新能源汽车散热综合解决方案

新能源汽车散热综合解决方案北京天源博通科技有限公司 新一代热设计软件6SigmaET简介公司及软件介绍驱动电机散热解决方案电机控制器散热解决方案动力电池组散热解决方案新能源汽车主要内容6SigmaET仿真流程介绍液冷散热方案介绍 热设计的必要性(Source:USAirForceAvionicsIntegrityProgram)图2:电子产品失效的主要原因55%Temperature温度19%Humidity潮湿20%Vibration振动6%Dust粉尘来源：美国空军航空电子整体研究项目图1:结点寿命统计(Source:GECResearch)故障率10万小时来源：GEC研究院结点温度 6sigmaET软件是英国FutureFacilities开发的新一代热分析软件，该公司成立于2004年，是专业的电子产品散热分析软件公司总裁Hassan曾经是Flotherm软件的创始人，后因公司并购，成立FutureFacilities新公司，开发新一代热分析软件。技术总裁Mark是Flovent产品创始人产品经理Chris是Flotherm核心开发人员公司及产品简介北京天源博通科技有限公司是专业工程软件及服务提供商。公司从2000年成立之日起就活跃在中国仿真软件市场，先后代理了国外多家著名专业仿真软件。在国内拥有大量的客户，并获得良好的信誉。公司代理的其他仿真软件有：英国Motor-CAD软件，NEC公司的EMC高精度可视化系统（4EM200U，4EM500）和EMI设计软件（EMI-stream），美国DegreeControl公司热测试系统解决方案DegreeC、美国LYTRON公司专业的液冷解决方案。 新一代热设计软件6SigmaET简介公司及软件介绍驱动电机散热解决方案电机控制器散热解决方案动力电池组散热解决方案新能源汽车主要内容6SigmaET仿真流程介绍液冷散热方案介绍 6SigmaET软件给客户带来的价值高效智能自动化丰富的接口强大的求解器智能化器件库对象式建模建模等级网格生成智能纠错一键生成报告PCB导入导出CAD导入导出多核并行瞬态、稳态层流、湍流热辐射太阳辐射焦耳热精确学术验证工业验证复杂几何-Verifiedagainstempiricalandtheoreticalstudies-6SigmaETbeingusedforresearchbyleadinguniversitiesCaseStudies-SolveComplexgeometry 6SigmaET软件功能简介6SigmaETGridAndSolver网格及求解器拖拽式建模，快速、高效；笛卡尔网格：加快计算速度；集成的经验公式：加速计算并保证准确度。PostProcessing结果动态后处理模块操作简单，丰富多彩的显示方式；支持将动画保存为wmv和gif格式；摄像头功能和步进视图功能产生逼真的模型效果；自动生成报告功能，节省工程师的时间。SimplifyChassis自动简化热模型将详细的模型简化为“黑盒子”，以便于环境级的分析；方便不同部门之间或者和下游厂商之间保密。IDF和CAD接口模块支持stl格式文件的导入。可以将导入组件拆分，分别赋予功耗、材料等参数。支持Protel，Cadence等软件生成的idf文件的导入。包含走线、器件参数、过孔等详细信息的完整读入，保证模型准确性。VersionTree版本树功能不同的设计方案用一个文件就可以搞定；计算后可将多个方案在同一个窗口中进行直观的比较，以定优劣。ErrorView智能除错模块建模时出现错误会自动进行提示，避免工程师将时间浪费在除错上。点击出错条目自动定位出错元件，一目了然。 6SigmaET重要特征介绍一便捷操作应具备的功能ETFl13DCAD直接导入无需简化YN2可將CAD转换成智能化部件:1.PCB2.CHIP3.风扇4.TIMYN3emn/idf/idx电子零件InputYY4零件可以干涉(如Choke、Mos)YY5PCB可接受真实电路图InputYO6晶片可定义Jb、Ic方向YN 6SigmaET重要特征介绍二便捷操作应具备的功能ETFl13DCAD直接导入无需简化YN2可將CAD转换成智能化部件:1.PCB2.CHIP3.风扇4.TIMYN3emn/idf/idx电子零件InputYY4零件可以干涉(如Choke、Mos)YY5PCB可接受真实电路图InputYO6晶片可定义Jb、Ic方向YN 6SigmaET重要特征介绍三便捷操作应具备的功能ETFl13DCAD直接导入无需简化YN2可將CAD转换成智能化部件:1.PCB2.CHIP3.