一种基于Ansysworkbench的新能源汽车母牌温度分析方法与流程

一种基于ansys workbench的新能源汽车母牌温度分析方法
技术领域
1.本发明涉及控制器母牌温度的仿真分析技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于ansys workbench的新能源汽车母牌温度分析方法。


背景技术：

2.新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车，新能源电机是新能源汽车中的重要部件，新能源电机控制器是控制动力电源与驱动电机之间能量传输的装置，是驱动系统的核心组成。控制器母牌起到接插件和电容、功率模块间连接导电的作用。目前母牌的结构形式一般为层叠结构。母牌不同层级之间采用绝缘层隔离。通常流经母牌的电流较大，母牌存在发热问题。若其温度过高，将对绝缘层产生不利影响，影响整个控制器的可靠性。因此对母牌的温度进行评估是一项十分必要的工作。
3.现有技术存在以下缺点：现有母牌温度分析一般常采用试验的方法得到母牌温度，该方法首先根据经验设计出母牌的结构，然后制作样件进行温度试验得到母牌温度，该方法存在验证周期长、试验成本高的问题；进一步的，若试验得出温度过高，需要对母牌结构进行更改优化，而后重新验证，在此产品优化迭代过程中额外产生了的时间成本、样件制作成本。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种基于ansys workbench的新能源汽车母牌温度分析方法，无需制作样件进行试验，取而代之的是利用虚拟仿真软件，通过设置输入条件定义母牌的工作状态，而后运行计算得出母牌的温度分布，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于ansys workbench的新能源汽车母牌温度分析方法，具体步骤如下：
6.步骤一：创建分析项目并定义材料属性：
7.(1)创建分析项目：在ansys workbench软件中，创建电热耦合分析项目；
8.(2)定义材料属性：在材料属性界面新建母牌材料并定义材料属性；
9.步骤二：导入并简化新能源汽车控制器母牌的几何模型：
10.(1)在三维数模软件中，将母牌几何数模另存为中立格式文件，另存为stp格式文件；
11.(2)择导入步骤二(1)中生成的文件；
12.(3)利用工具栏中的sketch和split功能，对母牌与铜柱连接的平面进行切割，切出与外部铜柱接触导通的区域；
13.步骤三：单位设置并赋予材料属性：
14.(1)在工具栏的units选项中，对单位系统进行设置；
15.(2)选择所有母牌实体，material选项中选择p12中定义的材料cu_t2。
16.步骤四：网格划分：
17.(1)在细节选项中，将全局网格尺寸设置为0.001；
18.(2)插入method，在细节选项中，选中所有母牌，method选项中选择multizone。
19.步骤五：边界条件设置：
20.(1)定义电流：利用插入电流功能，选中某一相母牌上与铜柱接触的表面，在细节中定义电流数值为256a；采用相同的方法分别定义流经另外两相母牌的电流；
21.(2)定义电压：利用插入电压功能，选中所有母牌引脚的端面，定义电压数值为0v；
22.(3)定义表面散热系数：插入对流选项，在细节中选中母牌所有表面，定义自然对流换热系数为8w/m2·
℃。
23.步骤六：网格划分：
24.(1)点击分析树的mesh选项，右键菜单中选择generate mesh，完成网格划分。
25.步骤七：运行求解：
26.(1)在工具栏solve选项卡中，输入核心数4，单击solve进行求解计算。
27.步骤八：结果后处理：
28.(1)右击分析树的solution选项，右键菜单中分别选择插入温度(temperature)、热流密度(total heatflux)、电流密度(total current density)、焦耳热密度(joule heat)；
29.(2)右击分析树的solution选项，在右键菜单中选择evaluate all results，对p81中的所求结果进行计算；
30.(3)显示计算结果，最终母牌温度、热流密度、电流密度、焦耳热密度分布云图。
31.作为优先选的，所述步骤二中新能源汽车控制器母牌，包括引脚和母牌上与外部铜柱连接的接触面，所述引脚的端部固定连接有母牌上与外部铜柱连接的接触面。
32.作为优先选的，所述引脚位于母牌上与外部铜柱连接的接触面的一侧均匀分布，所述母牌上与外部铜柱连接的接触面的一端设有圆孔。
33.作为优先选的，所述步骤一中母牌材料为铜，导热系数为390w/(m
·
k)，电阻率为1.87e-8/ω
·
mm。
34.本发明的技术效果和优点：
