第7章 新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)

新能源汽車技術(shù)第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)Jul,2014新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)新能源汽車的冷卻散熱技術(shù)是車輛輔助系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。新能源汽車主要的熱源有能量儲存系統(tǒng)（如電池）、控制器、電動機等。2新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.1新能源汽車中的熱源和發(fā)熱機理新能源汽車的熱源主要集中在三類部件中：一是能量儲存系統(tǒng)中，比如蓄電池、燃料電池等；二是電機控制器；三是電機。3新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.1新能源汽車中的熱源和發(fā)熱機理7.1.1蓄電池的發(fā)熱機理鎳氫電池的正極采用氫氧化鎳為活性物質(zhì)的鎳電極負極采用由儲氫合金儲氫而形成的金屬氫化物電極電解質(zhì)是水溶性氫氧化鉀和氫氧化鋰的混合物4新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.1新能源汽車中的熱源和發(fā)熱機理在充放電過程中，氫鎳電池電化學反應(yīng)表示如下：過充電時的電化學反應(yīng)如下:正極：負極：總反應(yīng)：再化合：5新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.1新能源汽車中的熱源和發(fā)熱機理鎳氫電池的生熱因素主要有四項：電池化學反應(yīng)生熱電池極化生熱過充電副反應(yīng)生熱內(nèi)阻焦耳熱6新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.1新能源汽車中的熱源和發(fā)熱機理電池充電過程中的反應(yīng)生熱可以分為兩個階段：在沒有發(fā)生過充電副反應(yīng)之前為第一階段，發(fā)生過充電副反應(yīng)之后為第二階段。第一階段的熱量主要來自：電池化學反應(yīng)生熱電池極化生熱內(nèi)阻焦耳熱

7新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.1新能源汽車中的熱源和發(fā)熱機理生熱量可用下式計算：式中，IC為充電電流，單位為A；Rt為蓄電池內(nèi)阻和極化內(nèi)阻之和，單位為Ω；Qcharge為充電生熱量，單位為kJ/h。8新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.1新能源汽車中的熱源和發(fā)熱機理第二階段，生熱量主要來自：

電池化學反應(yīng)生熱

電池極化生熱

過充電副反應(yīng)生熱

內(nèi)阻焦耳熱充電末期和過充電時，過充電副反應(yīng)就開始發(fā)生，其生熱量如下：電池放電過程中的生熱量主要來自電池化學反應(yīng)生熱、電池極化生熱、內(nèi)阻焦耳熱。9新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.1新能源汽車中的熱源和發(fā)熱機理7.1.2燃料電池的發(fā)熱機理燃料電池中的熱量來源主要有以下四個方面：（1）化學反應(yīng)產(chǎn)生的熱量；（2）歐姆極化產(chǎn)生的焦耳熱量；（3）加濕氣體帶來的熱量；（4）吸收環(huán)境輻射的熱量。其中化學反應(yīng)產(chǎn)生的熱量占到轉(zhuǎn)化化學能的60%左右，是熱量的主要來源。10新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.1新能源汽車中的熱源和發(fā)熱機理燃料電池堆中產(chǎn)生的熱量為：式中，n為燃料電池堆中包括的電池單體的數(shù)量；i為電流密度；A為有效的反應(yīng)面積；VOCV為燃料電池的理論開路電壓；VC為電池的實際工作電壓。

