樊伟
摘 要：在经济快速发展的今天，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。该文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）-0061-03
Structure Design and Thermal Analysis of Electric Vehicle Charger
FAN Wei
（Xuchang electrical Vocational College， Xuchang， Henan Province， 461000 China）
Abstract： In today's rapid economic development， with the rapid economic development， energy shortage has become a problem in front of people. We should actively seek new energy. Electric vehicles have the characteristics of green environmental protection， which can not only reduce environmental pollution， but also meet people's travel needs， and have a broad market prospect. In order to improve the performance of electric vehicles， it is necessary to strengthen the research on the structure design of vehicle charger. This paper discusses the structural design and thermal analysis in order to provide support for the development of electric vehicles.
Key Words： Electric vehicle; Aar charger; Structural design; Thermal analysis
在經济快速发展的今天，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，更好地投入到实际应用中去。该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3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，有利于提升散熱水平。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，确保可以很好地适用。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，可以有效地进行热分析和仿真。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SolidWorks Flow Simulation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Flow Simulation中的Check Geometry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。为了达到更好的散热效果，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，然后再做出改进，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做出改变，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（7）：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，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.
[6] 余秋熠.基于单片机的锂离子电池充电器设计[J].科技资讯，2019（2）：103.
[7] 周猛，瞿齐，瞿敏骁，等.基于电磁共振的无线充电器研究与设计[J].科技资讯，2018，16（31）：45-46.