35.一种基于ansys workbench的新能源汽车母牌温度分析方法，采用电热耦合模块进行求解分析，避免了样件试验验证可能失败带来的样件制作成本、时间成本，提高最终样件试验的通过率，本发明专利方法流程中网格划分步骤中，由软件自行划分网格，节省了大量手动划分网格时间，仿真计算结果精度较高，与试验结果误差在5℃以内，完全适用于工业应用场合，本发明专利的流程固定，求解的收敛性好，仿真过程稳定，使用本发明后，可以依据仿真结果对母排绝缘层进行选型，节省选型不当造成的损失。
附图说明
36.图1为本发明的仿真分析方法流程图。
37.图2为本发明的控制器母牌立体结构示意图。
38.附图标记：1、引脚；2、母牌上与外部铜柱连接的接触面。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.实施例：
41.一种基于ansys workbench的新能源汽车母牌温度分析方法，具体步骤如下：
42.步骤一：创建分析项目并定义材料属性：
43.(1)创建分析项目：在ansys workbench软件中，双击主界面工具箱中的thermal-electric选项，创建电热耦合分析项目；
44.(2)定义材料属性：双击分析项目的第二行engineering data选项，在材料属性界面新建母牌材料并定义材料属性；
45.步骤二：导入并简化新能源汽车控制器母牌的几何模型：
46.(1)在三维数模软件中，将母牌几何数模另存为中立格式文件，另存为stp格式文件；
47.(2)右击分析项目的第三行的geometry选项，选择导入步骤二(1)中生成的文件；
48.(3)双击打开分析项目的第三行的geometry选项，利用工具栏中的sketch和split功能，对母牌与铜柱连接的平面进行切割，切出与外部铜柱接触导通的区域；
49.步骤三：单位设置并赋予材料属性：
50.(1)双击打开分析项目的第四行的model选项，在工具栏的units选项中，对单位系统进行设置，设置为metric(m，kg，n，s，v，a)；
51.(2)窗口的左侧项目分析树的geometry中，选择所有母牌实体，material选项中选择p12中定义的材料cu_t2。
52.步骤四：网格划分：
53.(1)左击项目分析树的mesh选项，在细节选项中，将全局网格尺寸设置为0.001；
54.(2)右击项目分析树的mesh选项，插入method，在细节选项中，选中所有母牌，method选项中选择multizone。
55.步骤五：边界条件设置：
56.(1)定义电流：利用插入电流功能，选中某一相母牌上与铜柱接触的表面，在细节中定义电流数值为256a；采用相同的方法分别定义流经另外两相母牌的电流；
57.(2)定义电压：利用插入电压功能，选中所有母牌引脚的端面，定义电压数值为0v；
58.(3)定义表面散热系数：插入对流选项，在细节中选中母牌所有表面，定义自然对流换热系数为8w/m2·
℃。
59.步骤六：网格划分：
60.(1)右击分析树的mesh选项，右键菜单中选择generate mesh，完成网格划分。
61.步骤七：运行求解：
62.(1)在工具栏solve选项卡中，输入核心数4，单击solve进行求解计算。
63.步骤八：结果后处理：
64.(1)右击分析树的solution选项，右键菜单中分别选择插入温度(temperature)、热流密度(total heatflux)、电流密度(total current density)、焦耳热密度(joule heat)；
65.(2)右击分析树的solution选项，在右键菜单中选择evaluate all results，对p81中的所求结果进行计算；
66.(3)显示计算结果，最终母牌温度、热流密度、电流密度、焦耳热密度分布云图。
67.进一步的，步骤二中新能源汽车控制器母牌，包括引脚1和母牌上与外部铜柱连接的接触面2，引脚1的端部固定连接有外部铜柱连接的接触面2。
68.进一步的，引脚1位于母牌上与外部铜柱连接的接触面2的一侧均匀分布，母牌上与外部铜柱连接的接触面2的一端设有圆孔。
69.进一步的，步骤一中母牌材料为铜，导热系数为390w/(m
·
k)，电阻率为1.87e-8/ω
·
mm。
70.本发明工作原理：
71.参照说明书附图1-2，一种基于ansys workbench的新能源汽车母牌温度分析方法，采用电热耦合模块进行求解分析，避免了样件试验验证可能失败带来的样件制作成本、时间成本，提高最终样件试验的通过率，本发明专利方法流程中网格划分步骤中，由软件自行划分网格，节省了大量手动划分网格时间，仿真计算结果精度较高，与试验结果误差在5℃以内，完全适用于工业应用场合，本发明专利的流程固定，求解的收敛性好，仿真过程稳定，使用本发明后，可以依据仿真结果对母排绝缘层进行选型，节省选型不当造成的损失。
72.最后应说明的几点是：首先，在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
73.其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
74.最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。