编 号：冷却系统计算汇报项目名称： ZA00-ME100纯电动微型客车设计开发编制： 日期： 校对： 日期： 会签： 日期： 审核： 日期： 同意： 日期： 海马轿车6月 目 录1 引言 11.1 ZA00-ME100电动车冷却系统概述 11.2 电机冷却系统要求 12 部件选型 22.1 沿用件 22.2 新开发件 23 冷却性能校核 23.1 散热器散热面积校核 43.2 风扇参数计算校核 53.2.1 风扇外径校核 53.2.2 风扇风量校核 63.3 水泵参数计算 74 电子风扇和水泵控制 85 结论 8参 考 文 献 91 引言ZA00-ME100电动车电机及控制器采取水冷系统，整个系统由散热器、电子风扇、冷却管路、电动水泵、电机和控制器水套组成。
本文经过对散热器及水泵相关参数计算，来校核整个冷却系统冷却能力1.1 ZA00-ME100电动车冷却系统概述本系统为电机及其控制器冷却系统，是在传统内燃机汽车冷却系统基础上，用电动水泵替换传统皮带式水泵，利用原车电子风扇、散热器还有水箱来设计电动水泵将冷却液增压而且以一定流量泵入电机冷却水套，冷却液从电机控制器和电机水套壁周围流过而且从水套壁吸热而升温；然后经过散热器进水软管流入散热器；在散热器中，冷却液向流过散热器周围空气散热而降温；最终冷却液经散热器出水软管返回水泵，如此循环不已在汽车行驶时或冷却风扇工作时，空气从散热器周围高速流过以增强对冷却液冷却和传统汽车冷却系统相比，因为电机开启不需要内燃机暖机过程，所以不需要节温器，所以冷却水从水套中出来后直接流入散热器副水箱作用为当散热器内部水温上升时，冷却水因为热胀冷缩作用膨胀，系统压力升高，部分冷却水经过副水箱进水管流入副水箱，预防散热器内部压力过高当冷却液温度下降时，散热器内部压强变低，冷却液从副水箱内部被吸入散热器参与冷却液循环流动1.2 电机冷却系统要求1）电机在高功率工作环境下，其冷却液出口温度不高于90；电机控制器在高功率工作环境下，其冷却液出口温度不高于70；冷却液在电机和控制器水套进出水口最大温差 为6；综合以上，冷却系统最高水温不高于76；（水温暂定）2）电机及电机控制器工作时，冷却系统流量大于等于12L/min；3）冷却系统满足连续性工作要求；4）整个冷却系统密封性要好，不许存在漏液现象；5）为满足整车电气环境，要求电动水泵采取12V 直流电，功率要小。
6）电动水泵能够在冷却介质温度小于80情况下正常工作2 部件选型2.1 沿用件本系统确定初步沿用原型车Z1冷却系统散热器和副水箱、电子风扇，待计算分析以后再作对应调整2.2 新开发件水泵采取无刷直流电机水泵，该类型水泵关键优点为电源采取12V直流电源，电源要求适合于电动汽车电气环境，体积、噪声小3 冷却性能校核因为确定沿用原车散热器和电子风扇，这里只需校核散热器在匹配原电子风扇情况下，在新系统中能否满足使用要求系统采取电机参数见表1：额定功率/kw30峰值功率/kw90额定转矩/Nm80峰值转矩/Nm240额定转速/rpm3600峰值转速/rpm7200额定效率93% 表1.电机参数考虑到本项目车辆使用工况和电机系统效率图，能够得出不一样工况下电机最大散热损失工况电机转速电机扭矩电机功率电机效率车速连续时间要求备注额定扭矩800806.700.816.07长时间达成热平衡，而且电机控制器出水口温度不超出70，电机出水口温度不超出90水温暂定额定功率360079.58300.972.30长时间达成热平衡，而且电机控制器出水口温度不超出70，电机出水口温度不超出90峰值扭矩80024020.100.716.073分钟电机控制器出水口温度不超出70，电机出水口温度不超出90峰值功率3600238.75900.8572.303分钟电机控制器出水口温度不超出70，电机出水口温度不超出90 表2. Z1E冷却系统校核工况及要求由电机系统效率图和校核工况，能够看出在峰值扭矩和峰值功率时，散热量较大。
故只需校核电机系统处于峰值功率和峰值扭矩两种工况时散热需求依据《汽车设计手册》提供公式 Q=（1.1~1.25）Q式中：Q—电机系统需要散热器最大散热量，kJ/h； Q—电机系统水套散热量，KJ/h；系数轻型车和轿车取下限，中型以上车辆和工程车取上限这里系数取下限1.11）电机系统处于峰值功率工况下：水套散热量为电机总功率15%，即Q=13.5kw Q=1.1 Q=14.85kw=53460kJ/h2）若电机系统处于峰值扭矩工况下，和上述计算类似，可得出Q= 23878kJ/h原型车Z1冷却系统参数以下：散热器参数标准散热量151200kJ/h(42kw)散热器芯子规格619.5mm×357mm×16mm冷却水管尺寸1.5mm×14.55mm散热器芯子正面面积0.221散热器散热面积6.56风扇参数风扇风叶直径D=300mm风扇风量（风压为4mmH2O时）≥2700/h风扇内径d=120mm相对于传统汽车计算当中沸腾风温，因为电机冷却系统最高温度要求为76，此时冷却水并未沸腾，我们将此时临界温度称为极限风温参考汽车冷却系统沸腾风温，极限风温数值标准型冷却系统为40考虑到冷凝器影响，故最终极限风温取42。
