電池冷卻器、動(dòng)力電池到冷卻水管的軟管、電池冷卻器到動(dòng)力電池的軟管、電池冷卻器低壓空調(diào)管、電池冷卻器高壓空調(diào)管、電池冷卻器低壓空調(diào)管出口、電池冷卻器高壓空調(diào)管出口、膨脹水箱到電池、冷卻水管三通到膨脹水箱軟管、水泵到電池冷卻器和水泵到動(dòng)力電池的軟管。冷卻液的流動(dòng)路徑是：動(dòng)力電池→冷卻水管三通→動(dòng)力電池水泵→電池冷卻器→動(dòng)力電池，建模完成后對(duì)模型進(jìn)行干涉分析一切正常。

圖3 電機(jī)冷卻系統(tǒng)三維模型圖

圖4 電池冷卻系統(tǒng)三維模型圖

2.2 電機(jī)和電池冷卻系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真

利用UG運(yùn)動(dòng)仿真模塊對(duì)電機(jī)冷卻系統(tǒng)的冷卻液流向和冷卻風(fēng)扇工作原理進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，對(duì)冷卻液進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真的內(nèi)容是：冷卻液吸收了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的熱量后到冷卻器冷卻液流向、冷卻器到PEB逆變器冷卻液流向、PEB逆變器到驅(qū)動(dòng)電機(jī)冷卻液流向、冷卻器到膨脹水壺冷卻液流向、膨脹水壺到冷卻器流向和冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。

利用UG運(yùn)動(dòng)仿真模塊對(duì)電池冷卻系統(tǒng)冷卻液流向和高壓空調(diào)管、低壓空調(diào)管流向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，對(duì)電池冷卻系統(tǒng)仿真的內(nèi)容是：冷卻液吸收了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的熱量后到冷卻器冷卻液流向、冷卻器到冷卻水泵冷卻液流向、冷卻器到膨脹水壺冷卻液流向、膨脹水壺到冷卻水管三通冷卻液流向、冷卻器到高壓空調(diào)管流向、冷卻器到低壓空調(diào)管流向、冷卻水泵到冷卻水管三通冷卻液流向和冷卻水管三通到電池冷卻液流向。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以電動(dòng)汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)為研究對(duì)象，結(jié)合UG的建模及運(yùn)動(dòng)仿真對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了三維建模分析，對(duì)電機(jī)冷卻系統(tǒng)和電池冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真分析，直觀地展示了冷卻液在冷卻系統(tǒng)中的循環(huán)過(guò)程及冷卻原理，給電動(dòng)汽車(chē)教學(xué)和人才培養(yǎng)帶來(lái)很大的方便，讓學(xué)生更加客觀地了解到電動(dòng)汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)的構(gòu)造與工作原理，并且還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。