基于UG軟件對電動汽車冷卻系統教具的仿真研究

基于UG軟件對

電動汽車冷卻系統教具的仿真研究

黃河交通學院 張玉龍

教具是高校教學中必不可缺少的器材，有助于學生更

好地學習專業知識和技能，對知識的傳播起著不可或缺的

作用。本文基于用UG軟件建立電動汽車冷卻系統三維模

型，能夠讓學生直觀地看出系統各個部件的相對位置。同

時利用UG建模具有參數化的特性，可以計算出模型的體

積、面積、質心等參數，并通過運動仿真，可以達到更加直

觀的視覺效果，提高教學效率。

1 電動汽車冷卻系統分析

1.1

電機冷卻系統分析

電動汽車冷卻系統的功能相對于傳統汽車而言，區

別在于電動汽車冷卻的是驅動電機和動力電池（以下簡稱

“電池”），讓驅動電機和電池保持在良好的工作狀態。電

機冷卻系統由電機膨脹水箱、散熱器、冷卻液泵、冷卻液軟

管和冷卻液溫度傳感器組成，它們相互協作組成了完整的

循環系統。

電機冷卻系統的工作原理如圖1所示，溫度較低的時

候，冷卻液泵不工作，溫度上升后，冷卻液泵開始工作。利

用傳導原理，將熱量從驅動電機組件傳遞到冷卻液中，帶

有熱量的冷卻液流經蒸發管路進入散熱器，通過冷卻風

扇吹動把熱量帶入到大氣中。冷卻系統的溫度由溫度傳感

器向PEB（電力電子箱）發送信號，控制冷卻風扇的運轉速

度，信號經PEB送達到CAN總線再到儀表盤上。儀表盤上

實時顯示冷卻液的溫度，如果冷卻液溫度過高，則儀表盤

上會有警示燈和消息提醒駕駛人。

1.2

電池冷卻系統分析

要在特定的溫度范圍內工作，電池才能發揮出最好的

性能，電池工作時產生的大量熱量，導致電池工作性能下

降，要想延長電池壽命，就需要給電池降溫。

電池膨脹水箱的進液管與冷卻器連接，出液管與冷卻

液管三通連接。冷卻液軟管用于各個部件連接，安裝在汽

車底盤下面。電池冷卻液泵用來循環電池冷卻系統冷卻

液，冷卻液泵固定在底盤上。電池冷卻系統的作用是將電

池維持在一個合適的溫度工作，使電池處于較佳的工作狀

態。電池冷卻系統由熱交換器、管路接口、支架和帶電磁閥

的膨脹閥等組成。

電池冷卻系統工作原理如2圖所示，BMS（電池管理

系統）發出信號，可以控制電池冷卻器膨脹閥關閉和冷卻

液泵運行，在電池溫度高于32.5 ℃時冷卻液泵會接收信號

開啟，溫度低于27.5 ℃時冷卻液泵會接收信號關閉。BMS

對ETC（溫度控制器）發出開啟膨脹閥和電池閥的要求

圖1 電機冷卻系統工作原理圖

圖2 電池冷卻系統工作原理圖

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后，ETC打開冷卻器電磁閥和膨脹閥。ETC只控制冷卻液溫