11新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.1新能源汽車中的熱源和發(fā)熱機理7.1.3電機控制器的發(fā)熱機理電機控制器是將蓄電池等能量儲存系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電機的電能，并輸出給電機的部件。電機控制器的主要生熱器件是輸出級的功率絕緣柵型雙極場效應(yīng)管MOSFET器件。這些功率模塊的損耗主要包括晶體管工作時的導通損耗、關(guān)斷損耗、通態(tài)損耗、截止損耗和驅(qū)動損耗，這些功率損耗都會轉(zhuǎn)換成熱能，使控制器發(fā)熱。最重要的是通態(tài)損耗和關(guān)斷損耗，這兩項損耗是電機控制器熱量的主要來源。12新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.1新能源汽車中的熱源和發(fā)熱機理通態(tài)損耗是指IGBT在導通過程中，由于導通壓降而產(chǎn)生的損耗。電機控制器的通態(tài)損耗的大小取決于三個因素：一是IGBT的飽和壓降，這取決于晶體管的特性；二是向電機輸出的電流的大小，電機的工作電流越大，通態(tài)損耗就越大；三是取決于占空比系數(shù)，占空比越大，表示電機控制器向電機輸出的平均電壓就越高，控制器本身的通態(tài)損耗就越大。13新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.1新能源汽車中的熱源和發(fā)熱機理開關(guān)損耗是指晶體管在飽和和截止過渡過程中所產(chǎn)生的損耗。當PWM頻率超過5kHz時，這種損耗會很嚴重。14新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.1新能源汽車中的熱源和發(fā)熱機理7.1.4電機的發(fā)熱機理電動機內(nèi)部由鐵芯和繞組線圈組成，電機通電運行都會有不同的發(fā)熱現(xiàn)象。繞組有電阻，通電會產(chǎn)生損耗，損耗大小與電阻和電流的平方成正比，這就是我們常說的銅損。除直流電機外，電動汽車電機控制器輸出的電流多為方波，不是標準的正弦波，會產(chǎn)生諧波損耗。鐵芯有磁滯渦流效應(yīng)，在交變磁場中也會產(chǎn)生損耗，其大小與材料、電流、頻率、電壓有關(guān)，這就是鐵損。銅損和鐵損都會以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來，從而影響電機的效率。15新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.2新能源汽車散熱系統(tǒng)的主要類型1．自然散熱自然散熱就是指不采用特別的散熱措施，讓發(fā)熱部件通過自身表面與環(huán)境空氣的作用，或通過相鄰部件的傳導作用，將熱量傳送出去，達到散熱的目的。16新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.2新能源汽車散熱系統(tǒng)的主要類型2．風冷散熱通過空氣流過發(fā)熱部件表面或特別設(shè)計的風道，帶走發(fā)熱部件內(nèi)部所產(chǎn)生的熱量，這種方式稱為風冷散熱。風冷散熱可分為利用汽車行駛時與空氣相對運動所產(chǎn)生的風進行散熱和強制風冷散熱兩種形式。17新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.2新能源汽車散熱系統(tǒng)的主要類型3．液體循環(huán)散熱讓液體（水、專用油或其他介質(zhì)）通過發(fā)熱部件內(nèi)部專門設(shè)計的水道，吸收發(fā)熱部件內(nèi)部的熱量，并將熱量帶到外部的散熱器，通過風冷方式給散熱器中的液體降溫，再將降溫后的液體送回發(fā)熱部件內(nèi)部繼續(xù)吸收熱量。也稱為液體強制循環(huán)冷卻系統(tǒng)。18新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.2新能源汽車散熱系統(tǒng)的主要類型4．運用相變材料的冷卻系統(tǒng)材料在固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)中發(fā)生轉(zhuǎn)變的過程稱為相變。材料在相變過程中，會放熱或者吸熱，利用相變材料的這種特性在發(fā)熱部件工作時，吸收熱量，不工作時散發(fā)熱量，來維持發(fā)熱部件的正常溫度。運用這種相變材料可以構(gòu)成冷卻系統(tǒng)。相變材料的分類：按照相變過程的不同，相變材料可分為固—固相變、固—液相變、固—氣相變和液—氣相變材料四種，目前應(yīng)用較多的是固—液相變材料。19新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.2新能源汽車散熱系統(tǒng)的主要類型按照其化學組成可分為無機相變材料、有機相變材料和復合相變材料。無機相變材料包括結(jié)晶水合鹽（可逆性不好）、熔融鹽、金屬合金等無機物；有機相變材料包括石蠟、羧酸、酯、多元醇等有機物；混合相變材料主要是有機和無機共融相變材料的混合物，多種相變材料混合可以獲得合適的相變溫度。20新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.2新能源汽車散熱系統(tǒng)的主要類型相變冷卻系統(tǒng)具有以下特點：（1）它屬于吸收型被動冷卻，與常規(guī)散熱有很大的不同。它不靠溫差散熱，因此不受外界環(huán)境溫度變化的影響，使元件或設(shè)備始終穩(wěn)定在需要的溫度上。在低氣壓或真空條件下需要散熱的設(shè)備采用這種溫控技術(shù)效果更好。（2）與主動散熱比較，它不用電，沒有運動部件，可在振動、沖擊、加速度等惡劣的力學條件下工作，可靠性很高。21新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.2新能源汽車散熱系統(tǒng)的主要類型（3）在一定條件下，它可取代水冷和風冷進行散熱，如對半導體制冷器件的熱端溫控，不用水冷或風冷，節(jié)水節(jié)電，具有較大的經(jīng)濟價值。（4）它能周期性工作，長久使用。（5）它比普通散熱器體積可縮小5-13倍左右，重量可減輕2-9倍左右。22新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)當車輛在高速、低速、加速、減速等交替變換的不同行駛狀況下運行時，電池會以不同倍率放電，以不同速率產(chǎn)生大量熱量，加上時間累積以及空間影響會產(chǎn)生不均勻熱量聚集，從而導致電池組運行環(huán)境溫度復雜多變。如果電動汽車電池組在高溫下得不到及時通風散熱，將會導致電池組系統(tǒng)溫度過高或溫度分布不均勻，最終將降低電池充放電循環(huán)效率，影響電池的功率和能量的輸出，嚴重時還將導致熱失控，影響電池的安全性與可靠性。

