NFX|冷却剂加热器仿真分析

摘要

     全球汽车发展的唯一方向就是新能源化，或者说是电动化，这已经成为全球各国家和企业的共识。如何提高汽车电池效率的先进技术也迫在眉睫，可以通过冷却剂加热器，优化电池在寒冷环境下的性能。然而，该设备产生的振动会导致例如泄漏和系统错误。因此，必须抑制设备的振动以提高稳定性。使用数值模拟分析，主要原因是结构的固有频率和振型特性。结果表明，六个螺栓连接可以大大提高了紧固装置的稳定性。

     冷却水加热装置是发热的电路板，高压提供直流电源，迅速加热冷却水的温度，使电池保持最佳状态的装置。控制的电板和冷却水流动的油路部位置密切，基板方向冷却水如果漏水，将导致车辆出现严重故障。

    振动对系统故障有很大影响，通过控制与车身相连的装置的共振，来减小冷却水加热装置振动的影响，这是迫切需要的技术。

   在本研究中，汽车的运行速度可在0至5000Hz区域内避免共振。通过有限元分析，冷却水加热装置的真空有效抑制动能，提高结构稳定性。了解热设备的动态特性，最大限度地减少振动，通过比选设计方案来确认效果，确保装置的稳定。

冷却剂加热器的三维建模

通过对设计方案比选，模型简化为上图四种工况，模型的材质是ADC12，具体参数如下图

采用实体单元网格划分，通过高速四面体网格划分，得到如上图节点和单元数

当发生振动时，通过频率响应分析，确认结构是否共振

3.分析结果

Model A的频率响应位移结果

model A 振动幅度

另外，第5次和第6次（3607.69，4130.69Hz）和第6次，第7次（4130.69, 4411.91Hz）固有振动频率之间的容易发生共振。

频率响应结果

Model D，增加到8个连接部位

通过上图，1-4阶，在区域(0~5000 Hz)中,1阶和2阶（2208.50、2395.05Hz）

会相互共振，引起很大的振动。 

由上表，比较Model A~D的1~10阶，冷却剂加热装置的固有振动频率会随着刚度变化。下表显示不同振幅大小。

   与2、4个连接部位相比，如果有6、8个连接部位，振动会大幅减少。

   但Model D固有振动频率相互共振，有一定危险，因此，对Model C进行最佳选择，适用相应设计方案，冷却剂加热装置的振动大大减少，可以确保结构稳定性。

4.结论

本研究为在新能源汽车，安装冷却水加热装置，在以减少振动最小化为目标，通过方案比选，保证最佳效果。

1.新能源汽车上在一个工作速度区域（0~5000 Hz）内按不同工况，通过有限元做振动分析。

2.Model A、B、D存在一定共振现象，Model C能有效抑制共振现象。

1. Mahesh, S. P., “Numerical analysis on heat transfer characteristics of cabin air heater for heating of EV,” The Society of Air-conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, 16-R-008, pp. 1031-1032, 2016.

2. Ro, S. H., Mechanical Vibrations with Applications,Chaosbook, pp. 22-58, pp. 219-223, 2013.3. Hong, S. J., “Prediction of the Dynamic Characteristics of a Bolt-Joint Plates According to Bolting Conditions,” Journal of The Korean Society of Mechanical Engineers, Vol. 29, pp.1175-1182, 2005.

4. Lee, T. H., “Structural Design of a Li-Ion Battery Slitting Machine for the Improved

Stability,” Journal of the Semiconductor & Display Technology, Vol. 17, pp. 46-52, 2018.