风扇4.TIMYN3emn/idf/idx电子零件InputYY4零件可以干涉(如Choke、Mos)YY5PCB可接受真实电路图InputYO6晶片可定义Jb、Ic方向YN 6SigmaET重要特征介绍四便捷操作应具备的功能ETFl13DCAD直接导入无需简化YN2可將CAD转换成智能化部件:1.PCB2.CHIP3.风扇4.TIMYN3emn/idf/idx电子零件InputYY4零件可以干涉(如Choke、Mos)YY5PCB可接受真实电路图InputYO6晶片可定义Jb、Ic方向YN 6SigmaET重要特征介绍五便捷操作应具备的功能ETFl13DCAD直接导入无需简化YN2可將CAD转换成智能化部件:1.PCB2.CHIP3.风扇4.TIMYN3emn/idf/idx电子零件InputYY4零件可以干涉(如Choke、Mos)YY5PCB可接受真实电路图InputYO6晶片可定义Jb、Ic方向YN 6SigmaET重要特征介绍六便捷操作应具备的功能ETFl13DCAD直接导入无需简化YN2可將CAD转换成智能化部件:1.PCB2.CHIP3.风扇4.TIMYN3emn/idf/idx电子零件InputYY4零件可以干涉(如Choke、Mos)YY5PCB可接受真实电路图InputYO6晶片可定义Jb、Ic方向YN 6SigmaET重要特征介绍七便捷操作应具备的功能ETFl7可输入电流、电压(焦耳热)YO8热源可输入瓦数或温度YY9可输入热源温度反推真实发热瓦数YN10支持各种风扇种类与PQ温控曲线YO11一秒钟完成千万网格铺设YY12支持多种网格加密技巧YO13参数最佳化分析(包含不同几何导入)YO可以输入线圈的电流与电压可以直接将Choke的几何、材料等变成Library 6SigmaET重要特征介绍八便捷操作应具备的功能ETFl7可输入电流、电压(焦耳热)YO8热源可输入瓦数或温度YY9可输入热源温度反推真实发热瓦数YN10支持各种风扇种类与PQ温控曲线YO11一秒钟完成千万网格铺设YY12支持多种网格加密技巧YO13参数最佳化分析(包含不同几何导入)YO 6SigmaET重要特征介绍九便捷操作应具备的功能ETFl7可输入电流、电压(焦耳热)YO8热源可输入瓦数或温度YY9可输入热源温度反推真实发热瓦数YN10支持各种风扇种类与PQ温控曲线YO11一秒钟完成千万网格铺设YY12支持多种网格加密技巧YO13参数最佳化分析(包含不同几何导入)YOTempCU1106.5U3186.3Q277.9C66568.2U3377.8C3573.7U3583.1C2978.8U3980.9U3485.4U4488.5U2989.7U5692.2Q178.3HeatWTempCU13.7499109.2U310.745888.38Q20.106878.01C6650.089767.08U330.249777.26C350.084774.25U350.164984.31C290.038478.27U390.0981.8U340.173786.32U440.254389.45U290.356690.47U560.065996.28Q10.098878.54 6SigmaET重要特征介绍十(a)便捷操作应具备的功能ETFl7可输入电流、电压(焦耳热)YO8热源可输入瓦数或温度YY9可输入热源温度反推真实发热瓦数YN10支持各种风扇种类与PQ温控曲线YO11一秒钟完成千万网格铺设YY12支持多种网格加密技巧YO13参数最佳化分析(包含不同几何导入)YO 6SigmaET重要特征介绍十(b)便捷操作应具备的功能ETFl7可输入电流、电压(焦耳热)YO8热源可输入瓦数或温度YY9可输入热源温度反推真实发热瓦数YN10支持各种风扇种类与PQ温控曲线YO11一秒钟完成千万网格铺设YY12支持多种网格加密技巧YO13参数最佳化分析(包含不同几何导入)YO可以从6SigmaET的內建FANLibrary选取各家风扇厂信息可以从各家风扇厂的网页上抓取P-Q曲线的EXCEL可以手动输入P-Q值，并将资料输出成一个EXCEL表格给Library6SigmaET的风扇转速可以自定义(不一定是风扇厂给的指定转速P-Q）风扇转速可以温度控制，软件会输出操作点时的转速与温度曲线6SigmaET可以定义风扇噪音 6SigmaET重要特征介绍十一便捷操作应具备的功能ETFl7可输入电流、电压(焦耳热)YO8热源可输入瓦数或温度YY9可输入热源温度反推真实发热瓦数YN10支持各种风扇种类与PQ温控曲线YO11一秒钟完成千万网格铺设YY12支持多种网格加密技巧YO13参数最佳化分析(包含不同几何导入)YO 