电动汽车驱动器冷却系统的研究

宋健

摘 要：随着节能经济在全世界的不断普及，越来越多的国家开始关注电动汽车的研究和推广。电动汽车与传统汽车不同，它主要由三大部分组成，分别是电机驱动系统、控制系统以及能源子系统。在这三个系统中，最重要的就是电机驱动系统。电机驱动系统管理中最大的难点就是对它发热的管理，因此，开发和研制电动汽车驱动器的冷却系统成为研究热点。该文首先分析了电动汽车驱动器发热对其性能的影响，然后介绍了目前常用的几种冷却系统，最后提出了并提出了冷却系统的性能评价方式及标准。

关键词：电动汽车 驱动器 冷却系统

中图分类号：TM351 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（a）-0049-01

1 电机汽车驱动系统发热对其性能的影响

电动汽车的驱动器一般由三大部分组成，包括电动机、功率转换器和电子控制。电动汽车驱动器在运行过程发热，大量的热量会对电动汽车驱动系统的运行产生不良的影响，这些影响主要包括以下三个方面。首先，过高的温度会降低电机的绝缘性。因为，过高的温度会使电动汽车上的绝缘材料的物理性质发生变化，进而使得其绝缘能力下降，甚至有可能完全尚失，最终危害人的生命安全。其次，过高的温度也会降低电机中金属体的强度和硬度，使整个电动汽车变动脆弱不堪，影响整个汽车的运行性能。最后，过高的温度还会影响电机驱动系统中功率和控制模块。

2 电机驱动系统的冷却方法

电动汽车电机驱动系统主要由三个部分组成：电机、功能转换器、电子控制。这三部分的冷却方式有多种，现分别进行以下介绍。

2.1 电机冷却方式

电机的冷却方式按照冷却介质的不同，主要可以分为两大类：即气体冷却和液体冷却。

（1）气体冷却。

气体冷却主要是通过将气体作为冷却介质对电机进行冷却，常用的气体主要包括空气和氢气。空气是早期电机冷却最常用的一种冷却方式，因为空气冷却成本低、构造简单，而且便于后期维护。然而空气冷却也有很大的弊端就是它的冷却效果差，而且空气冷却会带来很大的额摩擦损耗，会降低电机的寿命。随着，空气冷却在电机冷却系统中的不断应用，空气冷却系统带来的各种弊端也受到越来越多人的关注。人们开始寻找新的冷却方式以减少空气冷却带来的不良的影响。随后，氢气冷却系统应运而生。氢气冷却系统经历表面冷却向定子内冷却发展的两个阶段。

（2）液体冷却。

液体冷却方式主要是通过液体对电机系统进行冷却，而这些液体主要包括水和油。水冷却是目前最为常用的一种冷却方式，早在1958年，我国研制出了世界上第一台125MW级双水内冷汽轮发电机。到20世纪70年代初期，我国又研制出了200至300MW级大型双水冷汽轮发电机。水冷却的冷却效果要明显比空气冷却的效果好，主要得益于水的比热大。水冷却虽然成本低廉、冷却效果好，但是它也有很大的弊端。

（3）其他冷却方式。

随着技术的不断革新，越来越多的新的冷却技术出现在人们的视野中。最具代表性的是目前出现的一种新型技术，即蒸发冷却技术。蒸发冷却技术与前述的两种冷却技术存在的最本质的区别就是它们的冷却机制不同。空气冷却和液体冷却的冷却机制是借助介质的比热吸收热而带走热量。而蒸发冷却则是利用液体沸腾汽化潜热的冷却方式进行散热。蒸发冷却的冷却效果好，冷却效率高。

2.2 电子元件的冷却

电子元件是电动汽车驱动系统的十分重要的组成部分，对于电子元件的冷却也是十分重要和必要的。电子元件只有在正常的温度范围内才能够正常的工作，才能够保证真个电机系统的正常工作，一旦温度过高，电子元件的功能就会下降，甚至会被烧坏。电子元件的冷却方式在这里主要介绍两种：强迫风冷技术和热管式散热器。

（1）强迫风冷技术。

这种散热方式在目前市场上相当普遍，其基本结构是在电子元器件上方或下方或其他位置安装风扇，利用风扇将热量带走。其中在电子元器件安装基座上也会有散热翅片等结构

（2）热管式散热器。

充分利用了热传导原理，使发热体产生的热量可快速通过热管散发出去。热管技术是进行自冷，所以散热系统无需风扇、无噪声、免维护、安全可靠等各方面优点。其基本工作原理是将管内抽成负压以填充适量液体，使沿管壁铺设的毛细结构多孔材料充满液体并予以密封。管的一端为热段，另一端为冷却端，当热管中的一端受热时，毛细结构区域的液体蒸发汽化，蒸发带走散热的热量，在压差作用下，汽化液体流向另一端放出热量而冷凝成液体，再演多孔毛细结构材料回流到蒸发端。

3 冷却系统性能验证和性能评价

3.1 性能验证

无论是电池还是电机冷却系统，都必须通过车辆相关的试验验证，这就涉及到试验条件、试验要求和评价准则。对于电池冷却系统的验证，电池充放电时的发热特性，只要满足电池放电状态下的工作状态即可，应选择整车电能消耗最大的工况进行考核。而对于电机冷却系统，要研究车辆工况与动力系统负荷的关系，这就涉及到车辆的使用工况和动力匹配。综合考虑以上因素，以下工况可供借鉴：

（1）爬坡工况（s60 km/h，8%坡度）；

（2）高速工况（最高车速，水平路）；

（3）城市工况（0～40 km/h（5 s）一停车怠速（30 s）一启动～40 km/h（5 s）循环，加速和减速时间均为5 s，共10个循环）；

（4）40 km/h至最高车速间隔车速匀速行驶，至少4个车速；

（5）车辆加速工况（0至最高车速）。

3.2 性能评价

对于纯电动汽车冷却系统的性能评价，主要从以下方面进行评价：

（1）各控制单元具有故障自诊断和保护功能；

（2）按照传统车辆冷却系统评价原理，计算车辆是否满足要求的使用环境温度限值（车辆运行环境温度限值：-25～45℃）；

（3）考虑冷却系统是否保证被冷却单元是否处于最佳的运行温度，以保证其处于最佳的工作效率；

（4）冷却系统的运行在满足要求的同时要求各部件的能耗和噪音满足政策和要求；

（5）满足使用寿命和可靠性要求。

4 结语

随着低碳经济和可持续发展理念的不断推经，电动汽车在全世界的推广将成为不可阻挡的趋势。而对电动汽车驱动系统的冷却是目前影响电动汽车推广的一个重大的问题，解决这一重大的问题成为了电动汽车推广的重中之重。而从面前的现状来看，电动汽车驱动系统的冷却方式多种多样，如何选取最有效的冷却系统既要考虑成本费用，又要考虑降温效果和安全性。未来在电动汽车的研究领域中，关于低成本、高效率、安全性高、维护方便的电动汽车的驱动系统的冷却系统的研究将成为研究的重点。

参考文献

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