1.自然冷却
自然冷却也可以看作是被动散热,它是依靠驱动电机自身的硬件结构,把热量从里经由金属材料向外散热,所以也就不会造成太多的成本支出,但是整体的散热效果并不太好。
考虑到低成本的原因,自然冷却就不能加装过多的结构,所以把驱动电机的外壳设计成鳞片状结构,这样做的目的是增大其与空气直接接触的表面积,从而提升整体的散热效果,这样的方式用于以往的弱混车型还算勉强够用。
2.风冷冷却
想要进一步提升驱动电机的散热效果,就不能单单依靠被动的原始手段了,带有散热风扇的主动式风冷效果会更佳些。在早期的时候,驱动电机会利用自带的同轴风扇,再搭配设计好的一套循环风道,把热量利用风扇的吹力向外扩散。
其原理通俗点说就是把冷空气吹进来,带走驱动电机产生的热量后再吹出去。驱动电机的自然冷却方式像是在炎热的大夏天,让人静躺在床上抱着“心静自然凉”的想法,还要采取“大”字型的躺法去降暑。
二.驱动电机液冷冷却系统的组成
1.水冷冷却方式
发动机冷却系统与传统涡轮增压车型冷却系统一样,系统冷却液温度一般在90100℃之间,允许最高温度为110℃。电机冷却系统采用了第三套独立的冷却系统,用于电机与电机控制器的冷却,是通过单独的电动水泵驱动冷却液实现的独立循环系统。它由散热器、电子风扇水管、水壶、电机水套、电机控制器、水泵(安装在散热器立柱上的电动水泵)组成。系统冷却液温度一般在5060℃,允许最高温度为75℃。
当冷却系统需要冷却时,低温的乙二醇型长效防锈冷却液(常温性:冰点—25℃,适用于南方全年及北方夏季;耐寒性:冰点—40℃,适合于北方冬季,用量2.6L)在电动水泵的驱动下通过冷却管路由散热器流向驱动电机控制器、DC/DC变换器和驱动电机的冷却水道,吸收热量后,再通过冷却管路流经散热器进行散热,之后进行下一个冷却循环,如此反复使冷却系统的温度保持在95~105℃。
前桥和后桥上的驱动电机及电机控制器是通过低温循环管路而进行液冷的,如图所示。定子和转子上都有冷却液流过。尤其是附带的转子内部冷却,在持续功率输出和再现峰值功率方面具有重要意义。
电机控制器(功率电子装置)和电机是彼此串联在冷却环路中的。冷却液首先流经功率电子装置,然后流经前桥上所谓的“水枪”,以便对转子内部进行冷却。之后,冷却液流经定子水套并返回到循环管路中。
(1)冷却液:具有防腐蚀、防水垢和防冻的作用,可使冷却系统始终处于最佳工作状态。冷却液由水、防冻剂和添加剂三部分组成。根据防冻剂成分的不同,冷却液可分为酒精型、甘油型和乙二醇型等。其中,乙二醇易溶于水,可与水以任意比例混合,形成各种冰点的冷却液。乙二醇型冷却液还添加了少量抗泡剂、防腐剂等综合添加剂,具有沸点高、泡沫倾向低、黏温性能好、防腐、防垢等特点,是目前应用较广泛的冷却液。
(2)膨胀水箱:可为冷却液的排气、膨胀和收缩提供受压容积,也可作为冷却系统的冷却液加注端。
(3)电动水泵 :新能源汽车上多数采用电动水泵。电动水泵由主控制器进行控制,它是一种微型水泵,通过电动机的带动机械装置使水泵内部的隔膜做往复运动,从而压缩、拉伸泵腔内的空气,在单向阀作用下,在排水口处形成正压(实际输出压力大小与泵排水口受到的阻力和泵的特性有关),在抽水口处形成真空,从而与外界大气压间产生压力差。在压力差的作用下,将水压入进水口,再从排水口排出。
(4)散热器:由进水室、出水室、散热片及散热器芯等四部分构成。冷却液在散热器芯内流动,空气在散热器外通过。热的冷却液因向空气散热而降温,冷空气则因吸收冷却液散出的热量而升温。
(5)冷却风扇:通常与散热器安装在一起,运转时吸进空气,并使空气通过散热器的电子部件。其作用是通过提高流经散热器的空气流速和流量,来增强散热器的散热能力,加速冷却液的冷却过程。根据驱动电机、电机控制器、空调等的相关参数,VCU可通过控制冷却风扇的高速继电器和低速继电器,对冷却风扇进行两挡调速电机及控制系统的冷却系统作为车辆的重要部分,一方面使电机及控制系统关键零部件在合适的温度范围内工作,防止温度失控导致性能受限甚至损坏,另一方面也影响着车辆的能量利用。例如,纯电动汽车没有可以利用余热的发动机,动力电池的加热需采用辅助的电加热器,且电动水泵等也将消耗一部分电能,这些都会影响车辆的最大行驶里程。
2.油冷冷却方式
油冷电驱(特制电机采用油冷方式的电驱系统)作为目前电驱系统的一个重要发展方向,具备功率密度扭矩密度高,尺寸小,结构紧凑(一般同时具备共壳体的特点)的优点。
油冷电机是相对传统的水冷电机而言,其电机冷媒介质以及热交换方式与水冷电机不同。控制住电机的热量,才能最大程度挖掘出电机的最大输出潜力,同时提高电机的可靠性(尤其是绕组绝缘),加上目前电机向着高转速方向发展,电机轴承的可靠性面临巨大挑战,而油冷电驱可以很好解决轴承润滑冷却的难题,因此各个OEM和Tier1均在进行油冷电驱的开发和应用。
以华为全新一代DriveONE 800V高压SiC黄金动力平台为例,其电机采用了全新的转子结构设计,将碳纤维和铜线融合在一起,形成了一个轻量而强度高的转子。这样的转子不仅可以承受高速旋转的离心力,还可以有效降低电机的损耗和发热。同时,华为电机还采用了油冷技术,将冷却油直接注入到转子和定子的内部,实现了对电机的全方位散热,提高了电机的效率和寿命。如图所示为华为电驱系统油冷冷却路径示意图。