基于UG软件对电动汽车冷却系统教具的仿真研究

基于UG软件对

电动汽车冷却系统教具的仿真研究

黄河交通学院 张玉龙

教具是高校教学中必不可缺少的器材，有助于学生更

好地学习专业知识和技能，对知识的传播起着不可或缺的

作用。本文基于用UG软件建立电动汽车冷却系统三维模

型，能够让学生直观地看出系统各个部件的相对位置。同

时利用UG建模具有参数化的特性，可以计算出模型的体

积、面积、质心等参数，并通过运动仿真，可以达到更加直

观的视觉效果，提高教学效率。

1 电动汽车冷却系统分析

1.1

电机冷却系统分析

电动汽车冷却系统的功能相对于传统汽车而言，区

别在于电动汽车冷却的是驱动电机和动力电池（以下简称

“电池”），让驱动电机和电池保持在良好的工作状态。电

机冷却系统由电机膨胀水箱、散热器、冷却液泵、冷却液软

管和冷却液温度传感器组成，它们相互协作组成了完整的

循环系统。

电机冷却系统的工作原理如图1所示，温度较低的时

候，冷却液泵不工作，温度上升后，冷却液泵开始工作。利

用传导原理，将热量从驱动电机组件传递到冷却液中，带

有热量的冷却液流经蒸发管路进入散热器，通过冷却风

扇吹动把热量带入到大气中。冷却系统的温度由温度传感

器向PEB（电力电子箱）发送信号，控制冷却风扇的运转速

度，信号经PEB送达到CAN总线再到仪表盘上。仪表盘上

实时显示冷却液的温度，如果冷却液温度过高，则仪表盘

上会有警示灯和消息提醒驾驶人。

1.2

电池冷却系统分析

要在特定的温度范围内工作，电池才能发挥出最好的

性能，电池工作时产生的大量热量，导致电池工作性能下

降，要想延长电池寿命，就需要给电池降温。

电池膨胀水箱的进液管与冷却器连接，出液管与冷却

液管三通连接。冷却液软管用于各个部件连接，安装在汽

车底盘下面。电池冷却液泵用来循环电池冷却系统冷却

液，冷却液泵固定在底盘上。电池冷却系统的作用是将电

池维持在一个合适的温度工作，使电池处于较佳的工作状

态。电池冷却系统由热交换器、管路接口、支架和带电磁阀

的膨胀阀等组成。

电池冷却系统工作原理如2图所示，BMS（电池管理

系统）发出信号，可以控制电池冷却器膨胀阀关闭和冷却

液泵运行，在电池温度高于32.5 ℃时冷却液泵会接收信号

开启，温度低于27.5 ℃时冷却液泵会接收信号关闭。BMS

对ETC（温度控制器）发出开启膨胀阀和电池阀的要求

图1 电机冷却系统工作原理图

图2 电池冷却系统工作原理图

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后，ETC打开冷却器电磁阀和膨胀阀。ETC只控制冷却液温

