增程式电机控制器高效热分析与研究

1纯电动推土机热管理系统介绍

2高温热管理系统设计

2.1高温热管理系统结构布置

系统采用水冷单元与油冷单元集成，水冷各分支并联，控制器与电机串联的总体布置方案，总体布置如图1所示。相比电机而言，控制器需求温度较低，串联时将控制器布置在前侧，冷却液先经过控制器再进入电机进行冷却。设计时要通过调节管路长度、增加节流装置等手段调控水冷各分支的流阻，避免出现因流量差异导致的换热不均衡现象。

复合散热器集成多个电子风扇及控制器，在水冷单元及油冷单元出口处安装温度传感器，控制器分析水温及油温后按照既定控制策略向风扇发送指令，调控风扇转速或控制多个风扇的开闭，使防冻液和液压油处于设定的温度范围，同时还可以取得可观的节能效果。

2.2水冷系统计算

设计使用最高环境温度为45℃。根据管路及各电子元件流阻值确定电子水泵流量为45L/min。则系统总散热功率Qw表达式为

式中Qw——系统总散热功率；Qw1——驱动电机散热功率，取4kW；Qw2——电机控制器散热功率，取3.5kW；Qw3——液压电机散热功率，取3.6kW；n——安全系数，取1.1。

带入各项数值得系统总散热功率为24.3kW。

计算时设定水冷单元入口温度为65℃，计算整个系统温度降Δtw，确定水冷单元出口温度。

式中Qw——系统总散热功率，取24.3kW；

Vw——冷却液循环流量，取45L/min；

rw——冷却液密度，近似取1000kg/m3；

Cw——冷却液比热，近似取4.187kJ/kg℃。

带入数值计算得系统温度降为7.74℃，满足控制器入口温度要求。用式(2)计算校验水冷各分支温升，满足设计要求。

2.3油冷系统计算

设计使用最高环境温度为45℃，系统理论散热功率12kW，取安全系数1.1，计算输入确定为13.2kW。计算时设定油冷单元入口温度为80℃，计算确定液压油温度降Δtw，确定油冷单元出口温度。

式中Q0——系统总散热功率，取13.2kW；V0——液压油循环流量，取17L/min；r0——液压油密度，近似取875kg/m3；C0——液压油比热，近似取2.094kJ/kg℃。带入数据计算得系统温降约为25.4℃，满足设计要求。

3低温热管理系统设计

文中纯电动推土机采用8组电池作为动力源，电池组自带加热功能，选用单冷型BTMS即可，无需选用具有加热功能的冷暖型BTMS。目前商业化BTMS根据其制冷量不同分为5kW及8kW两种规格，具体设计过程中可根据电池组的热负荷特性选用相应规格的产品。

为保证各电池组冷却液流量均匀，且温度精确控制在适合范围内，电池组冷却管路采用2组电池串联，各电池冷却支路并联的布置形式，如图2所示。

设计过程中，要综合考虑高度差等因素，通过控制各分支管路长度、内径、走向等，保证各分支流阻及流量均衡。此外，要在合适的位置增加膨胀水箱，保证电池及BTMS的冷却液一次性加注率及运行过程除气效果，必要时可使用2个膨胀水箱。其布置示例如图3所示。

此外，BTMS控制逻辑也是保证热管理系统精准运行的关键。BTMS检测实际水温，与设定的目标水温比对，确定工作模式后向执行单元发送指令，典型的工作模式如下。

1）关机模式除BTMS控制器外，其余部件均停止工作。

2）自循环模式BTMS控制器控制水泵循环，其余部件停止工作。

3）制冷模式根据采集温度控制BTMS风扇、压缩机的开闭。

4结语

该热管理系统已完全可以满足纯电动推土机的工作要求，文中涉及的设计方法、布置方案对其它纯电动工程机械热管理系统设计具有一定的借鉴意义。后续还应在控制逻辑细化等方面开展研究工作，使纯电动工程机械热管理系统运行更精准、更节能。