23新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)7.3.1主動散熱系統(tǒng)與被動散熱系統(tǒng)電池包散熱系統(tǒng)可以分為被動散熱系統(tǒng)和主動散熱系統(tǒng)兩大類。主動方式是指對熱傳導介質(zhì)加熱或制冷后再送入電池包的方式，否則為被動方式。采用主動方式還是被動方式散熱，效率會有很大差別。

24新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)圖7.1利用外部空氣流通的被動散熱方式圖7.2利用內(nèi)部空氣流通的被動散熱方式25新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)圖7.3利用空氣流通的主動散熱方式圖7.4利用液體循環(huán)的被動散熱方式

26新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)7.3.2散熱系統(tǒng)根據(jù)傳熱學理論，固體與氣體，固體與液體接觸產(chǎn)生傳熱現(xiàn)象。氣體的對流換熱系數(shù)遠遠沒有液體的對流換熱系數(shù)大；液體和固體接觸對流換熱能力更強。傳熱系數(shù)越大所交換的熱量越多，換熱效果就越明顯，因此要選擇合適的傳熱介質(zhì)。

27新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)表7.1表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的一般范圍

28新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)目前最有效且最常用的電池包散熱還是采用空氣作為散熱介質(zhì)。目前多采用的空冷主要有串行和并行兩種通風方式。圖7.5串行通風串行情況下一般是使空氣從電池包一側(cè)流往另外一側(cè)，從而達到帶走熱量的效果。

29新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)圖7.6并行通風并行情況下模塊間空氣都是直立上升氣流，這樣能夠更均勻地分配氣流，從而保證電池包中各處散熱一致。

30新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)采用氣體（空氣）作為傳熱介質(zhì)的主要優(yōu)點有：結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，有害氣體產(chǎn)生時能有效通風，成本較低；不足之處在于：與電池壁面之間換熱系數(shù)低，冷卻速度慢，效率低。目前應(yīng)用較多的另一種散熱系統(tǒng)是采用液體作為傳熱介質(zhì)的散熱系統(tǒng)，有以下主要優(yōu)點：與電池壁面之間換熱系數(shù)高，冷卻速度快；不足之處在于：密封性要求高，重量相對較大，維修和保養(yǎng)復雜，需要水套、換熱器等部件,結(jié)構(gòu)相對復雜。采用相變材料的主要優(yōu)點有：與電池壁面之間換熱系數(shù)高，冷卻加熱速度快，效率高，還能一定程度上控制溫度上下限；不足之處在于其研發(fā)制造成本高。

31新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)除電池組本身需要散熱外，還要遵循以下規(guī)則：（1）電池的安裝位置與電機、電機控制器距離應(yīng)合理。（2）電池的安裝空間要有良好的通風環(huán)境。（3）電池組的安裝位置應(yīng)盡可能地高。（4）電池組要便于檢修和拆卸。

