电动汽车车载充电器的结构设计及热探析
摘要：随着经济快速发展，能源紧张成为摆在人们面前的难题，要积极寻求新能源。电动汽车具有绿色环保的特点，不仅可以减少环境污染，还能够满足人们出行需求，有着广阔市场前景。为了提升电动汽车性能，要加强车载充电器结构设计的研究。文章从结构设计和热探析两个大的方面进行论述，为电动汽车发展提供支持。
关键词：电动汽车；车载充电器；结构设计；热探析
中图分类号：TM93 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2020)07(b)-0000-00
在经济快速发展的今天，汽车已经走进了千家万户，给人们出行带来了便利。但是对石油能源的需求量也在持续增加，带来更加严重的环境污染，因此要有效应对。电动汽车的出现让这种情况得到有效缓解，减少了能源消耗，符合可持续发展理念。车载充电器可以为电动汽车提供动力来源，所以要重视结构设计和热探析，才能发挥出有效的作用。
1电动汽车车载充电器的结构设计
在电动汽车发展过程中，充电方式也在不断完善，可以满足汽车对电力的需求。根据充电的速度可以分为快充和慢充，这两种方式都有优势，在运用时根据实际情况而定。为了满足电力的需求，电动汽车车载充电器的电子元器件功率都比较高，而且在运行中会产生很多热量。从目前情况来看，为了减少热量的影响，通常会采用风扇制冷的方式，但是散热效果不是很好，而且会增加车载充电器的质量，因此要加强改善才可以。通过研究发现，可以选择自然冷却和水冷却的方式，但是水冷却的技术还不是很成熟，存在着一些难题，无法推广应用。在这种情况下，自然冷却就成为了最佳的方式，要进一步加强研究。结合电动汽车的特点，设计出一款满足实际需求的车载充电器，从安装方式、尺寸大小、散热性能等方面去优化，为汽车提供充足的电力支持。随着电动汽车数量不断增加，车载充电器研究显得尤为重要，是汽车的关键组成部分，保证具备良好的性能[1]。
1.1全局尺寸定义
先要了解车载充电器电控部分的输入，对电子元器件和电路板的三维数据进行确定。再对电控部分进行布置，前提条件是要综合考虑电器工作控制原理、线路走向、接线方式等方面。最后依据电动汽车自身的特点，对车载充电器进行合理设计，保证满足实际需求。根据输入条件和使用要求，对车载充电器进行深入研究，从各方面进行优化，包括尺寸、安装方式制作工艺等，确保达到车载充电器的设计要求，更好的投入到实际应用中去。本文研究的车载充电器主要分为上、下两部分结构，通过合理组成就构建出一个整体。上部分结构和下部分结构组成有明显区别，分别由不同原件组成，有着特定的功能，保证系统的正常运行。车载充电器在运行的时候，上下部分结构可以发挥出有效作用，为汽车提供充足电力支持。对车载充电器的整体结构进行了介绍，综合考虑全局尺寸的各个部分，为实际工作开展提供正确指导[2]。
1.2局部尺寸定义
为了满足安装的要求，要对局部尺寸进一步细化，做好细节方面的设计。在
车载充电器电控部分设计中，采用的元器件体积和质量都比较大，例如变压器、谐振电感等，考虑到其带来的影响，所以不会和电路板放在一起，一般情况下会单独设置，确保作用的有效发挥。由于这类电子元器件具有特殊性，在安装设计的时候需要做好准备工作，才能达到安装的要求。有的电子元器件发热量比较大，为了保证散热效果，需要对安装方式进行创新，螺钉固定在散热壳体上具有较强稳定性，这样散热效果会更好。以本文中的车载充电器为例来说，根据散热要求，对系统原件进行合理布置，根据上壳体和下壳体的具体作用来决定，保证达到预期效果。上下壳体在连接的时候要用螺钉来固定，同时要满足松动的要求，所以固定时做好有效处理。需要注意的是，车载充电器的上部分要比下部分发热量大，所以安装螺钉要遵循规定顺序，有助于改善散热效果。
通过对散热要求进行分析，合理设计局部尺寸。通常情况下，热量的传递主要分为三个步骤，包括吸热、导热、散热，明白热量传递的整个过程。热源的热量在传递过程中，具体顺序为基板、散热翅片、空气，从而达到散热目的。在整个过程中，减少不利因素对散热产生的影响，同时提高散热的速度。散热器基板对散热速度会产生直接影响，为了达到最佳效果，要进行科学合理设计，有利于提升散热水平。本文中研究的车载充电器在设计外壳散热翅片的拔模角度时，要依据实际情况而定，同时借鉴历史经验，保证达到科学合理的标准。通过上述的介绍，要把握住电动汽车车载充电器结构设计的关键点，主要包括以下几个方面。一是充电器整体结构的确定，包括尺寸、安装方式等方面，确保可以很好的适用。二是对上、下电路板进行设计，还包括其他的一些元器件。三是对于特殊元器件要提高重视程度，根据使用要求来进行设计。四是确定整体装配布局，检查空间尺寸分析干涉等情况。在结构设计过程中，要按照规定顺序进行才能达到预期目标[3]。