6SigmaET重要特征介绍十二便捷操作应具备的功能ETFl7可输入电流、电压(焦耳热)YO8热源可输入瓦数或温度YY9可输入热源温度反推真实发热瓦数YN10支持各种风扇种类与PQ温控曲线YO11一秒钟完成千万网格铺设YY12支持多种网格加密技巧YO13参数最佳化分析(包含不同几何导入)YO 6SigmaET重要特征介绍十三便捷操作应具备的功能ETFl7可输入电流、电压(焦耳热)YO8热源可输入瓦数或温度YY9可输入热源温度反推真实发热瓦数YN10支持各种风扇种类与PQ温控曲线YO11一秒钟完成千万网格铺设YY12支持多种网格加密技巧YO13参数最佳化分析(包含不同几何导入)YO 6SigmaET重要特征介绍十四便捷操作应具备的功能ETFl14具备云端产业齐全材料库YO15自订包含几何特征材料库YN16SERVER变成一个资料库给DataCenter使用YN17各向异性材料可歪斜与弯曲YN18操作错误提示排除功能YY19太阳辐射(地球辐射库)YY20强大的后处理（动画效果）YO21INTELCHIP档案支持YY22可读取IcePak结果文件YN23额外几何清理模块Y*N 6SigmaET重要特征介绍十五便捷操作应具备的功能ETFl14具备云端产业齐全材料库YO15自订包含几何特征材料库YN16SERVER变成一个资料库给DataCenter使用YN17各向异性材料可歪斜与弯曲YN18操作错误提示排除功能YY19太阳辐射(地球辐射库)YY20强大的后处理（动画效果）YO21INTELCHIP档案支持YY22可读取IcePak结果文件YN23额外几何清理模块Y*N 6SigmaET重要特征介绍十六便捷操作应具备的功能ETFl14具备云端产业齐全材料库YO15自订包含几何特征材料库YN16SERVER变成一个资料库给DataCenter使用YN17各向异性材料可歪斜与弯曲YN18操作错误提示排除功能YY19太阳辐射(地球辐射库)YY20强大的后处理（动画效果）YO21INTELCHIP档案支持YY22可读取IcePak结果文件YN23额外几何清理模块Y*N 6SigmaET重要特征介绍十七便捷操作应具备的功能ETFl14具备云端产业齐全材料库YO15自订包含几何特征材料库YN16SERVER变成一个资料库给DataCenter使用YN17各向异性材料可歪斜与弯曲YN18操作错误提示排除功能YY19太阳辐射(地球辐射库)YY20强大的后处理（动画效果）YO21INTELCHIP档案支持YY22可读取IcePak结果文件YN23额外几何清理模块Y*NPCB可以输入不同方向的材料特性，而且PCB任意旋转方向材料特性会随着PCB的方向跟着旋转。 6SigmaET重要特征介绍十八便捷操作应具备的功能ETFl14具备云端产业齐全材料库YO15自订包含几何特征材料库YN16SERVER变成一个资料库给DataCenter使用YN17各向异性材料可歪斜与弯曲YN18操作错误提示排除功能YY19太阳辐射(地球辐射库)YY20强大的后处理（动画效果）YO21INTELCHIP档案支持YY22可读取IcePak结果文件YN23额外几何清理模块Y*N 6SigmaET重要特征介绍十九便捷操作应具备的功能ETFl14具备云端产业齐全材料库YO15自订包含几何特征材料库YN16SERVER变成一个资料库给DataCenter使用YN17各向异性材料可歪斜与弯曲YN18操作错误提示排除功能YY19太阳辐射(地球辐射库)YY20强大的后处理（动画效果）YO21INTELCHIP档案支持YY22可读取IcePak结果文件YN23额外几何清理模块Y*N 6SigmaET重要特征介绍二十便捷操作应具备的功能ETFl14具备云端产业齐全材料库YO15自订包含几何特征材料库YN16SERVER变成一个资料库给DataCenter使用YN17各向异性材料可歪斜与弯曲YN18操作错误提示排除功能YY19太阳辐射(地球辐射库)YY20强大的后处理（动画效果）YO21INTELCHIP档案支持YY22可读取IcePak结果文件YN23额外几何清理模块Y*N 6SigmaET重要特征介绍二十一便捷操作应具备的功能ETFl14具备云端产业齐全材料库YO15自订包含几何特征材料库YN16SERVER变成一个资料库给DataCenter使用YN17各向异性材料可歪斜与弯曲YN18操作错误提示排除功能YY19太阳辐射(地球辐射库)YY20强大的后处理（动画效果）YO21INTELCHIP档案支持YY22可读取IcePak结果文件YN23额外几何清理模块Y*N 