32新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)7.3.3鉛酸蓄電池散熱鉛酸蓄電池由于成本低、適應(yīng)性好、可逆性好、大電流放電性能良好、可制成密封免維護結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，得到了廣泛地應(yīng)用。在新能源汽車的應(yīng)用中，主要集中在低速電動汽車上，且功率密度較低，續(xù)航里程要求也不高，一般不需要進行強制散熱，采取普通的自然通風散熱即可滿足其散熱要求。應(yīng)用在電動汽車上時，除了保障蓄電池安裝牢固可靠外，還必須考慮蓄電池的通風系統(tǒng)，避免氫氣的聚集而引起事故。33新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)7.3.4鋰離子電池散熱鋰離子電池種類繁多，適用于新能源汽車的鋰離子電池，根據(jù)正極材料的不同，具有技術(shù)競爭性的鋰離子電池有四種：鋰鎳鈷鋁（NCA）鋰鎳錳鈷（NMC）鋰錳尖晶石（LMO）磷酸鐵鋰（LFP）34新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)鋰離子電池受溫度的影響較大，過高的溫度容易使電池電解液分解，引起電池早衰。如果電池溫度差別較大，還會引起電池充放電不均衡等問題，因而在應(yīng)用中均需要強制通風散熱。鋰離子電池的使用條件和要求相對較高，根據(jù)不同的鋰離子電池組，冷卻的方式可以采用自然散熱，也可以強制散熱。35新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)圖7.7幾種電池組散熱設(shè)計

36新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)由于鋰離子電池受到溫度的影響較大，特別是在低溫環(huán)境，充放電受到嚴重的影響，為了保證電池的正常使用，電池箱在散熱設(shè)計上不是采用空氣冷卻，而常采用液體冷卻。

37新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)圖7.8液冷電池箱工作原理示意圖

38新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)7.3.5燃料電池散熱通常，燃料電池的尾氣會帶走一些熱量，電池外表面空氣的自然對流也會帶走一部分熱量。但這兩種方式所能帶走的熱量只是極少的一部分。對于燃料電池所產(chǎn)生的主要的熱量通常分幾種情況，分別采取不同的處理方式。（1）自然冷卻：對于功率在200W以下的燃料電池，利用供給陰極的空氣來散熱，一般不需要進行專門的熱設(shè)計。（2）風冷：對于功率在250W～2.5kW的燃料電池，也可以采用利用空氣散熱的方式，但是，雙極板上必須要設(shè)計有專用的風冷通道，如圖7.9所示。

39新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)

圖7.9燃料電池雙極板上的

專用冷卻通道

40新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)（3）水冷：對于功率在2.5kW以上的燃料電池，一般都采用水冷方式散熱。采用水冷方案時，雙極板上也需要設(shè)置水通道，水通道設(shè)置的尺寸和分布由電池的功率決定。PEMFC的散熱方法一般是通過設(shè)置在電堆內(nèi)部的雙極板表面的通水槽道內(nèi)的強制循環(huán)水，將燃料電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量帶走。

41新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)冷卻介質(zhì)的選擇需要考慮以下幾方面的因素：首先冷卻介質(zhì)必須具有良好的傳熱特性，熱容量大；其次要具有優(yōu)良的材料相容性，不會對燃料電池的密封膠和雙極板造成腐蝕或與之發(fā)生化學反應(yīng)；第三是要具有良好的介質(zhì)特性，保證在其意外泄露時，不會對電氣設(shè)備和環(huán)境造成破壞。另外，電池內(nèi)部合理的冷卻通道排列方式、合理的冷卻流體流動條件和各通道中流量分配的均勻性，也是提高整個燃料電池冷卻系統(tǒng)效率的有效途徑。