3.1 散热器散热面积校核依据《汽车设计手册》提供公式式中：—电机需要散热器散热面积，；k—散热系数，kJ/(),依据Z1散热器性能试验，该散热器k取为384.15kJ/()； —液气平均温差， 式中：—冷却液极限温度，这里取为76—热平衡时空气温度，经过公式计算式中：—极限风温, =42—散热器进出空气温差，按公式计算式中：—空气定压比热， =1.0048kJ/kg—质量风速，kg/s,其中空气密度为=1.29kg/，据经验公式，=8=（1.29kg/）(8)=10.32kg/s电机系统处于峰值功率工况时，Q=53460kJ/h，=6.48，=30.76，依据公式，计算电机系统需要散热器散热面积为=4.52<6.56电机系统处于峰值扭矩工况时：Q=23879 kJ/h， =2.89，=32.55，计算得电机系统所需散热器散热面积为：=1.91<6.56故得出所需散热器面积小于原散热器面积，原散热器满足电机系统散热需求3.2 风扇参数计算校核3.2.1 风扇外径校核依据《汽车设计手册》，风扇扫过环形面积占散热器芯子正面面积百分比应大于45％设计方案中确定风扇直径D为300mm，风扇内径d为120mm。
则风扇扫过环行面积 S（m2）： ，由以上计算可知，风扇外径能够满足要求3.2.2 风扇风量校核按下式来校核风扇风量,()式中：—散热器最大散热量，kJ/h—空气密度，，=1.29—空气定压比热， =1.0048kJ/kg—液气平均温差，由风扇参数，风压为4mmH2o时，风扇风量＝2700， 电机系统处于峰值功率工况时，=53460kJ/h，=30.76，代入公式得=1341101%当电机系统处于峰值扭矩工况时，和上述计算过程类似：=23879kJ/h，=26.55，计算得出=565.9；377%经计算得出系统所需风量小于风扇风量，故原风扇风量满足电机系统散热需求3.3 水泵参数计算为确保冷却水在整个冷却系统循环流动，将热量源源不停带出并散发掉，适宜水泵选择是必需水泵选择关键包含水泵流量和扬程，冷却液在电机和控制器水套进出水口温差 为6；式中，—水密度；=1.0；—水定压比热；=1.2；—水泵流量；=；峰值功率工况下：=34.37L/min峰值扭矩工况下：=15.35L/min考虑到峰值功率和峰值扭矩工况时不需要达成热平衡，所以当水泵流量满足=15.35L/min时，即可达成电机系统散热需求。
依据水泵厂家提供扬程和流量改变曲线，初步选定采取深圳中科世纪科技DC50D-1240无刷直流水泵该水泵流量扬程曲线以下：水泵规格参数以下：型号电压（V）电流（A）扬程（m）开口流量（L/H）功率(W)DC50D-1240123.84.0045.6该水泵还含有寿命长，无需保养，体积小效率高，功耗低和耐高温等特点故该水泵能够满足系统散热要求4 电子风扇和水泵控制电动水泵在电机开启后就直接开启，此时可能冷却系统内水温并未达成需要限值，且在天气严寒情况下，电动水泵也无需长时间运行水泵长久运行对其寿命也有较大影响而且因为沿用Z1散热器和电子风扇，散热器散热量和风量远远大于系统需要量，故准备为其增加一套控制电路，控制水泵和风扇运行其控制策略以下： 内容参数（℃）备注电机控制器温度关系电机温度水泵开启≥50或≥50温度暂定水泵停止≤45和≤45空调未开启时低速风扇开启≥55或≥55低速风扇停止≤50和≤50高速风扇开启≥65或≥65高速风扇停止≤60和≤60空调开启时低速风扇开启≥50或≥50低速风扇停止≤45和≤45高速风扇开启≥60或≥60高速风扇停止≤55和≤555 结论经过计算，初步确定原型车冷却系统能够满足电机系统冷却需要。
其中，散热器和电子风扇性能大于电机冷却需求，但综合考虑材料成本和性能优化等方面，提议散热器和电子风扇沿用原车散热器和电子风扇上述计算关键计算公式为经验公式，因为现代车型机舱部署复杂，水路和风道更为复杂，上述计算仅作为设计参考深入设计校核及优化需要结合三维CFD及一维系统仿真参 考 文 献[1] 汽车工程手册编辑委员会编. 《汽车工程手册》.设计篇.第一版. 北京：人民交通出版社，.6.。