车辆专业毕业设计-SY1046轻型货车驱动桥设计
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毕业设计（论文）开题报告题目 电动汽车冷却系统温度控制设计 汽车工程学院（系） 车辆工程 专业 班 学生姓名 学 号 指导教师 开题日期： 年 2 月 17 日开 题 报 告一、毕业设计（论文）题目的来源、理论、应用或实际意义1、题 目：电动汽车冷却系统温度控制设计2、题目来源：上海工程技术大学电动汽车水冷系统 3、意 义：在全球能源和环境问题的严峻形势下, 汽车工业正面临巨大挑战, 节能与减排的技术变革迫在眉睫。目前, 节能与新能源汽车已经成为国家科技发展的战略重点, 其中, 电动汽车作为主要技术方案之一倍受瞩目。目前人们所说的电动汽车多是指纯电动汽车，即是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车。它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电机提供电能，驱动电动机运转，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但当前技术尚不成熟。从外形上看，电动汽车与日常见到的汽车并没有什么区别，区别主要在于动力源及其驱动系统。即纯电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机，蓄电池相当于原来的油箱。电动汽车无内燃机汽车工作时产生的废气，不产生排气污染，对环境保护和空气的洁净是十分有益的，几乎是“零污染”。众所周知，内燃机汽车废气中的CO、HC及NOX、微粒、臭气等污染物形成酸雨酸雾及光化学烟雾。电动汽车无内燃机产生的噪声，电动机的噪声也较内燃机小。噪声对人的听觉、神经、心血管、消化、内分泌、免疫系统也是有危害的。知名战略咨询机构贝恩公司发布的调研报告称：未来几年，全球电动汽车有望达到150万辆，其中中国将以20万辆的份额占据全球最大的潜在市场。该报告还将购买电动汽车的消费者大致分为四类，分别为：乐于接受新技术的“高端消费者”、注重环保的“绿色先行者”、预算有限的“价格敏感者”和尽量规避风险的“观望跟风者”。 大有谁掌握了“电动车”市场谁就掌握了未来世界经济引擎的意味。4、国内外现状及前景 据媒体报道：中日韩三国都正在为其未来的经济支柱电动车产业暗自较劲。其中日本占据电池和核心控制系统上的优势，拥有最大汽车市场的中国则占据市场优势，而韩国的优势在核心配件电池上。有专家戏称，如果将占技术优势的日本比之于魏，占市场优势的中国比之于吴，那韩国自然当比西蜀，从整体上看，韩国电动车产业在三足鼎立中略显羸弱。4.1 技术强国日本最近，日本经济产业省公布了“新一代汽车战略”，日本政府将电动汽车和混合动力汽车等定义为“新一代汽车”，并将该战略纳入日本的国家新一轮经济发展规划，日本政府为汽车业设定的总体战略目标是“使日本发展成为新一代汽车的研发中心”。2009年底，日本三菱汽车就开始生产世界首个批量生产的高速电动车“i-MiEV”。该车充一次电可以行驶130公里，最高时速为130公里。最近，美、日、欧投放市场的日产Leaf充一次电可以最高行驶200公里，时速可以达到145公里。这是将电动车提升到了同汽油车一样的水平。日产计划扩大电动车的普及率，到2015年每年生产25万台。丰田、本田也将在明年下半年进入电动车市场。他们是在使用混合动力技术的插电式电动车领域走在前列的企业。4.2 市场大国中国无疑，中国最大的武器就是广阔的市场。美国市场调查企业JD Power认为，10年后中国市场将消化全世界电动10%左右的产量。中国本土企业比亚迪（BYD）将引领中国电动车市场。比亚迪进军美国主打的品牌就是新能源车。在中国，发达国家汽车企业的竞争也非常激烈。