1電驅(qū)系統(tǒng)熱管理現(xiàn)狀

這邊展示的是一個(gè)二合一的，mcu這一塊的話如果沒看到不用覺得奇怪，因?yàn)槲覀冎饕亲鲇屠湎嚓P(guān)這一塊的。其實(shí)整個(gè)二合一的話，可以這樣來拆解，一共拆解成四級(jí)，第一級(jí)是一個(gè)總成；第二級(jí)是各個(gè)組件，這里每一個(gè)部件都可以再拆的很細(xì)很細(xì)，如果研究的對(duì)象主要是電驅(qū)動(dòng)這一塊的話，那接下來一般會(huì)拆解的是減速器和油冷電機(jī)，做電驅(qū)動(dòng)油冷這一塊的話，其實(shí)主要關(guān)注的是減速器的溫升情況，他里面的溫度情況，油冷電機(jī)的溫升情況。那這兩個(gè)系統(tǒng)還可以拆很多，如圖上所示。但是一般如果說在前期做熱管理這一塊時(shí)，就拆到軸承這一級(jí)就OK了，因?yàn)樵傧旅娴脑捳麄€(gè)熱網(wǎng)絡(luò)的難度會(huì)非常的大。整個(gè)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的話，其實(shí)還是比較清晰的一個(gè)脈絡(luò)，有非常明確的分級(jí)，不涉及到非常復(fù)雜的一些部件和部件之間的交互，那當(dāng)然有一個(gè)部件現(xiàn)在其實(shí)已經(jīng)在交互了，就是殼體。一般現(xiàn)在的話，油冷電驅(qū)動(dòng)這一塊減殼和電機(jī)殼已經(jīng)有共殼體的這樣一個(gè)非常明確的技術(shù)路線了，那這個(gè)到底會(huì)有什么影響呢？等會(huì)我們?cè)谠敿?xì)做三維化這一塊可以看到具體的一個(gè)影響。怎樣才能夠把這個(gè)子系統(tǒng)變成一個(gè)熱網(wǎng)絡(luò)呢？我們可以來看一下下一頁(yè)。

看右圖，其實(shí)就是一個(gè)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的拋面圖，其實(shí)把剛剛我們提到的一些組件裝在整個(gè)系統(tǒng)里面以后，再把油路畫出來的話，他大概就是這樣的一個(gè)構(gòu)造，從左邊的減速器油底殼，然后把油抽出來，抽出來以后到濾芯到交換器，然后冷的油再到電機(jī)，再到齒軸，然后再這樣的一個(gè)循環(huán)后把油加熱，把熱量帶走，然后再走到油底殼。當(dāng)我們有了這么一個(gè)體系后，軟件里面搭建他的一個(gè)熱網(wǎng)絡(luò)就非常的簡(jiǎn)單了，其實(shí)可以看到一點(diǎn)就是傳統(tǒng)的那種熱網(wǎng)絡(luò)里面如果說考慮流體的話，還會(huì)涉及到管道阻力之類的一些問題，但其實(shí)在電驅(qū)動(dòng)里面的話，管道一般都不會(huì)占太多的一個(gè)體積，所以一般情況下其實(shí)這些管道到底要不要建，這個(gè)其實(shí)是要打個(gè)問號(hào)的，但是我們一般都不建，不建他其實(shí)也是能夠很好的去計(jì)算這一塊發(fā)熱的。

那建一維熱網(wǎng)絡(luò)這一塊的目的是什么呢？其實(shí)它的一個(gè)意義是非常的重要的，在概念設(shè)計(jì)階段他能干什么，如圖左，這些其實(shí)都是一維系統(tǒng)可以做到的一些事情，然后在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段其實(shí)這一套熱網(wǎng)絡(luò)也非常有用，因?yàn)橐呀?jīng)在有一些單位或者說已經(jīng)有一些項(xiàng)目，在應(yīng)用一維和三維同時(shí)進(jìn)行的這樣的一些手段去預(yù)測(cè)在一個(gè)循環(huán)內(nèi)，或者說在各種不同工況的循環(huán)下，它的子部件的發(fā)熱情況，其實(shí)整個(gè)油冷電驅(qū)動(dòng)里面的話，不管是一維熱管理還是三維熱管里，他都是從頭到尾貫穿我們整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)的，所以其實(shí)熱管理當(dāng)前以我們以往做水冷這個(gè)年代的一個(gè)感觀的話，他可能不太重要，都是一些必須的安全性的保障，但其實(shí)在我們油冷這個(gè)時(shí)代的話，其實(shí)他的設(shè)計(jì)是和整體的方案掛鉤的，然后也會(huì)影響到我們很多子部件的一些SOR的問題。

