纯电|E100T纯电动宽体矿车热管理系统匹配设计
来源 | 电动学堂
0 引言
E100T纯电动宽体矿车满载状态的质量近百吨 ， 主要是用于重载下坡的工况 ， 利用重力势能转化为动能的方式以节省能源———即高效地利用了制动能量回收技术 。 充电方式采用快充的方式 ， 由于电机功率较大 ， 且快充对电池组的充放电需求较高 ， 故在恶劣环境下 ， 热管理系统是保证纯电动宽体矿车正常工作的必备系统之一 。
本文主要是对E100T纯电动宽体矿车热管理系统进行研究分析 ， 通过匹配合适的热管理系统 ， 并进行试验验证以保证纯电动宽体矿车运营的可靠性能 。
1 E100T纯电动宽体矿车热管理系统关键零部件
对E100T纯电动宽体矿车热管理系统的匹配设计 ， 先需要了解其关键零部件结构 ， 如产生热源的电池组、电机以及电机控制器 。 需要确定电池组、电机以及电机控制器的结构、性能参数等 。 对于电池组、电机以及电机控制器的结构图请见图1、图2、图3、图4和图5所示 。
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2 E100T纯电动宽体矿车热管理系统的需求
此E100T纯电动宽体矿车主要是针对重载下坡、空载上坡的工况定制开发 。 由于整车运行工况恶劣 ， 且在运行过程中电池组、电机和电机控制器的发热量较大 ， 普通的自然冷却以及风冷无法满足要求 ， 需要采用水冷却系统 。 E100T纯电动宽体矿车热管理系统设计主要包含电池组(共两个电池组总成)的热管理和电机、电机控制器热管理的两个系统 。
E100T纯电动宽体矿车在爬坡、重载下坡以及加速时 ， 放电电流增大 ， 产生的热量必然引起电池组温度的升高 ， 温度过高容易导致电池组燃烧 。 故根据车辆的使用区域并考虑到成本等因素 ， E100T纯电动宽体矿车的热管理系统主要是进行冷却系统设计 ， 未进行加热系统的设计 。 根据整车方案定义以及基于零部件本身的结构设计(电池组、电机、控制器内部均有冷却管路) ， 热管理系统的设计的需求见表1 。
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3 E100T纯电动宽体矿车热管理系统的匹配设计
3.1 热管理系统管路设计
从整车定义以及成本控制的角度综合分析 ， 此热管理系统选择更加经济的被动液冷 ， 即利用外界环境 ， 借助散热器散热性能实现对电池组、电机以及电机控制器的冷却 。 并根据电池组(两个)、电机、电机控制器的工作温度要求 ， 需要设计为两个回路 ， 具体冷却系统回路如图6和图7所示 。
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为保证散热效果 ， 电池组散热器和电机散热器设计成并排布置 。 为方便布置 ， 将两个散热器集成为一体 ， 而且为了保证进风温度 ， 将集成式散热器布置于整车前端 。 为充分利用散热器的散热面积 ， 电机散热器和电池组散热器后侧均布置两个风扇 ， 上下布置 。
3.2 热管理系统散热器总成参数
根据整车定义以及总布置 ， 散热器的散热面积不能太大 ， 整车只能提供有限的布置空间 。 根据整车总布置以及散热器的芯体尺寸、扁管参数以及翅片参数 ， 可仿真得出电池组散热器和电机散热器的换热MAP图 ， 如图8和图9 。
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电池组散热器风扇选用无刷轴流风扇 ， 叶轮直径Φ316.7mm ， 叶片个数7个 ， 风扇厚度78.85mm ， 重量2.2kg 。 麦克风与风扇模块重心距离1m声强级75.1dBA 。 额定转速3500r/min ， 额定电压为24V ， 额定电流为11A 。 电机散热器风扇亦选用无刷轴流风扇 ， 叶轮直径Φ350 ， 叶片个数7个 ， 风扇厚度78.2mm ， 重量2.6kg 。 麦克风与风扇模块重心距离1m声强级80.4dBA 。 额定转速4100r/min ， 额定电压为24V ， 额定电流为21A 。 电池组散热器风扇与电机散热器风扇的风量特性曲线如图10和图11 。
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