度，BMS控制冷卻液與BMS高壓電池內部的熱量交換。當高

壓電池冷卻液溫度過高時，ETC會關閉空調的制冷功能，當

給電池充電的時候，ETC會自動工作，使電池冷卻系統進入

工作模式。

2 電動汽車冷卻系統教具方案研究

2.1

電動汽車冷卻系統教具模型的建立

以輕松制做各種模型的制造設計，廣泛應用于工廠的制造設

UG是西門子公司推出的交互式CAD/CAM軟件系統，可

圖3 電機冷卻系統三維模型圖

計生產及產品的研發與創新。主要功能包括工業設計、專業

的管路和線路設計系統、鈑金模塊、專用塑料件設計模塊、仿

真、確認和方案。用UG通過建立三維模型，能夠直觀地看出

各個部件的相對位置。同時可以運用UG建立模型具有參數化

的特性，可以計算出模型的體積、面積、質心等參數。在UG設

計平臺上，采用自上而下、參數化的設計方式，完成電池和電

機冷卻系統的模型建立，整個冷卻系統模型包括電機冷卻液

泵、電池冷卻液泵、散熱器、冷卻風扇組件、電池膨脹水箱、電

機膨脹水箱、電池散熱器和冷卻液管。

用自上而下的參數化設計，完成該裝置的建模。該裝置包括

冷卻風扇罩、散熱器、冷卻風扇、散熱器溢流管、膨脹水箱

的驅動電機、膨脹水箱到散熱器的軟管、散熱器到冷卻液

泵的軟管、電力電子進液口、電力電子出液口、冷卻液泵冷

卻電機、驅動電機到散熱器的軟管。根據該電機冷卻系統

的相對位置關系對該模型進行自上而下的裝配設計。冷卻

液的流動路徑是：驅動電機→散熱器→PEB（電力電子箱）

→冷卻液泵→驅動電機閉合回路，還有一路是從散熱器至

電機膨脹水箱的閉合回路，建模完成后對模型進行干涉分

析，結果正常。

用自上而下參數化設計，完成該裝置的建模。該裝置包括動

力電池冷卻器、動力電池到冷卻水管的軟管、電池冷卻器

到動力電池的軟管、電池冷卻器低壓空調管、電池冷卻器

高壓空調管、電池冷卻器低壓空調管出口、電池冷卻器高

壓空調管出口、膨脹水箱到電池、冷卻水管三通到膨脹水

箱軟管、水泵到電池冷卻器和水泵到動力電池的軟管。冷

卻液的流動路徑是：動力電池→冷卻水管三通→動力電池

水泵→電池冷卻器→動力電池，建模完成后對模型進行干

UG建立的電池冷卻系統的三維模型圖如圖4所示，采

UG建立的電機冷卻系統的三維模型圖如圖3所示，采

圖4 電池冷卻系統三維模型圖

涉分析一切正常。

2.2

電機和電池冷卻系統運動仿真

利用UG運動仿真模塊對電機冷卻系統的冷卻液流向

和冷卻風扇工作原理進行運動仿真，對冷卻液進行運動仿

真的內容是：冷卻液吸收了驅動電機的熱量后到冷卻器冷

卻液流向、冷卻器到PEB逆變器冷卻液流向、PEB逆變器到

驅動電機冷卻液流向、冷卻器到膨脹水壺冷卻液流向、膨

脹水壺到冷卻器流向和冷卻風扇轉動。

利用UG運動仿真模塊對電池冷卻系統冷卻液流向和

高壓空調管、低壓空調管流向進行運動仿真，對電池冷卻

系統仿真的內容是：冷卻液吸收了驅動電機的熱量后到冷

卻器冷卻液流向、冷卻器到冷卻水泵冷卻液流向、冷卻器

到膨脹水壺冷卻液流向、膨脹水壺到冷卻水管三通冷卻液

流向、冷卻器到高壓空調管流向、冷卻器到低壓空調管流

向、冷卻水泵到冷卻水管三通冷卻液流向和冷卻水管三通

到電池冷卻液流向。

3 結語

本文以電動汽車冷卻系統為研究對象，結合UG的建模

及運動仿真對冷卻系統進行了三維建模分析，對電機冷卻

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如何上好汽修專業課

四川省綿陽職業技術學校 唐 云

汽修專業教學的核心是讓學生學習專業理論，掌握專

業技能，為其畢業后走上工作崗位做好準備。因此，如何上

好汽修專業課，就成了教師必須思考的問題。

1 讓自已“入行”

專業基于行業，要成為一名合格的專業課教師，必須先

“入行”。專業課教師不能僅僅依賴大學時所學的一些基本

理論知識來教學，不“入行”就不能了解行業現狀，不能準

確掌握行業對從業人員的需求，更無法找準適合職校學生

的教學內容。照本宣科是不能教會學生掌握一門走出校門

就能就業的專業技能的。

在德國，師范類專業學生需要在大學畢業后到修理廠

工作2年，并取得“技師”以上資格證才能成為汽修專業課

教師；汽修廠里的技師，則可通過2年的“教師培訓”，取得

“教師證”，成為汽修專業課教師。由此可見，德國汽修專

業課教師都具有汽修行業從業經歷。

那么汽修專業課教師要怎樣“入行”呢？筆者認為，專

業課教師必須深入行業實際工作崗位，解決實際問題，來實

現自我培養和提高。

2 提高基本教學技能

2.1

板書能力

板書是教師的基本教學技能，但是，隨著多媒體教學形

式的發展，很多教學管理者不斷強調一些所謂的現代教學

技術，卻忽略了板書這項基本教學技能的功能。

板書是引導學生思維的過程。因此，專業課教師需要具

備熟練、工整書寫板書的能力，板書的形式可以是粉筆、白

板筆等實物板書，也可以用畫圖軟件，制作電子板書。

筆者并不反對“高大上”的教學形式，但一定要找準基

本點，不要忘了獲得最佳教學效果才是我們的初心。

2.2

簡筆畫能力

簡筆畫能很好地表達一些抽象的東西，因此，這也是專

業課教師必須具備的基本能力。現在更要求專業課教師具

備電腦繪圖能力。

2.3

表達能力

在行業中，很多技術能手無法勝任專業課教師的工

作，其中一個重要原因就是表達能力的欠缺，無法把所做

的、所懂的表達出來。因此，表達能力對專業課教師而言非

常重要。

2.4

實操能力

專業課教師必須具備實際操作能力。實操能力對職校

學生而言非常重要，如果專業課教師自己都不會操作，那拿

什么教給學生？

3 汽修專業課的常見類型與組織形式

3.1

純理論型

有些課程專業理論性較強，專業課教師必須用相對較

多的時間，開展專業理論講解，學生須在具備一定理論基

礎的情況下才能開展實訓操作，這就有了純理論課。

純理論課的組織形式類似普通文化課程，教師講

解，學生聽講并記筆記。

3.2

純實操型

在“學中做、做中學”原則的指導下，學習技能必須通過

系統和電池冷卻系統進行了運動仿真分析，直觀地展示了

冷卻液在冷卻系統中的循環過程及冷卻原理，給電動汽車

教學和人才培養帶來很大的方便，讓學生更加客觀地了解

到電動汽車冷卻系統的構造與工作原理，并且還能激發學

生的學習興趣。

（收稿日期：2019-07-25）

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