《新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與控制技術(shù)》第四章【2】 冷卻技術(shù)

1、4.2 冷卻技術(shù) 新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)及電機(jī)控制器在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，這些熱量會(huì)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的正常工作和使用壽命造成不良影響。電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量對(duì)自身的物理、化學(xué)及力學(xué)性能有嚴(yán)重的影響， 為保證驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量能夠及時(shí)散發(fā)出去，必須對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器進(jìn)行冷卻。4.2.1 冷卻方式的分析與選擇1、驅(qū)動(dòng)電機(jī)冷卻驅(qū)動(dòng)電機(jī)為什么需要冷卻？有哪些冷卻方式？應(yīng)當(dāng)選取哪種方式，為什么？ 2、電機(jī)控制器的冷卻 一般情況下，電機(jī)控制器和電動(dòng)機(jī)采用相同的冷卻方式。4.2.1 冷卻方式的分析與選擇3、其他電能裝置電動(dòng)汽車(chē)上除了驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器，還有DC/DC變換器、車(chē)載充電

2、機(jī)、DC/AC逆變器等功率變換裝置，這些裝置一般允許的最高溫度為6070，而最佳工作環(huán)環(huán)境溫度為4050，環(huán)境溫度較高時(shí)，很容易就達(dá)到溫度上限值。因此這些裝置都需要有自身的散熱設(shè)備，對(duì)其溫度進(jìn)行控制，前提是需要選擇合適的安裝位置，并預(yù)留出必要的散熱空間。4.2.2 冷卻要求4.2.2 冷卻要求冷卻液從散熱水箱下部出來(lái)后，經(jīng)水泵后后對(duì)電機(jī)控制器進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)入電動(dòng)機(jī)的低位進(jìn)水口，從出水口回流到散熱水箱的上回流口。如此一個(gè)冷卻循環(huán)，就完成了電動(dòng)機(jī)和控制器的冷卻。為了保證整個(gè)系統(tǒng)的冷卻效果和可靠性，上述循環(huán)系統(tǒng)的水泵需要在車(chē)輛的整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中持續(xù)工作，同時(shí)為了節(jié)約車(chē)載能源，散熱水箱的風(fēng)扇采用溫控風(fēng)

3、扇，可以根據(jù)冷卻液的溫度控制啟停和轉(zhuǎn)速，當(dāng)冷卻液溫度較低時(shí)，可以關(guān)閉散熱風(fēng)扇以節(jié)約電能；當(dāng)循環(huán)水溫度稍高時(shí)，風(fēng)扇以一個(gè)較低的轉(zhuǎn)速對(duì)散熱水箱進(jìn)行冷卻；當(dāng)循環(huán)水的溫度高時(shí)，風(fēng)扇會(huì)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，以獲得最大的散熱量，維持散熱系統(tǒng)溫度在允許范圍內(nèi)。4.2.3 電動(dòng)機(jī)和控制器損耗分析1、電動(dòng)機(jī)損耗分析 電動(dòng)機(jī)的損耗主要有鐵損耗、機(jī)械損耗和附加損耗，即 對(duì)于電動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，耗散功率英語(yǔ)電動(dòng)機(jī)的損耗相平衡，因此電動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的耗散功率可以用來(lái)Pd2等效。4.2.3 電動(dòng)機(jī)和控制器損耗分析2、電機(jī)控制器損耗分析 電機(jī)控制器采用功率模塊作為電能變換器件，功率模塊的損耗包括開(kāi)關(guān)損耗、通態(tài)損耗、斷態(tài)漏損耗和驅(qū)動(dòng)損

4、耗四個(gè)部分，對(duì)于電壓型功率模塊（如MOSFET、IGBT）其損耗以開(kāi)關(guān)損耗和通態(tài)損耗為主；對(duì)于電流型功率模塊（如GTR、GTO），其損耗以開(kāi)關(guān)損耗、通態(tài)損耗和驅(qū)動(dòng)損耗為主。對(duì)于電機(jī)控制器冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，冷卻系統(tǒng)的耗散功率應(yīng)與功率模塊的損耗相平衡，電機(jī)控制采用電壓型功率模塊，因此冷卻系統(tǒng)的耗散功率可以用開(kāi)關(guān)損耗和通態(tài)損耗來(lái)等效，即 。 4.2.3 電動(dòng)機(jī)和控制器損耗分析為了降低成本、節(jié)省空間，電動(dòng)機(jī)和控制器冷卻系統(tǒng)一般采用一體化結(jié)構(gòu)，兩者的連接方式可以并聯(lián)也可以串聯(lián)。由于電動(dòng)機(jī)和控制器的能耗基本一致，一般采用串聯(lián)方式。無(wú)論是串聯(lián)還是并聯(lián)，冷卻系統(tǒng)的散熱量為控制器的損耗和電動(dòng)機(jī)的損耗，即 。4.2

5、.4 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1、熱阻等效電路分析（1）電機(jī)控制器熱阻等效電路4.2.4 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1、熱阻等效電路分析 （2）電動(dòng)機(jī)熱阻等效電路4.2.4 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2、冷卻系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì) 一個(gè)合理的冷卻系統(tǒng)不但要有足夠的冷卻介質(zhì)通過(guò)散熱器，并且應(yīng)該使這些冷卻介質(zhì)的分配與系統(tǒng)各部分的損耗相對(duì)應(yīng)，從而使系統(tǒng)各部分的溫升分布比較均勻，避免因局部過(guò)熱而影響系統(tǒng)使用壽命。4.2.4 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2、冷卻系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì) 電動(dòng)機(jī)和電機(jī)控制器一體化冷卻系統(tǒng)愛(ài)設(shè)計(jì)中注意保持冷卻介質(zhì)流量的分配與系統(tǒng)中各部分損耗的分配相對(duì)應(yīng)，對(duì)冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的流量計(jì)算，并且在實(shí)驗(yàn)總加以修正。復(fù)雜的管道形狀變化（如截面突然擴(kuò)大、縮小、彎曲），會(huì)使得流體出現(xiàn)渦流、加速或旋轉(zhuǎn)等都講產(chǎn)生一定的能量損失，這種能量損失可以通過(guò)流阻來(lái)表示。4.2.4 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2、冷卻系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)為維持冷