2电动汽车车载充电器的热探析
2.1软件介绍
SolidWorks软件是一款三维设计软件，发挥出FloEFD流体分析工具，可以
有效的进行热分析和仿真。由于这项技术具有强大功能，所以对结构设计工程师的要求不是很高，只需要掌握少量专业知识就可以了，在平时使用的CAD软件界面中完成热仿真分析。运用SolidWorksFlowSimulation主要作用是热仿真分析，过程中要仔细观察，准确把握温度的变化，可以对上、下壳体结构实现优化。为了便于研究，将车载充电器放在适宜的温度中来做试验，观察功率MOS管的最高温度。为了进一步提升上、下壳体结构的合理性，需要对基板和翅片的的厚度、数量、间距等因素进行分析，通过比较可以获得最佳效果。明确仿真步骤。在SolidWorks软件环境下建立详细的三维模型，对仿真结果影响不大的细节可以适当压缩。发挥出检查几何结构命令检查模型的作用，保证没有任何问题，对优化后的模型利用FlowSimulation中的CheckGeometry功能进行模型数据的检查，根据最终的结果来进行仿真运算[4]。
2.2结果分析
通过一系列的研究，最终结果表明基板厚度在一定范围之内越厚散热效果越好，但是从车载充电器具体情况来看，基板的最佳厚度为5mm。为了达到更好散热效果，在进行基板厚度设计时，会从中心向四周慢慢变薄。这样设计的合理性在于热量会向周围比较薄的部分传递。研究结果表明翅片高度在16-22mm之间变化时，温度是比较稳定的。受到制造工艺的影响，散热翅片的厚度、高度存在差距，无法保持绝对的统一。通过观察发现，风冷散热器翅片的厚度和数量和散热效果有着直接关系，所以要通过研究来进行科学设计，不断改善散热效果。当然数量要控制在合理范围之内，散热器翅片不能过密，否则会影响到散热效果。根据实际经验可知，自然冷却的散热器翅片间距要大于4mm。除此之外，散热壳体的材质和散热效果也有很大的关系，因此要合理选择。考虑到制造成本和技术，散热壳体的材料会选用铝合金和铜，效果比较好。对结果进行分析，才能得到准确的数据信息，作为设计的参考依据，确保达到预期效果[5]。
2.3改进措施
对热分析的结果进行研究，就可以了解到整个充电器温度场的分布，知道热
量传导的具体情况，设置不合理的地方一眼就能看出来，然后再作出改进，从而优化散热效果。为了提高散热性能，可以从内部和外部两个方面入手去做。例如在上、下壳体内部放入热管，可以起到分散热量的作用，这样散热速度会加快。还可以在上、下壳体热量较高的外部区域安装散热风扇，实现和外部空气的交换。在车载充电器运用过程中，对各方面性能都提出了更高的要求，因此要加强设计研究，不断提升车载充电器的质量。FloEFD流体分析工具具有明显优势，直接用到CAD实体模型，设计效率会得到大大提高。从未来发展情况来看，电动汽车车载充电器会朝着小型化、轻量化、智能化的方向发展，可以为汽车行驶提供充足的动力支持。受到技术条件限制，车载充电器研究还有很长的一段路要走，所以要加强创新，积极引入先进技术，不断改善结构设计水平和散热效果，发挥出充电器的最大作用。
3结语
综上所述，对电动汽车车载充电器的结构设计和热探析研究是非常有必要的。从现阶段情况来看，车载充电器在很多方面都存在问题，严重影响到使用效果。为了解决面临问题，要树立起创新意识，不仅要在结构设计上作出改变，还要改善散热效果，保证车载充电器的稳定性、持久性，推动电动汽车的更好发展。
参考文献：
[1]郭言东.电动汽车车载充电器的结构设计与热分析[J].汽车制造业,2017,(007):52-55.
[2]刘海雄.电动汽车集成式车载充电器的设计及应用[J].新课程研究（中旬-单）,2018,(4):100-101.
[3]李成群,黄宝旺.新型纯电动汽车车载充电器的设计[J].测控技术,2018,34(3):131-133,137.
[4]丁绪星,张玉峰,姚健.1.5KW电动汽车车载充电器的研究与设计[J].安徽师范大学学报（自然科学版）,2019,38(2):134-137.
[5]王源卿,李红梅.电动汽车车载充电器PFC AC/DC变换器设计[J].电子技术应用,2018,41(2):152-155,159.
