汽车继电器作为汽车电气系统的开关电器,多用于汽车电气系统中的控制、保护、转换以及调节,是汽车电气系统二次回路的重要零件之一。汽车运行的安全性受汽车继电器运行的可靠性的影响,而汽车继电器的可靠性又受其发热与散热的热特性约束。此外,随着混合动力及新能源汽车的普及,汽车电气系统中对汽车继电器的要求也逐步提高,需要汽车继电器向小型化与高负载化方向发展,从而对汽车继电器的热场设计的要求也就越来越苛刻。因此搭建合理可行的数值仿真模型对汽车继电器的热特性进行研究与分析,以辅助产品的热场设计与优化,具有重要的工程实用价值。本文以厦门宏发汽车电子公司生产的某型汽车继电器为研究对象,搭建汽车继电器的电-热-流多物理场迭代耦合仿真模型并对继电器的发热与散热特性进行研究与分析,具体内容包括以下几个部分:首先,运用数值分析软件与电器学、数值传热学及计算流体力学理论,并考虑继电器的实际发热与散热过程、触点接触电阻、继电器外接导线等影响,搭建汽车继电器的电-热-流多物理场迭代耦合仿真模型。利用该模型计算与分析继电器在负载电流分别为10A、20A、30A以及环境温度分别为30℃、85℃、125℃等9种工况下的电流场、温度场及气流场。根据机电继电器温升试验要求对该型汽车继电器进行温升试验,利用电阻法、热电偶传感器和热成像仪,分别测量线圈、动/静引脚测量点、外壳表面的温升情况。通过比较实测与仿真的数据,仿真的误差在-7.56%～8.86%之间,表明了所搭建仿真模型的准确性,可为相关继电器产品,特别是大负载继电器的热场设计与优化提供参考依据。其次,通过建立电-热-流顺序耦合模型以及固体热力学有限元模型,利用相应的温升试验作为比较基准,与电-热-流迭代耦合模型在相同工况条件下进行比较,进一步验证所搭建的电-热-流迭代耦合模型的合理性与准确性。通过比较可知,在高负载或高温工况下,如果采用不考虑导体不均匀温度数值对负载回路发热功率影响的电-热-流顺序耦合模型,将出现温度仿真数值远小于实际值的情况。此外,如果采用不考虑继电器内部有限空间的空气热传导以及外部大空间的空气对流换热对继电器外壳表面温度分布影响的固体热力学有限元模型,将导致外壳表面的温度分布的仿真结果与实际结果相差较大。再次,利用所建立的电-热-流迭代耦合数值仿真模型,分析负载电流、环境温度以及塑料材料这三个因素对汽车继电器的温度场的影响,并将仿真结论作为汽车继电器的产品工况设定及塑料材料的选用的参考依据。最后,根据该型汽车继电器在加速耐久性试验中出现的热失效现象进行仿真分析,对热失效点进行结构优化,设计优化方案制作改良样品。通过与常规样品进行平行温升试验比较,改进样品的热失效点温升平均下降了 5.83K,验证了该优化方案的有效性。