摘要：新能源重卡設(shè)計(jì)對(duì)能耗的要求越來(lái)越高，冷卻系統(tǒng)作為動(dòng)力系統(tǒng)附件設(shè)計(jì)重要組成部分，直接影響整車動(dòng)力性及能耗。以某純電動(dòng)自卸車為研究對(duì)象，為了保證驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器在各種工況下溫度都能維持在正常的工作范圍內(nèi)，對(duì)整車?yán)鋮s系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了研究，該方案包括電子水泵、電子風(fēng)扇和散熱器等部件的理論分析計(jì)算。通過(guò)仿真軟件搭建冷卻系統(tǒng)模型，對(duì)冷卻系統(tǒng)流量和散熱器進(jìn)出水溫度進(jìn)行仿真分析，理論計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果表明冷卻系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)合理，設(shè)計(jì)方案滿足動(dòng)力系統(tǒng)散熱要求。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)自卸車；散熱器；電子水泵；電子風(fēng)扇；冷卻系統(tǒng)；仿真設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U4694" 收稿日期：2024-11-29

DOI：1019999/jcnki1004-0226202502003

1 前言

在“雙碳”政策驅(qū)動(dòng)下，新能源重卡增長(zhǎng)迅速。新能源自卸車已成為新能源重卡的第二大細(xì)分市場(chǎng)，應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大。

在政策的持續(xù)推動(dòng)下，砂石骨料、市政工程建設(shè)領(lǐng)域批量應(yīng)用新能源重卡運(yùn)輸已是大勢(shì)所趨。新能源自卸車憑借“零排放”和低噪音的雙重優(yōu)勢(shì)，為推進(jìn)綠色城市建設(shè)和交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)升級(jí)作出了巨大貢獻(xiàn)，純電動(dòng)自卸車技術(shù)路線處于絕對(duì)的主體地位，占比超過(guò)90%以上。

本文結(jié)合某純電動(dòng)自卸車在設(shè)計(jì)開發(fā)階段的實(shí)際需求，通過(guò)冷卻系統(tǒng)的匹配計(jì)算，對(duì)冷卻系統(tǒng)的核心部件進(jìn)行選型研究，通過(guò)仿真分析進(jìn)行校核分析，通過(guò)整車路試進(jìn)行驗(yàn)證。

2 冷卻系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)

冷卻系統(tǒng)是新能源自卸車動(dòng)力系統(tǒng)附件設(shè)計(jì)的重要組成部分，對(duì)工作中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)及電機(jī)控制器進(jìn)行適度的降溫，保證其工作在適宜的溫度范圍內(nèi)。冷卻系統(tǒng)的性能直接影響驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器的動(dòng)力性、能耗和使用壽命。

新能源汽車?yán)鋮s系統(tǒng)主要有液冷和風(fēng)冷兩種類型，目前在新能源自卸車上廣泛采用的是水冷方式。水冷方式的冷卻系統(tǒng)主要由散熱器、電子風(fēng)扇、電子水泵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器等組成［1］。在進(jìn)行冷卻系統(tǒng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)這些核心部件進(jìn)行匹配和選型，從而達(dá)到動(dòng)力系統(tǒng)的散熱需求。

目前，全球氣候變暖趨勢(shì)明顯，臭氧層變薄，溫室效應(yīng)加劇，導(dǎo)致冰川融化。加之城市熱島效應(yīng)和全球二氧化碳含量的上升，這些因素使得大氣層溫度升高。因此，整車最大使用環(huán)境溫度取45 ℃。

由于新能源自卸車空調(diào)系統(tǒng)的冷凝器普遍布置在冷卻系統(tǒng)散熱器后側(cè)，且與冷卻系統(tǒng)共用電子風(fēng)扇。因此，冷卻系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)需考慮空調(diào)冷凝器的散熱量［2］。

21 冷卻系統(tǒng)冷卻部件散熱量

如表1所示，根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)散熱功率Qm=808 kW，電機(jī)控制器散熱功率Qc=45 kW。由于空調(diào)冷凝器與散熱器疊加在一塊，所以散熱器也要考慮冷凝器的散熱功率，空調(diào)冷凝器的散熱功率Qa=7 kW。因此冷卻系統(tǒng)的散熱量為驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器和空調(diào)冷凝器之和，Qs=Qm+Qc+Qa=1958 kW。