6SigmaET重要特征介绍二十二便捷操作应具备的功能ETFl14具备云端产业齐全材料库YO15自订包含几何特征材料库YN16SERVER变成一个资料库给DataCenter使用YN17各向异性材料可歪斜与弯曲YN18操作错误提示排除功能YY19太阳辐射(地球辐射库)YY20强大的后处理（动画效果）YO21INTELCHIP档案支持YY22可读取IcePak结果文件YN23额外几何清理模块Y*N 6SigmaET重要特征介绍二十三便捷操作应具备的功能ETFl14具备云端产业齐全材料库YO15自订包含几何特征材料库YN16SERVER变成一个资料库给DataCenter使用YN17各向异性材料可歪斜与弯曲YN18操作错误提示排除功能YY19太阳辐射(地球辐射库)YY20强大的后处理（动画效果）YO21INTELCHIP档案支持YY22可读取IcePak结果文件YN23额外几何清理模块Y*N 电子行业热设计软件功能对比6SigmaETIcePakFlotherm精度优中优收敛性优弱优几何导入分析强中弱学习时间一天一到两周两天最大可支持网格数7亿1千万1千万（四核并行）模块报价6万美金8万美金8万美金PCB相关功能免费1.5万美金？？并行计算免费2.5万美金免费操作时间30~60分钟2~16小时3~16小时计算时间500万网格/小时100万网格/小时150万网格/小时CAD几何清理模块有（可选）有（可选）无6SigmaET最适合工程师学习使用的热流分析软件(包含机构、电子、CAE工程师)----德尔福汽车电子客户评价WilliamHuang 新一代热设计软件6SigmaET简介公司及软件介绍驱动电机散热解决方案电机控制器散热解决方案动力电池组散热解决方案新能源汽车主要内容6SigmaET仿真流程介绍液冷散热方案介绍 6SigmaET仿真流程介绍前处理计算条件设定开始计算后处理在CAD软件中对模型作适当简化，去掉一些不必要的零件如螺钉、螺孔。模型检查完毕后保存为STL格式。前处理阶段一般只花费几分钟的时间。将保存好的STL格式导入到ET中，即可建立模型。适当设定求解域大小，设定环境条件。分别设定各零件的材料、功耗等参数。此阶段一般花费半小时。保存模型，确定模型中无错误后开始计算。可以开启多核计算功能加快计算速度。软件标配4核并行求解license，计算速度约500万网格每小时。可显示温度、速度、压力的云图和速度的矢量图。可制作动态截面图和流线图，并可将动画保存下来放到PPT中。支持一键生成PPT或HTML格式的报告。 新一代热设计软件6SigmaET简介公司及软件介绍驱动电机散热解决方案电机控制器散热解决方案动力电池组散热解决方案新能源汽车主要内容仿真流程介绍液冷散热方案介绍 新能源汽车“三电”核心技术驱动电机驱动电机是新能源汽车三大核心部件之一，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标。随着电机的温度升高，电机的退磁性能显著降低，严重影响电机的性能。动力电池在新能源汽车产业中，动力电池占据着最大一部分成本。“三电”中最主要的竞争也在动力电池方面。国内外大部分主机厂在电池技术领域都没有自己的电芯，全球80%的电芯市场仅掌握在松下、比亚迪、LG化学，以及AESC（日产—NEC合资公司）四家公司手中。动力电池面临着续航里程短、电池过重、充电速度慢、安全可靠性差、使用寿命短等问题。散热性能的好坏直接影响到电池的续航里程、安全可靠性和使用寿命。工信部部长苗圩在电动车百人会上说：“我国动力电池的核心技术还没有实现革命性突破，性能还需要大幅度提升。”国务院副总理马凯也特别提到，要加快动力电池革命性突破。电控电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运转、进退、加减速、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，它就像是电动车的大脑，是电动车上重要的部件，这使得电动车控制的散热性能尤为重要。 汽车驱动电机散热解决方案驱动电机的散热分析的必要性6sigmaET可以帮助工程师在机壳的设计之初就考虑到电机的散热问题，根据电机的散热需求设计电机外壳的外形以及齿片的形状与尺寸，如果受特定环境限制的情况下，还可以加入强制风冷、液冷等散热技术设计。汽车驱动电机的特点铝型材电机外壳在使用上十分广泛，铝外壳具备了强度高、重量轻和散热性能比较好的优点，而且在表面也是美观大方，不仅耐腐蚀，对于内膛也不需要进行任何的切削。