通用（GM）即将把Chevrolet Vol投入市场，计划在明年上半年在中国上海进行生产。日产也在研讨在中国建设电动车生产设施的方案。中国政府计划通过像这样同国际企业合作来引进先进技术，一口气赶上韩国和日本。有人说中国的比亚迪等已经在电池等部分领域拥有了同韩国不相上下的技术能力，或者说是已经超过了韩国。“十二五”期间纯电驱动汽车销量达到同类车型总销量1%左右的目标。规划指出，电器化程度比较高的“纯电驱动”电动汽车是中国新能源汽车技术的发展方向和重中之重。到2015年，在整车、关键零部件、公共平台等29个技术创新方向上实现关键技术突破，全面掌握核心技术，预期申请电动汽车核心技术专利达3000项以上，在30个以上城市进行规模化示范推广，在5个以上城市进行新型商业化模式试点应用，为实现电动汽车规模产业化、尤其是纯电驱动汽车销量达到同类车型总销量1%左右的重要门槛提供科技支撑。据中汽协数据，2015年我国轿车年销量约为1200万辆，纯电动汽车销量占比1%，即为12万辆。4.3 电动车市场的明日之战在整个电动车开发的蛋糕上，分羹抢食的绝非仅仅上述三国。美国、欧洲等老牌“帝国主义”国家以及“印度”“巴西”等新兴经济体也将以更加积极的姿态来参与竞争。无疑，日本是其中的佼佼者，他依靠原有汽车技术强国的地位，依靠政府、企业的重视，将在未来的竞争中占据主导优势。 5. 汽车冷却系统工作原理及组成 5.1 汽车冷却系统工作原理 冷却系统的主要工作是将热量散发到空气中以防止发动机过热，但冷却系统还有其他重要作用。汽车中的发动机在适当的高温状态下运行状况最好。如果发动机变冷，就会加快组件的磨损，从而使发动机效率降低并且排放出更多污染物。因此，冷却系统的另一重要作用是使发动机尽快升温，并使其保持恒温。汽车冷却系统分为两种类型：液冷和风冷。液冷液冷汽车的冷却系统通过发动机中的管道和通路进行液体的循环。当液体流经高温发动机时会吸收热量，从而降低发动机的温度。液体流过发动机后，转而流向热交换器(或散热器)，液体中的热量通过热交换器散发到空气中。风冷某些早期的汽车采用风冷技术，但现代的汽车几乎不使用这种方法了。这种冷却方法不是在发动机中进行液体循环，而是通过发动机缸体表面附着的铝片对气缸进行散热。一个功率强大的风扇向这些铝片吹风，使其向空气中散热，从而达到冷却发动机的目的。因为大多数汽车采用的是液冷，管道系统汽车中的冷却系统中有大量管道。泵将液体输送至发动机缸体后，液体便开始在气缸周围的发动机通道里流动。接着，液体又通过发动机的气缸盖返回恒温器位于液体流出发动机的位置。如果恒温器关闭，则液体将经过恒温器周围的管道直接流回到泵。如果恒温器打开，液体将首先流入散热器，然后再流回泵。 加热系统也有一个单独的循环过程。该循环从气缸盖开始输送液体，使其流经加热器风箱，然后又流回泵。对于配备有自动变速器的汽车，通常会有一个独立的循环过程来冷却内置于散热器的变速器油液。变速器油液由变速器通过散热器内另一个热交换器抽吸得到。液体汽车可以在远低于零摄氏度到远高于38的宽泛温度范围内工作。 每当发动机运转时，水泵就会使液体进行循环。类似于汽车中使用的离心泵水泵运转时通过离心力将液体输送到外面，并从中部持续抽吸液体。泵的入口位于离中心较近的位置，因此从散热器返回的液体可以接触到泵叶片。泵叶片将液体送至泵的外部，液体由这里进入发动机。从泵流出的液体首先流经发动机缸体和气缸盖，然后流入散热器，最后返回到泵。发动机发动机缸体和气缸盖具有许多通过铸造或机械加工而成的通道，以便于液体流动。5.2水冷系的组成水冷却系是以水作为冷却介质，把发动机受热零件吸收的热量散发到大气中去。目前汽车发动机上采用的水冷系大都是强制循环式水冷系，利用水泵强制水在冷却系中进行循环流动。水冷系由散热器、水泵、风扇、冷却水套和温度调节装置等组成。5.2.1大小循环冷却水在冷却系内的循环流动路线有两条，一条为大循环，另一条为小循环。