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純電動汽車驅動電機結構及冷卻方式案例解析

目錄:導熱材料行業動態星級:3星級人氣:-發表時間:2018-06-30 09:44:00
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在中國乃至全球范圍內,汽車驅動電機應該屬于電機業中的小分支,但是隨著新能源汽車在我國相關政策帶動下,如今已經成為了各大資本爭先涉足的領域,但是汽車電機制造門檻非常高,尤其是我國的電機驅動系統與國外驅動機系統相比還存在不小的差距與不足,下面就新能源汽車電機熱管理策略以及發展現狀給大家分析一下。

電動汽車電機的結構及性能

驅動電機系統是新能源車三大核心部件之一。電機驅動控制系統是新能源汽車車輛行使中的主要執行結構,其驅動特性決定了汽車行駛的主要性能指標,它是電動汽車的重要部件。電動汽車的整個驅動系統包括電動機驅動系統與其機械傳動機構兩個部分。其主要是由電動機、功率轉換器、控制器、各種檢測傳感器以及電源等部分構成。

從電機驅動系統的產業價值鏈來看,驅動電機和電機控制器所占的成本之比大致相同。新能源汽車驅動電機屬于中低壓電機范疇,由于其應用領域的特殊性,相對一般中低壓產品,它具有較高的性能要求:

(1)功率密 度高,主要是為了在盡量小的車內空間限制、電池電量下,提高續航里程;

(2)調速范圍寬:新能源汽車有兩類工況場景,在啟動、加速、爬坡時,要求工作在恒轉矩區間;在高速行駛時,要求電機工作在恒功率區間;

(3)過載能力強:在啟動、加速、爬坡工況下,要求電機具有4-5倍的過載能力;

(4)安全可靠,要求電機的穩定工作和抗震、散熱性能佳;

(5)輕量化,即電機體積小,滿足整車輕量化的要求。

電動汽車電機熱管理作用

電動汽車采用永磁電機作為驅動心臟,這種類型的電機具有高效率、高功率因數、寬弱磁范圍、高轉矩過載能力以及低噪聲與振動等一系列優點。受車輛空間與運行環境的限制,研發人員總是力求使驅動電機的轉矩密度高、功率密度高。

在功率不變的情況下,電機體積減小,不僅使其功率密度得到了提高,其損耗密度也有所增加,這勢必導致散熱困難,由此將會帶來電機過熱。當電動汽車在惡劣環境和惡劣工況下運行時(如上時間處于爬坡、加速等狀態),電機熱耗更大,溫升更嚴重,對電機的安全性和使用壽命均產生不利影響。因此,準確預測電機在不同工況下的內部溫度分布,合理設計器冷卻散熱方式,是保證電機穩定安全運行的前提。

電動汽車電機散熱案例解析

目前常規電動汽車的電機一般采用水套冷卻。驅動電機剖面如下圖所示,定子鐵心與冷卻水套之間采用過盈配合進行裝配,這樣電機定子鐵心中產生的電磁力將通過此種配合傳遞到冷卻水套上。整個電機內產生的熱量也將被冷卻水帶走。

在一定泵功驅動下,水道截面尺?寸增大,其冷卻水流速將下降,水道對流傳熱系數也將減小,受冷卻水套機械強度的限制,水道截面尺寸不能無限制增大;若水道截面尺寸減小,冷卻水流速將增加,其對流傳熱系數增大,但流動阻力也將增大。可見,在設計冷卻水套時,除了工藝實施性和造價因素之外,更需要考慮括冷卻水套水頭損失分析、水道內的對流傳熱分析以及整個水套的機械應力分析與計算。利用熱流仿真分析軟件可以對電機的冷卻水套進行優化設計,實現最佳散熱性能和最小泵功消耗的最佳匹配。

以下組圖為尼桑LEAF電動汽車的驅動電機的冷卻水套系統。

該水套采用鑄造成型,在高度方向上分三層,每層留設中空的流道,各層之間有流道相連。整個水套與電機定子外壁過盈配合,最大限度減小兩者之間的熱阻。

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