還有一些非常厲害的單位的話，也會(huì)做一些自編程之類的，詳細(xì)設(shè)計(jì)階段大家如果說正在開展相關(guān)的一些用電驅(qū)動(dòng)的一些那個(gè)仿真的話，肯定會(huì)知道有這樣的三個(gè)應(yīng)用，star-ccm和fluent是常規(guī)的一個(gè)應(yīng)用手段。ABAQUS其實(shí)是現(xiàn)在一些單位也算是劍走偏鋒的一個(gè)手法，就是用這種有限元然后去快速的求解能量守恒問題，或者說求解一些溫度分布。那當(dāng)然這塊三維軟件的選擇的話是非常多的。但是大家也可以看到一點(diǎn)，就是有一個(gè)問題概念設(shè)計(jì)階段和詳細(xì)設(shè)計(jì)其實(shí)是完全分開的，做概念設(shè)計(jì)的做一維的人是一波人，然后做三維的也許是另外一波人，有些單位里面的話同時(shí)有些人會(huì)這個(gè)又會(huì)那個(gè)，那這種的話就是熱管理這塊的技術(shù)核心人員，那這個(gè)技術(shù)依賴性也會(huì)很大，那有沒有什么好的一些方法從頭至尾貫穿讓一個(gè)人來負(fù)責(zé)，然后有沒有一些軟件能夠去從頭到尾貫穿這一塊呢？大家有沒有想過從一維到三維之間是能夠做一個(gè)切換仿真的。因?yàn)橐痪S和三維如果說我們分開做，分兩個(gè)階段去做，那中間有一個(gè)階段就是關(guān)于油泵或者說關(guān)于子部件的一些選型問題就沒有打好，那這個(gè)階段怎么去處理呢？其實(shí)就是通過一些自編程的方法，暫時(shí)先不展開了，這個(gè)事情比較復(fù)雜。

一維熱管理其實(shí)是非常有意義的一件事，因?yàn)檎囘@一塊就直接給你有要求，不做不行。

2 一維電驅(qū)動(dòng)散熱仿真方法-基于shonTA

這個(gè)圖片其實(shí)就是電驅(qū)動(dòng)的一個(gè)熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以看一下，通過左邊的這個(gè)圖片，在shonTA里面可以簡(jiǎn)化出這樣的一個(gè)熱網(wǎng)絡(luò)模型，這個(gè)其實(shí)做一維的人可能看了以后覺得好丑對(duì)吧，但其實(shí)功能上來說的話是一樣的，一維其實(shí)就是不同的點(diǎn)不同的圖片，然后去給你表征不同的一些結(jié)構(gòu)，那我們要做的好看，可以嗎？也可以，只是說當(dāng)前的階段的話，還沒有說往好看這個(gè)方向去做，我們可以看到該有的都有，等會(huì)兒我們打開一個(gè)案例會(huì)講一講。

其實(shí)最終能夠計(jì)算出來的一個(gè)一維的結(jié)果，大家可以看一下右邊的算額定工況的圖片，它能夠給你輸出每一個(gè)熱網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)的溫升曲線，然后這個(gè)溫升曲線可以用來預(yù)測(cè)整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)里面它每一個(gè)零部件的平均溫度的情況，那這個(gè)的話和傳統(tǒng)的都一樣，一會(huì)兒會(huì)展示。

散熱能力這一塊的話也是一樣的，就是能夠通過熱網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算，告訴你散熱需求是多少，那你可以通過耦合，通過判斷，他那個(gè)面積乘以它的對(duì)流換熱系數(shù)的一個(gè)乘值，到底能不能滿足散熱器選型的需求。

3局部三維化熱仿真-基于shonTA

我們先來講一講三維這一塊，主要講一下局部三維化這個(gè)概念。

關(guān)于局部三維化這一塊的話，肯定是大家今天最關(guān)注的一個(gè)點(diǎn)。因?yàn)橐痪S的熱管理軟件在行業(yè)內(nèi)大家都不缺，三維的也都不缺，但是真正意義上能夠在一個(gè)軟件內(nèi)實(shí)現(xiàn)一維和三維切換的這樣的一個(gè)軟件的話，目前據(jù)我所知，在一個(gè)軟件就已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)的是沒有的，都是需要一些額外的操作，額外的一些系統(tǒng)，額外的一些插件才能夠?qū)崿F(xiàn)。