22 水泵選型

為了使驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器能夠保持在正常溫度范圍內(nèi)工作，需要通過(guò)電子水泵循環(huán)冷卻液將驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器所產(chǎn)生的熱量帶至散熱器進(jìn)行散熱［3］。因此，需要對(duì)電子水泵進(jìn)行匹配要求。為了克服散熱器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器和管路等水道的阻力，電子水泵運(yùn)行必須能夠產(chǎn)生足夠的揚(yáng)程。

純電動(dòng)自卸車?yán)鋮s系統(tǒng)管路一般為串聯(lián)形式，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器對(duì)入口冷卻液的流量要求為35～45 L/min，大揚(yáng)程的電子水泵其功率和成本會(huì)相應(yīng)升高，因此冷卻系統(tǒng)流量35 L/min即可。

根據(jù)冷卻系統(tǒng)各部件的水阻數(shù)據(jù)，在流量為35 L/min時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的水阻為46 kPa，電機(jī)控制器的水阻為80 kPa，散熱器的水阻為4 kPa，布置管路的水阻為20 kPa，冷卻系統(tǒng)在30 L/min的水阻為150 kPa。

根據(jù)冷卻系統(tǒng)冷卻液流量和水阻要求，初選02036224001電子水泵，其流量揚(yáng)程性能曲線如圖1所示。

據(jù)圖1可以得到，02036224001電子水泵在水阻為150 kPa時(shí)的流量為2 100 L/h（35 L/min），滿足冷卻系統(tǒng)流量需求。

23 電子風(fēng)扇選型

為確保水泵和冷卻液發(fā)揮冷卻作用，還需要對(duì)電子風(fēng)扇進(jìn)行合理匹配，保證流經(jīng)散熱器的空氣流量，使得冷卻液在流經(jīng)散熱器時(shí)所攜帶的熱量容易散發(fā)，且溫度下降快速，電子風(fēng)扇應(yīng)滿足冷卻系統(tǒng)的風(fēng)量需求［4］。

24 冷卻系統(tǒng)風(fēng)量估算

冷卻空氣風(fēng)量根據(jù)冷卻系統(tǒng)散熱量確定，為簡(jiǎn)化問(wèn)題，此處散熱器的散熱量取近似冷卻系統(tǒng)散熱量，則冷卻系統(tǒng)最小風(fēng)量：

26 電子風(fēng)扇選型

散熱器后配置三個(gè)電子風(fēng)扇，以靜壓450 kPa時(shí)，單個(gè)電子風(fēng)扇的風(fēng)量≥1 817 m3/h作為主要選型依據(jù)。

根據(jù)風(fēng)量及質(zhì)量要求，初選斯佩爾無(wú)刷電子風(fēng)扇VA113-BBL506PN-94A，其風(fēng)量曲線如圖2所示。

27 散熱器選型

散熱器通過(guò)空氣傳熱的原理把冷卻液的部分熱量帶走，從而使驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器內(nèi)部冷卻液的溫度適度降低，最終實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器的降溫［5］。在滿足整車布置空間的前提下，應(yīng)盡可能增加散熱器的散熱面積，并減小散熱器芯部厚度，使之有利于提高電子風(fēng)扇的風(fēng)量和車輛的通氣性。

5 結(jié)語(yǔ)

依據(jù)整車技術(shù)要求對(duì)純電動(dòng)自卸車的散熱器、電子水泵和電子風(fēng)扇等部件進(jìn)行了匹配設(shè)計(jì)，利用軟件對(duì)整車性能進(jìn)行了仿真。整車在可靠性試驗(yàn)過(guò)程中驅(qū)動(dòng)電機(jī)及電機(jī)控制器運(yùn)轉(zhuǎn)正常，水溫合適，沒(méi)有出現(xiàn)高溫現(xiàn)象。路試應(yīng)用證明，冷卻系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)方案滿足驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器冷卻要求。

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[7]QC/T 773 汽車散熱器電子風(fēng)扇技術(shù)條件[S].

作者簡(jiǎn)介：

王文，男，1990年生，工程師，研究方向?yàn)樾履茉瓷逃密嚒?/p>