新能源电动压缩机机电耦合能量转化效率提升
能源与动力工程资助企业: 江苏中关村科技产业园节能环保研究有限公司
企业导师: 陈海忠
指导教师: 陈江平
项目成员: 刘致远 邓毅梁 董思言 陈锴男
项目概述
汽车行业经历从传统、混动到新能源的发展历程,汽车热管理系统的重要性越发凸显。电动压缩机是热管理系统的核心部件,主要用于调节热管理系统运行工况,囊括制冷工况、热泵工况、除霜工况、电池加热、电池冷却、电机冷却和电机余热回收等;同时压缩机也是热管理系统主要耗能部件,压缩机的性能直接影响热管理系统的性能和经济性。压缩机集成控制器、电机、主轴轴系、涡旋盘等部件,理解各部件之间的能量流动和转化过程是分析和提升整机性能的关键;各部件和制冷剂、壳体和环境之间的换热同样对整机性能存在影响。对整机能量流动过程进行分析,通过仿真和实验验证建立机电耦合的压缩机能量转化模型,提升压缩机能量转化效率,并给整机性能带来提升。
项目目标
从虚拟仿真和试验验证两个维度开展研究,搭建机电耦合的压缩机整机能量流模型,开展压缩机控制器部件、电机部件、机械部件和排气部件能量转化分析,基于模型和能量转化分析开展控制器、电机、压缩部件的变工况性能仿真,并基于变工况性能试验对仿真经过进行验证和优化;完善压缩机控制策略、电机选型和机械设计,最终实现电动压缩机整机性能提升。
项目成果
(1)基于涡旋压缩机的总体结构和工作原理,建立整机一维热力学数学模型,描述其内部各零件、整机和外部环境之间的能量流动、转换关系,建立更加精确的仿真模型。
(2)对影响永磁同步电机效率的多个结构设计参数进行选择,使用Ansys Maxwell建模并仿真计算,确定最终的电机选型并对比优化方案的效果。
(3)对排气腔的内部流场和排气脉动情况通过Ansys Fluent进行仿真,确定能够降低排气脉动的排气盖内部结构优化并比较评估优化效果。、
(4)基于对电动压缩机控制部分硬件的调研与理解,深入探索了优化控制器性能的方案,并进行了spice与sigrity的电热混合仿真,将优化后的控制器功耗与现有控制器进行对比,确认优化的效果。