那shonTA里面已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)界面內(nèi)的一維和三維的轉(zhuǎn)換，這個(gè)其實(shí)是依賴于shonTA里面的一個(gè)非常重要的子部件，就是和網(wǎng)格面直接關(guān)聯(lián)的這種子部件，就是在shonTA里面我們有一個(gè)子部件是比較特殊的，可以直接和網(wǎng)格進(jìn)行一個(gè)掛鉤，和網(wǎng)格進(jìn)行一個(gè)掛鉤以后，shonTA它還同時(shí)具備了一個(gè)特殊的能力，就是能夠去求解有限元，相當(dāng)于就是在一個(gè)軟件內(nèi)同時(shí)可以去求解熱網(wǎng)絡(luò)，并且可以求解有限元。那我們可以看一下這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，比如說左邊油箱，供油量、進(jìn)油量，出油量這些都有，在這樣的一個(gè)仿真案例中呢，如果說我們一維來算，會(huì)得到一個(gè)結(jié)果如表所示，用三維來算的話，他會(huì)得到另外一個(gè)結(jié)果，我們來看一下三維后的一個(gè)結(jié)果。

這是一個(gè)子系統(tǒng)，這是我把局部的三維放到了整個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行計(jì)算后的一個(gè)效果。這是一個(gè)定子的溫度分布，那我們通過這樣的一個(gè)網(wǎng)格關(guān)聯(lián)的點(diǎn)，就可以實(shí)現(xiàn)在整個(gè)子系統(tǒng)里面一維和三維之間的一個(gè)交互，這一塊的話可能就是不是很直觀，我這邊直接來用軟件給大家演示一下它到底是怎么實(shí)現(xiàn)的。

在shonTA里面，我們是通過把InP網(wǎng)格導(dǎo)入到整個(gè)shonTA這個(gè)軟件里面以后，然后讓這三個(gè)部件和整個(gè)結(jié)構(gòu)上的三個(gè)不同的分組的面進(jìn)行直接的一個(gè)關(guān)聯(lián)，能夠在軟件內(nèi)同時(shí)計(jì)算一個(gè)有限元和一個(gè)熱網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)我們希望把一個(gè)定子這一塊三維化時(shí)，只需要把它化成一個(gè)InP網(wǎng)格，一起做一個(gè)分組，然后再導(dǎo)到shonTA軟件里面以后，它就可以以這樣的一個(gè)設(shè)置來實(shí)現(xiàn)整個(gè)定子這一塊的局部的三維化，那局部三維化的一個(gè)效果是什么呢？我們來看一下。

我們來看一下局部三維化的一個(gè)溫度分布，一維和三維混合以后大家有沒有發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的油的溫度都在不斷的下降，這代表什么呢，整個(gè)系統(tǒng)能量沒有變化，那代表所有的溫度會(huì)更加聚集的往固體上走，那我們來看一下固體這一塊溫度的一個(gè)區(qū)別。

大家可以看到在一維的結(jié)果里面，定子平均溫度，在一維和三維后耦合了以后，有一個(gè)比較明顯的3.72度的一個(gè)溫升。同時(shí)可以在軟件內(nèi)提取出來最高和最低溫度。這就實(shí)現(xiàn)了局部三維化的一個(gè)最終目的，就是我們要知道定子在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，使用它時(shí)，它的最高溫度和最低溫度分別是多少。最高溫度的話在三維化了以后能夠直接的被讀取到。

局部三維化后計(jì)算的效率如上圖。

這是一個(gè)非常典型的完整減速器案例，他是從齒輪、軸承、潤(rùn)滑油，還有殼體都已經(jīng)徹底三維化后在shonTA中的一個(gè)體現(xiàn)，大家可以看到所有的溫度分布都是有三維化的顯示的。這種案例的話，其實(shí)如果說通過傳統(tǒng)CFD來進(jìn)行仿真計(jì)算的話，代價(jià)是非常大的。那這一塊大家可以想像一下，我們這邊的油是怎么樣去實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的影響，這邊的話其實(shí)是通過把里面潤(rùn)滑油與壁面之間的一個(gè)對(duì)流換熱系數(shù)提取出來以后，映射到了這個(gè)固體上，來體現(xiàn)油的影響的。

同樣的話也可以做油冷電機(jī)這一塊，整個(gè)系統(tǒng)層面的話目前其實(shí)沒有太多的用戶會(huì)去選擇在前期一維和三維之間混合這樣的一個(gè)狀態(tài)下去計(jì)算，一般都會(huì)子系統(tǒng)的計(jì)算，比如說設(shè)計(jì)了一個(gè)電驅(qū)動(dòng)，那電機(jī)部分是我們負(fù)責(zé)，那我們就把電機(jī)這塊三維化，減速器那一塊的話還是以一維的一個(gè)形式來體現(xiàn)。