度，BMS控制冷却液与BMS高压电池内部的热量交换。当高

压电池冷却液温度过高时，ETC会关闭空调的制冷功能，当

给电池充电的时候，ETC会自动工作，使电池冷却系统进入

工作模式。

2 电动汽车冷却系统教具方案研究

2.1

电动汽车冷却系统教具模型的建立

以轻松制做各种模型的制造设计，广泛应用于工厂的制造设

UG是西门子公司推出的交互式CAD/CAM软件系统，可

图3 电机冷却系统三维模型图

计生产及产品的研发与创新。主要功能包括工业设计、专业

的管路和线路设计系统、钣金模块、专用塑料件设计模块、仿

真、确认和方案。用UG通过建立三维模型，能够直观地看出

各个部件的相对位置。同时可以运用UG建立模型具有参数化

的特性，可以计算出模型的体积、面积、质心等参数。在UG设

计平台上，采用自上而下、参数化的设计方式，完成电池和电

机冷却系统的模型建立，整个冷却系统模型包括电机冷却液

泵、电池冷却液泵、散热器、冷却风扇组件、电池膨胀水箱、电

机膨胀水箱、电池散热器和冷却液管。

用自上而下的参数化设计，完成该装置的建模。该装置包括

冷却风扇罩、散热器、冷却风扇、散热器溢流管、膨胀水箱

的驱动电机、膨胀水箱到散热器的软管、散热器到冷却液

泵的软管、电力电子进液口、电力电子出液口、冷却液泵冷

却电机、驱动电机到散热器的软管。根据该电机冷却系统

的相对位置关系对该模型进行自上而下的装配设计。冷却

液的流动路径是：驱动电机→散热器→PEB（电力电子箱）

→冷却液泵→驱动电机闭合回路，还有一路是从散热器至

电机膨胀水箱的闭合回路，建模完成后对模型进行干涉分

析，结果正常。

用自上而下参数化设计，完成该装置的建模。该装置包括动

力电池冷却器、动力电池到冷却水管的软管、电池冷却器

到动力电池的软管、电池冷却器低压空调管、电池冷却器

高压空调管、电池冷却器低压空调管出口、电池冷却器高

压空调管出口、膨胀水箱到电池、冷却水管三通到膨胀水

箱软管、水泵到电池冷却器和水泵到动力电池的软管。冷

却液的流动路径是：动力电池→冷却水管三通→动力电池

水泵→电池冷却器→动力电池，建模完成后对模型进行干

UG建立的电池冷却系统的三维模型图如图4所示，采

UG建立的电机冷却系统的三维模型图如图3所示，采

图4 电池冷却系统三维模型图

涉分析一切正常。

2.2

电机和电池冷却系统运动仿真

利用UG运动仿真模块对电机冷却系统的冷却液流向

和冷却风扇工作原理进行运动仿真，对冷却液进行运动仿

真的内容是：冷却液吸收了驱动电机的热量后到冷却器冷

却液流向、冷却器到PEB逆变器冷却液流向、PEB逆变器到

驱动电机冷却液流向、冷却器到膨胀水壶冷却液流向、膨

胀水壶到冷却器流向和冷却风扇转动。

利用UG运动仿真模块对电池冷却系统冷却液流向和

高压空调管、低压空调管流向进行运动仿真，对电池冷却

系统仿真的内容是：冷却液吸收了驱动电机的热量后到冷

却器冷却液流向、冷却器到冷却水泵冷却液流向、冷却器

到膨胀水壶冷却液流向、膨胀水壶到冷却水管三通冷却液

流向、冷却器到高压空调管流向、冷却器到低压空调管流

向、冷却水泵到冷却水管三通冷却液流向和冷却水管三通

到电池冷却液流向。

3 结语

本文以电动汽车冷却系统为研究对象，结合UG的建模

及运动仿真对冷却系统进行了三维建模分析，对电机冷却

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如何上好汽修专业课

四川省绵阳职业技术学校 唐 云

汽修专业教学的核心是让学生学习专业理论，掌握专

业技能，为其毕业后走上工作岗位做好准备。因此，如何上

好汽修专业课，就成了教师必须思考的问题。

1 让自已“入行”

专业基于行业，要成为一名合格的专业课教师，必须先

“入行”。专业课教师不能仅仅依赖大学时所学的一些基本

理论知识来教学，不“入行”就不能了解行业现状，不能准

确掌握行业对从业人员的需求，更无法找准适合职校学生

的教学内容。照本宣科是不能教会学生掌握一门走出校门

就能就业的专业技能的。

在德国，师范类专业学生需要在大学毕业后到修理厂

工作2年，并取得“技师”以上资格证才能成为汽修专业课

教师；汽修厂里的技师，则可通过2年的“教师培训”，取得

“教师证”，成为汽修专业课教师。由此可见，德国汽修专

业课教师都具有汽修行业从业经历。

那么汽修专业课教师要怎样“入行”呢？笔者认为，专

业课教师必须深入行业实际工作岗位，解决实际问题，来实

现自我培养和提高。

2 提高基本教学技能

2.1

板书能力

板书是教师的基本教学技能，但是，随着多媒体教学形

式的发展，很多教学管理者不断强调一些所谓的现代教学

技术，却忽略了板书这项基本教学技能的功能。

板书是引导学生思维的过程。因此，专业课教师需要具

备熟练、工整书写板书的能力，板书的形式可以是粉笔、白

板笔等实物板书，也可以用画图软件，制作电子板书。

笔者并不反对“高大上”的教学形式，但一定要找准基

本点，不要忘了获得最佳教学效果才是我们的初心。

2.2

简笔画能力

简笔画能很好地表达一些抽象的东西，因此，这也是专

业课教师必须具备的基本能力。现在更要求专业课教师具

备电脑绘图能力。

2.3

表达能力

在行业中，很多技术能手无法胜任专业课教师的工

作，其中一个重要原因就是表达能力的欠缺，无法把所做

的、所懂的表达出来。因此，表达能力对专业课教师而言非

常重要。

2.4

实操能力

专业课教师必须具备实际操作能力。实操能力对职校

学生而言非常重要，如果专业课教师自己都不会操作，那拿

什么教给学生？

3 汽修专业课的常见类型与组织形式

3.1

纯理论型

有些课程专业理论性较强，专业课教师必须用相对较

多的时间，开展专业理论讲解，学生须在具备一定理论基

础的情况下才能开展实训操作，这就有了纯理论课。

纯理论课的组织形式类似普通文化课程，教师讲

解，学生听讲并记笔记。

3.2

纯实操型

在“学中做、做中学”原则的指导下，学习技能必须通过

系统和电池冷却系统进行了运动仿真分析，直观地展示了

冷却液在冷却系统中的循环过程及冷却原理，给电动汽车

教学和人才培养带来很大的方便，让学生更加客观地了解

到电动汽车冷却系统的构造与工作原理，并且还能激发学

生的学习兴趣。

（收稿日期：2019-07-25）

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