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NFX|冷却剂加热器仿真分析

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摘要

     全球汽车发展的唯一方向就是新能源化,或者说是电动化,这已经成为全球各国家和企业的共识。如何提高汽车电池效率的先进技术也迫在眉睫,可以通过冷却剂加热器,优化电池在寒冷环境下的性能。然而,该设备产生的振动会导致例如泄漏和系统错误。因此,必须抑制设备的振动以提高稳定性。使用数值模拟分析,主要原因是结构的固有频率和振型特性。结果表明,六个螺栓连接可以大大提高了紧固装置的稳定性。

1.背景
     目前新能源主要以PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle), 和EV(ElectricVehicle)为主,这种新能源汽车,对提高汽车电池的效率,技术和装置多种多样。在寒冷气温下,最有效的方法是将冷却剂加热器放入电池中,通过温度控制以获得最佳性能,预防冬季电池放电。

     冷却水加热装置是发热的电路板,高压提供直流电源,迅速加热冷却水的温度,使电池保持最佳状态的装置。控制的电板和冷却水流动的油路部位置密切,基板方向冷却水如果漏水,将导致车辆出现严重故障。

    振动对系统故障有很大影响,通过控制与车身相连的装置的共振,来减小冷却水加热装置振动的影响,这是迫切需要的技术。

   在本研究中,汽车的运行速度可在0至5000Hz区域内避免共振。通过有限元分析,冷却水加热装置的真空有效抑制动能,提高结构稳定性。了解热设备的动态特性,最大限度地减少振动,通过比选设计方案来确认效果,确保装置的稳定。

2.有限元分析

冷却剂加热器的三维建模

通过对设计方案比选,模型简化为上图四种工况,模型的材质是ADC12,具体参数如下图

网格划分

采用实体单元网格划分,通过高速四面体网格划分,得到如上图节点和单元数

当发生振动时,通过频率响应分析,确认结构是否共振

3.分析结果

Model A(Two points)
通过有限元分析程序(midas NFX 2021 R1),有2个连接部分的Model A的
振动形态及固有频率,如下图可确认1~10次固有振动频率,1~8次固有振动数的振动为0~5000Hz内。
此外,第2次和第3次(1221.73、1235.12Hz)第4次和第5次(2467.61,2520.77 Hz),6次和7次(3860.10,4137.56 Hz)固有频率之间存在共振的可能性。
Model A的频率响应位移结果

model A 振动幅度

Model B(Four points)
针对Model A的分析结果,通过增强刚度,Model B增加到四个连接部位。
从下图看,1~7次固有频率在(0~5000Hz)中
另外,第5次和第6次(3607.69,4130.69Hz)和第6次,第7次(4130.69, 4411.91Hz)固有振动频率之间的容易发生共振。
频率响应结果

model B 振动幅度
Model C(Six points)
通过增强刚度,Model C增加到六个连接部位。
通过上图,1~10次固有振动频率1~4阶包含在汽车运行速度区域(0~5000Hz)中,在相应领域内,高频1~4次阶分布不同,共振被抑制了。
频率响应结果
Model D(Eight points)

Model D,增加到8个连接部位

通过上图,1-4阶,在区域(0~5000 Hz)中,1阶和2阶(2208.50、2395.05Hz)

会相互共振,引起很大的振动。 

频率响应结果
得出最终设计方案并确认效果

由上表,比较Model A~D的1~10阶,冷却剂加热装置的固有振动频率会随着刚度变化。下表显示不同振幅大小。

   与2、4个连接部位相比,如果有6、8个连接部位,振动会大幅减少。

   但Model D固有振动频率相互共振,有一定危险,因此,对Model C进行最佳选择,适用相应设计方案,冷却剂加热装置的振动大大减少,可以确保结构稳定性。

4.结论

本研究为在新能源汽车,安装冷却水加热装置,在以减少振动最小化为目标,通过方案比选,保证最佳效果。

1.新能源汽车上在一个工作速度区域(0~5000 Hz)内按不同工况,通过有限元做振动分析。

2.Model A、B、D存在一定共振现象,Model C能有效抑制共振现象。

3.有6个连接部位的Model C是最佳选择,因此,基于本设计方案,冷却剂加热装置制造后通过共振回避,有效减小振动,降低该问题造成系统故障和司机的不便。
参考文献

1. Mahesh, S. P., “Numerical analysis on heat transfer characteristics of cabin air heater for heating of EV,” The Society of Air-conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, 16-R-008, pp. 1031-1032, 2016.

2. Ro, S. H., Mechanical Vibrations with Applications,Chaosbook, pp. 22-58, pp. 219-223, 2013.3. Hong, S. J., “Prediction of the Dynamic Characteristics of a Bolt-Joint Plates According to Bolting Conditions,” Journal of The Korean Society of Mechanical Engineers, Vol. 29, pp.1175-1182, 2005.

4. Lee, T. H., “Structural Design of a Li-Ion Battery Slitting Machine for the Improved

Stability,” Journal of the Semiconductor & Display Technology, Vol. 17, pp. 46-52, 2018.

源自:
作者:
来源:midas机械事业部
Mechanical振动电源电路汽车新能源NFXElectric控制螺栓
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首次发布时间:2023-03-22
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