所谓大循环水温高时，水经过散热器而进行的循环流动；而小循环就是水温低时，水不经过散热器而进行的循环流动，从而使水温升高。 5.2.2冷却系的大小循环实质 通常利用节温器来控制通过散热器冷却水的流量。节温器装在冷却水循环的通路中（一般装在气缸盖的出水口），根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动路线，以达到调节冷却系的冷却强度。 当发动机在正常热状态下工作时，即水温高于80，节温器阀门打开了通往散热器的通道，同时关闭了通往水泵的旁通管，冷却水全部流经散热器，形成大循环；当冷却水温低于70时，节温器阀门关闭了通往散热器的通道，同时打开了通往水泵的旁通管，水套内的水只能由旁通孔流出经旁通管进入水泵，又被水泵压入发动机水套，此时冷却水并不流经散热器，只在水套与水泵之间进行小循环，从而防止发动机过冷；当发动机的冷却水温在7080范围内，通往散热器的通道和通往水泵的旁通管均处于半开闭状态，此时一部分水进行大循环，而另一部分水进行小循环。5.3 风冷系的工作原理和结构5.3.1 风冷系的工作原理 利用高速空气流直接吹过气缸盖和气缸体的外表面，把从气缸内部传出的热量散发到大气中去，以保证发动机在最有利的温度范围内工作。5.3.2 风冷系的结构发动机气缸和气缸盖采用传热较好的铝合金铸成，结构简单、重量轻、故障少，无需特殊保养，但是由于材料质量要求高，冷却不够均匀，工作噪音大等缺点，目前在汽车上很少使用。6 汽车冷却系统控制原理 驱动电机及动力系统控制单元的冷却一般是集成在一个冷却回路内，称为电机冷却系统。冷却方式有自然冷却和强制水冷两种，为了提高动力系统的效率，一般采用强制水冷方式。电机冷却系统需要冷却的单元有驱动电机，电机/车辆控制器、DC/CD及车载充电器。冷却系统的组成有:散热器、电动水泵、冷却液循环回路、冷却风扇、除气室和水温传感器等。按照各被冷却单元对温度要求不同。根据传感器测量得到发动机或者电池温度，控制器启动电机带动水泵工作，温度高于设定值时，三通阀此时打开，冷却液通过管道进入散热器既有水冷的作用又用风冷的作用，控制室实时根据温度传感器的数据控制阀门开闭的幅度和风扇的输出功率。温度低于设定值时，三通阀关闭，冷却系统依靠制冷剂对设备进行降温，节约能源。除气室即膨胀罐，根据管道内压力传感器测得数值，用于调整管道内液体的压力，从而保护好设备。 按照电机、控制器等单元对温度的要求，电机冷却系统水温要求如下: (1)电机出水温度65; (2)电机/车辆控制器出水温度60; (3) DC/DC及车载充电器出水温度57 冷却液循环管路务必保证良好的密封性，在常态下，被冷却单元的工作温度越低其效率越高，所以，要求尽量减低被冷却单元的工作温度。2、 研究方案1、冷却风扇的优化设计确定优化目标并建立数学模型,编制计算机程序,求解最佳结构参数,优化冷却风扇结构。对优化后的风扇结构参数及计算机程序的实际应用价值进行验证,并与优化前的风扇进行比较。 散热风扇的作用：当发动机大功率输出，高转速、高负荷状态下，发动机温度骤然升高，散热压力极大，这种情况下，正常的散热系统大循环尚不能满足需要，因此要介入散热风扇启动强力吸风，加快散热器叶片周边空气流动，以便完成更大的能量交换，带走更多热量。 风扇的风量是风扇性能的重要指标之一,在风扇消耗功率相同的前提下,希望风扇的风量越大越好;或者在风扇的风量一定的情况下,风扇的功率消耗最小。发动机常用的薄钢板风扇效率较低,一般只有30%一50%,风扇效率的提高有助于降低能耗。因此,本课题把风扇的消耗功率和效率作为优化目标,通过优化风扇的结构参数,降低风扇功耗,提高风扇效率。(1)在给定相关技术参数(如散热器尺寸等)的前提下,计算风扇风量和风压,通过优化设计风扇的结构参数,求出最佳的风扇内径1、外径D2和风扇转速n。以及径向间隙Sr使风扇消耗的功率价最小。(2)求解出最佳的风扇内径几、外径几和风扇转速n以及径向间隙Sr之后,将1、D2、n、Sr作为已知参数,再来计算叶片参数.