不仅体积比较小重量非常轻，结构也较为简单，安装和维护都非常的方便，生产的过程也非常环保，而且生产的效率比较高，运输和储存也较为方便，因此也受到了广大电机制造商的青睐。应用案例介绍后两页分别展示了针对普通电机和轮毂电机的风冷和水冷案例的仿真结果。从这两个案例可以看出，6SigmaET可以针对外形非常不规则的电机模型做出精确的建模。相对于别的热仿真软件，可以直接捕捉通风孔、散热面等关键区域，而无须使用透气率等简化计算的方法，结果更准确。强大的液冷功能，支持建立不规则的流道。 汽车驱动电机散热解决方案（风冷案例）电机原始CAD模型6SigmaET计算结果 汽车驱动电机散热解决方案（水冷案例）轮毂电机模型电机温度分布冷却液流线图 电机控制器散热解决方案电机控制器散热分析的必要性6sigmaET可以帮助工程师对控制器内部的大功率器件IGBT，控制芯片，电路板等电子元器件进行热仿真，以减小这些元器件在高温环境下的失效和故障。汽车电机控制器的功能电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运转、进退、加减速、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，它就像是电动车的大脑，是电动车上重要的部件。因此，电动车控制器运行的正常与否关系到电动车的性能与安全应用案例介绍后面的案例为针对电机控制器和IGBT的热仿真。电机控制器的模型需要考虑到焦耳热的问题，6SigmaET可以导入真实电路进行计算，只需要定义导体的材质和电流的大小即可自动计算出电势的分布和温度场。IGBT、电阻等大功率器件发热量极大，经常会用到水冷散热。 电机控制器散热解决方案（案例一）控制器三维模型 电机控制器散热解决方案（案例一）控制器整体温度分布图 电机控制器散热解决方案（案例一）控制器PCB铜箔温度分布 电机控制器散热解决方案（案例二）IGBT水冷散热仿真 动力电池组散热方案动力电池散热分析的必要性动力电池组散热不好直接影响电池包的续航能力、安全可靠性、使用寿命等。动力电池的特点动力电池组的成本高、电池续航能力较弱、充电速度不高等技术瓶颈。动力电池组散热问题的有效解决将大大提升动力电池组的性能。应用案例介绍下面有两个针对电池组热仿真的案例。第一个案例为针对某电池组的强迫对流散热案例，由贯流风扇提供气流驱动，通过计算查看风扇能否提供足够的冷却能力。第二个案例为针对另外一个电池组的瞬态计算案例，相比较传统的通用CFD软件，计算时间大幅减少，结果却几乎一致。 动力电池组散热方案（案例1）动力电池组#1利用6SigmaET建立的电池组整体模型 动力电池组散热方案（案例1）动力电池组#1电池组内部结构，由出口处风扇提供强迫对流驱动力 动力电池组散热方案（案例1）动力电池组#1实体表面温度 动力电池组散热方案（案例1）动力电池组#1仿真截面结果 动力电池组散热方案（案例1）动力电池组#1流场示意图 动力电池组散热方案（案例2）动力电池组#2瞬态工况及仿真结果验证：600秒时温度分布 动力电池组散热方案（案例2）动力电池组#2瞬态工况及仿真结果验证：1200秒时温度分布 动力电池组散热方案（案例2）动力电池组#2瞬态工况及仿真结果验证：1800秒时温度分布 动力电池组散热方案（案例2）动力电池组#2瞬态工况及仿真结果验证：2400秒时温度分布 动力电池组散热方案（案例2）动力电池组#2瞬态工况及仿真结果验证计算机配置:4核心,i5-2300,8G内存计算时间:3小时36分 动力电池组散热方案（案例2）动力电池组#2瞬态工况及仿真结果验证:Fluent软件600秒时温度 动力电池组散热方案（案例2）动力电池组#2瞬态工况及仿真结果验证:Fluent软件1200秒时温度 动力电池组散热方案（案例2）动力电池组#2瞬态工况及仿真结果验证:Fluent软件1800秒时温度 动力电池组散热方案（案例2）动力电池组#26SigmaET&Fluent结果对比6SigmaET:网格总数10978300时间步长10s瞬态总时间：2400s计算时间：3小时36分钟Fluent:网格总数11698300时间步长10s瞬态总时间：1950s计算时间4天13小时24分钟 ©2011Allrightsreserved欢迎咨询指导北京天源博通科技有限公司技术工程师柏楠电话：010-6822171218210415966邮箱：bainan@tianyuantech.com北京市海淀区复兴路65号电信实业大厦812