42新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.3電池散熱系統(tǒng)無論是風冷還是水冷，都應(yīng)該是具有強制循環(huán)功能的系統(tǒng)，只有這樣，才能達到有效散熱的目的。燃料電池是以燃料的電化學反應(yīng)發(fā)電的，常見的電動汽車用燃料電池主要有PEMFC、AFC和PAFC三種。43新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.4電機與控制器散熱7.4.1電機與控制器冷卻方式1．電機冷卻如果驅(qū)動電機得不到有效的冷卻，電機的內(nèi)部溫度不斷的升高，導致電機效率下降，如果溫度過高，就會造成電機內(nèi)部線圈燒蝕甚至導致線圈短路而使電機損壞。另外，多數(shù)電機內(nèi)部均有磁性材料，如果溫度過高，就會導致磁性材料穩(wěn)定性下降，磁性降低，甚至磁性消失，也會導致電機損壞。

44新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.4電機與控制器散熱電機常見的冷卻方式有風冷和液冷兩種。采用風冷方式較為常見，如一些小型直流電動機、交流電動機、開關(guān)磁阻電動機、異步電動機等；液冷方式主要用在一些永磁電動機上。從理論上講，幾乎所有的電機既可以采用風冷也可以采用液冷方式，最大的區(qū)別主要體現(xiàn)在電機的設(shè)計用途和功率密度上。45新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.4電機與控制器散熱如果車輛安裝空間自由度較大，通風情況良好，電機的重量要求不是很苛刻，可以采用風冷電機。為了節(jié)約車輛空間，縮小電機的體積，降低電機的重量，提高電機的功率，可以采用液冷方式。46新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.4電機與控制器散熱2．控制器冷卻電動汽車系統(tǒng)控制器除了有主電機控制器外，還有若干小功率的DC/DC或者DC/AC逆變器。在外觀上，風冷的控制器體積要較液冷的控制器體積大，風冷控制器一般需要裝備多個強冷散熱風扇，進行強制通風。車載電機控制器的冷卻方式主要取決于電機的冷卻方式。一般情況下，這兩者均可采用相同的冷卻方式進行冷卻。47新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.4電機與控制器散熱7.4.2電機與控制器的冷卻需求風冷和液冷方式，要根據(jù)電機和控制器的冷卻需求而選用。對于風冷電機及控制器，只能從本身的設(shè)計上進行改善，如增加散熱面積、增加必要的強制通風設(shè)備等。在安裝時，設(shè)備必須安裝在開放位置或通風良好的環(huán)境下。對于液冷的電機和控制器來說，需要對電機和控制器進行合理的設(shè)計和安裝，采用相匹配的散熱系統(tǒng)，方能滿足使用要求。48新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.4電機與控制器散熱電機產(chǎn)生的熱量，首先通過傳導方式傳送到電機的外表面，然后借輻射和對流作用將熱量從電機外表面散發(fā)到周圍冷卻介質(zhì)中去。電機的冷卻情況決定了電機的溫升，溫升又直接影響電機的使用壽命和額定容量。電機的冷卻介質(zhì)一般選用水、冷凍液或油等。49新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.4電機與控制器散熱為了保證冷卻液的通暢流動，通常會將電機安裝設(shè)計成有一定的傾角的布置方式，位置較低的水口作為進水口，位置較高的水口作為出水口。而控制器內(nèi)部由于設(shè)計較為特殊，為了避免散熱不均對內(nèi)部產(chǎn)生影響，一般采用控制器生產(chǎn)廠家要求的安裝方式，經(jīng)常采用水平安裝方式。50新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.4電機與控制器散熱圖7.10某大型電動客車電機及控制器布局圖51新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.4電機與控制器散熱圖7.11某電動汽車循環(huán)水路布置圖52新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.4電機與控制器散熱冷卻液的流向是從散熱水箱下部出來后，經(jīng)水泵后先冷卻電機控制器，從電機控制器流出的冷卻液進入電機的低位進水口，然后回流到散熱水箱的上回流口。這樣一個循環(huán)下來，保證了控制器的冷卻需求，使電機控制器得到整個系統(tǒng)最低溫度的冷卻液。53新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.5電機與控制器散熱量分析應(yīng)用在電動汽車上的電機和電機控制器具有：功率密度高輸出電壓變化范圍大過載能力強運行效率高冷卻性能好等特點，特別是從性能和冷卻要求上對電機和電機控制器提出了更高的要求。54新能源汽車技術(shù)，F(xiàn)acultyofNewEnergyVehicles，Jul,2014第7章新能源汽車的循環(huán)冷卻系統(tǒng)7.5電機與