shonTA軟件的話，其實(shí)已經(jīng)在市面上推廣了一段時(shí)間，只不過前期我們都是走三維這一塊路線的，并沒有往一維化這一塊去發(fā)展。那現(xiàn)在的話，我們除了三維化這一塊的能力以外，已經(jīng)把一維和三維之間進(jìn)行了一個(gè)能力結(jié)合，那這一塊兒的話，就是咱們今天看到的一個(gè)三維化和一維化之間的一個(gè)同步使用的這樣的一個(gè)功能。其他的話，還有一個(gè)功能是我們的電機(jī)模板，電機(jī)模板這一塊的話，其實(shí)是一個(gè)專門針對(duì)油冷電機(jī)開發(fā)的一個(gè)模塊，打個(gè)比方說，我們有一個(gè)現(xiàn)成的油冷電驅(qū)動(dòng)需要開發(fā)，這一塊的話我們只有電機(jī)這部分是沒有開發(fā)好的，其他都是已經(jīng)做好集成的。那這一塊的話，其實(shí)就可以用shonTA的電機(jī)模板功能來進(jìn)行快速的驗(yàn)算，看看每個(gè)部件的溫度和我們現(xiàn)在這個(gè)電驅(qū)動(dòng)是否匹配。

shonTA這個(gè)軟件，控制體這種概念，其實(shí)就是熱網(wǎng)絡(luò)里面該有的都有，然后除了一個(gè)比較特別的，就是這個(gè)有限元連接面，其他的都差不多。有限元連接面的話，它就是專門耦合那個(gè)FEM的，也是我們今天主要能夠?qū)崿F(xiàn)一維三維切換的這樣的一個(gè)核心功能。

這個(gè)軟件支持的東西很多，就是除了熱網(wǎng)絡(luò)這一塊計(jì)算以外的話，其實(shí)還有像水套，交換器之類的一些集成的模塊在里面，那這些功能的話，我們都會(huì)以一個(gè)一維的簡(jiǎn)單案例來演示一下給大家看一下。然后還有一維流體網(wǎng)絡(luò)這一塊的功能，其實(shí)目前這個(gè)軟件已經(jīng)把這塊耦合在里面了。還有的話就是電磁這一塊，已經(jīng)在開發(fā)的計(jì)劃功能。

這個(gè)軟件其實(shí)我們做了非常多的驗(yàn)證，像這種齒輪箱的溫度驗(yàn)證，是在早期的時(shí)候就做過的。

然后像這種圓柱的理論層面的一些驗(yàn)證，包括理論計(jì)算，這些都是能夠非常良好的和實(shí)驗(yàn)結(jié)果匹配上的。那這一塊的話，其實(shí)大家可以不用擔(dān)心，就是這種軟件它熱網(wǎng)絡(luò)，或者說有限元嘛，他的計(jì)算精度其實(shí)都是很高的，并不會(huì)說因?yàn)檫@是一個(gè)新軟件就很不準(zhǔn)，這是不可能的。

也有客戶覺得這個(gè)軟件是不是需要做一些驗(yàn)證，那我們?cè)谝恍┢渌钠髽I(yè)里面做的一些驗(yàn)證的話，都是得到了比較不錯(cuò)的結(jié)果，可以看到左邊是一個(gè)輪轂電機(jī)繞組的溫度的，它的對(duì)標(biāo)的結(jié)果的話是不錯(cuò)的，然后右邊的話是一個(gè)車橋的。

4軟件發(fā)展計(jì)劃及其他

目前其實(shí)還有很多功能是需要被改善的，比如說我們現(xiàn)在可能并不像傳統(tǒng)的一些一維非常專業(yè)的軟件一樣支持一些公式的，那這一塊開發(fā)的話其實(shí)已經(jīng)在規(guī)劃中了。然后還有電磁耦合這一塊的話，其實(shí)是我最近聽到的最多的一個(gè)應(yīng)用需求，那這個(gè)應(yīng)用需求的話，我們也會(huì)在后續(xù)的版本中去做一個(gè)支持。如果說大家有什么電磁相關(guān)的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，然后有現(xiàn)成的開發(fā)好的軟件的話，我們也可以合作一下。

我們這個(gè)軟件的話，其實(shí)內(nèi)置有很多類似于這樣的經(jīng)驗(yàn)公式，這個(gè)的話有興趣的可以看一下。

我們其實(shí)有自身的一些二次開發(fā)的資源，可以做一些類似于像軸承這一塊完全自動(dòng)化封裝，做流體做熱相關(guān)的一些仿真的二次開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)。那這種的話其實(shí)是一些定制化的工具的一些問題，和剛剛我們看到那個(gè)電機(jī)模板是一碼事，只不過這個(gè)的話是在三維化的定制。

最終希望能夠形成一個(gè)多物理場(chǎng)耦合的一個(gè)平臺(tái)。