使风扇的液力效率h最高。建立优化数学模型,求解 即求解液力效率h倒数的最小值。通常散热会与空气流量有个简单关系：=*c*Q*T为散热量为空气密度cp为空气定压比热Q为空气流量T为你要控制（或者要求的）温升2、 水泵流量对散热器散热量影响分析 散热器是供暖系统的末端装置, 它与热源、输送管路一起组成供暖系统。散热器的功能是将热媒携带的热量通过传热的方式传给所在的房间。散热器内的一些参数如流量、流速、流态等都直接影响热媒与散热器内壁的换热, 从而影响散热器的散热能力。 容水量对流量修正因数有决定性影响。随着容水量的增加, 流量变化对散热器散热量的影响越来越小, 即在相同流量下, 流量修正因数随着容水量的增大而变小。流量修正因数还受到散热器结构等其他参数的影响。随着容水量的增大, 散热器水流通道内的水流速减小, 流量变化对散热器散热量的影响变小, 即流量修正因数随水流速的减小而变小。散热器散热量：热水供给散热器热量：换热器有效 系数（效能）二、完成题目所需要的实验或实习条件我在本次电动汽车冷却系统温度控制设计中采用以下研究思路和方法：1. 通过网络文献检索、图书馆书籍查阅等多种有效方法，收集汽车冷却系统的研究成果和相关信息；2. 在对国内外汽车冷却系统的技术现状、发展趋势、市场等情况进行系统分析研究的基础上，确定设计策略，作为构思总体设计方案的指导思想；3. 参数化设计：根据整体设计要求，冷却后电池运作温度在35左右、锂离子电池包、电池比功率2000w/kg、采用液体作为传热介质，确定冷却系统参数；4. 计算机三维造型：根据理论计算的主要参数，对各零件和总成进行三维造型和装配，要遵循三维造型的原则。四、完成题目的工作计划为了很好的完成本次毕业设计，使之有条不紊的进行，现拟定工作计划如下：2015.02.172015.02.23：收集资料，查阅相关文献第一周，首先在图书馆收集有关冷却系统的中英文文献资料。2015.02.242015.03.02：外文翻译相关英文文献：Experimental Study on the Effects of Pre-Heating a Battery in a Low-Temperature Environment 进行翻译。2015.03.032015.03.09：撰写开题报告，开题周一进行冷却系统发展现状的搜集和整理；周二至周四完成冷却系统各个部分的方案论证，拿出整体的方案。周五和周末进行技术路线的详细说明。 2015.03.102015.03.30：方案确定，设计计算2015.03.312015.05.04：绘制全部图纸 前三周进行相关部件的图纸绘制； 后两周进项装配图纸的绘制。2015.05.052015.05.18：校核计算第一周进行整个计算过程的校核；2015.05.192015.06.01：编写设计说明书 2015.06.022015.06.08：完善图纸，装订论文 2015.06.092015.06.22：答辩准备，答辩查阅资料、文献目录1 李毅.汽车冷却系统的温度控制试验研究M.北京:机械工业出版社，2010.2 赵卫兵.电动车锂电池热管理系统研究 M, 北京:化学工业出版社，2008.3 喻凡，林逸，汽车系统动力学M.北京：机械工业出版社，2010.4 杨凯，李大贺，陈实，等.电动汽车动力电池的热效应模型J.北京理工大学学报，2009，28（9）：782-784.5 乐智.纯电动汽车电机驱动系的冷却系统设计与研究M.北京:机械工业出版社,2008.6 刘维信.汽车设计M.北京:清华大学出版社，2010.7 赵东梅.电动汽车冷却技术的研究J,2008(7):11-12.8 徐晓明.电动汽车冷却系统热流场的协同分析与散热性能研究M.北京:人民交通出版社，2009.9 纪云鹏.
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