新能源汽車技術(shù)11--驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)

電動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)極低排放或零排放。電動(dòng)汽車在驅(qū)動(dòng)與回收能量的工作過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)定子鐵芯、定子繞組在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生損耗，這些損耗以熱量的形式向外發(fā)散，需要有效的冷卻介質(zhì)及冷卻方式來(lái)帶走熱量，保證電動(dòng)機(jī)在一個(gè)穩(wěn)定的冷熱循環(huán)平衡的通風(fēng)系統(tǒng)中安全可靠運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞將直接影響電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行和使用壽命。下圖所示為比亞迪E6車型驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)原理圖。

電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與控制器的冷卻系統(tǒng)主要依靠冷卻水泵帶動(dòng)冷卻液在冷卻管道中循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)在散熱器的熱交換等物理過(guò)程，冷卻液帶走電動(dòng)機(jī)與控制器產(chǎn)生的熱量。為使散熱器熱量散發(fā)更充分，通常還在散熱器后方設(shè)置風(fēng)扇。

一、電動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)分類

電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，總是有一部分損耗轉(zhuǎn)變成熱量，它必須通過(guò)電動(dòng)機(jī)外殼和周圍介質(zhì)不斷將熱量散發(fā)出去，這個(gè)散發(fā)熱量的過(guò)程，我們就稱為冷卻。電動(dòng)機(jī)主要冷卻方式有自然冷卻、風(fēng)冷和水冷，各類型冷卻系統(tǒng)組成和特點(diǎn)及應(yīng)用如下圖所示。

二、常見(jiàn)車系電動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)

1． 榮威E50

（1）概述

榮威E50電動(dòng)冷卻系統(tǒng)分為2個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，分別是逆變器（PEB）／驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)、高壓電池包冷卻系統(tǒng)（ESS）。高壓電池包冷卻系統(tǒng)（ESS）已在模塊三的相關(guān)章節(jié)中講述過(guò)，這里不再贅述。

榮威E50逆變器（PEB）／驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)主要有散熱器、冷卻風(fēng)扇、膨脹水箱、冷卻液泵、冷卻液軟管和冷卻液溫度傳感器組成，如下圖所示。

冷卻系統(tǒng)部件組成和功能如下圖所示。

（2）冷卻液液流的控制

榮威E50冷卻系統(tǒng)冷卻液在管路中的循環(huán)路徑如下圖所示。

如上圖所示，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)冷卻原理如下：

利用傳導(dǎo)原理，將熱量從PEB／驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)組件傳遞到冷卻液中，帶有熱量的冷卻液流過(guò)散熱器內(nèi)的蒸發(fā)管路，通過(guò)冷卻風(fēng)扇吹動(dòng)氣流，將熱量傳遞到大氣中。當(dāng)系統(tǒng)處于較低溫度時(shí)，冷卻液泵不工作。當(dāng)溫度上升后，冷卻液泵工作，冷卻液經(jīng)過(guò)軟管流入散熱器內(nèi)，散熱器將熱量散發(fā)到空氣中，使PEB／驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)組件保持在最佳的工作溫度。

冷卻液從右側(cè)上部水室到左側(cè)底部水室流經(jīng)散熱器，由經(jīng)過(guò)芯體的空氣進(jìn)行冷卻。冷卻系統(tǒng)的溫度是由ECT傳感器來(lái)測(cè)量的。該傳感器向PEB發(fā)送信號(hào)，根據(jù)需要控制冷卻風(fēng)扇的操作。冷卻液溫度信號(hào)由PEB經(jīng)過(guò)CAN總線到顯示冷卻液溫度到組合儀表。該組合儀表上會(huì)實(shí)時(shí)顯示冷卻液的溫度，如果冷卻液溫度變得過(guò)高，則組合儀表上的警示燈和消息將提醒駕駛員。

（3）冷卻風(fēng)扇的控制

榮威E50冷卻風(fēng)扇的控制原理如下圖所示。

PWM冷卻風(fēng)扇受整車控制單元VCU控制，冷卻風(fēng)扇工作時(shí)，整車控制單元VCU控制PWM模塊使冷卻風(fēng)扇在20％到90％的占空比范圍內(nèi)的8個(gè)擋位的速度工作，以滿足不同的冷卻負(fù)荷要求。

① 冷卻風(fēng)扇開(kāi)啟條件：

冷卻風(fēng)扇開(kāi)啟取決于A／C和PEB冷卻液溫度這兩個(gè)重要因素。當(dāng)EAC開(kāi)啟或PEB冷卻液溫度高于52℃時(shí)，冷卻液風(fēng)扇開(kāi)始工作。

② 冷卻風(fēng)扇停止工作條件：

如果PEB冷卻液溫度低于65℃，并且EAC關(guān)閉，冷卻風(fēng)扇停止工作。

點(diǎn)火開(kāi)關(guān)關(guān)閉，EAC關(guān)閉，PEB冷卻液溫度高于65℃，冷卻風(fēng)扇繼續(xù)工作，如果環(huán)境溫度低于10℃，冷卻風(fēng)扇會(huì)工作30s，環(huán)境溫度高于10℃，冷卻風(fēng)扇會(huì)工作60s。

（4）PEB／驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制

PEB的工作溫度不能超過(guò)75℃，最合適的工作溫度應(yīng)該低于65℃。將溫度控制在75℃以下可以更好的延長(zhǎng)PEB和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的使用壽命。

PEB開(kāi)始工作時(shí)，電動(dòng)冷卻液泵會(huì)立即打開(kāi)，冷卻液溫度傳感器向ECT提供溫度信號(hào)。

PEB計(jì)算冷卻液溫度將它與PEB冷卻溫度傳感器信號(hào)進(jìn)行比較，從而判斷是否需要使用PEB冷卻液溫度傳感器。

2． 廣汽傳祺AG新能源

廣汽傳祺AG新能源車輛驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用水冷式冷卻系統(tǒng)，控制原理和組成與榮威E50基本相同，詳細(xì)原理這里不再贅述。下圖為系統(tǒng)組成。

冷卻系統(tǒng)液流路徑圖如下圖所示。

3． 寶馬F18（530LE）

寶馬530LE為了在任何工況下都能確保驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的冷卻效果，在冷卻系統(tǒng)中使用冷卻電動(dòng)機(jī)，并將冷卻電動(dòng)機(jī)連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液管路中，寶馬530LE發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)冷卻液循環(huán)路徑如下圖所示。

為了冷卻定子繞組，在定子支架和自動(dòng)變速箱殼體之間有一個(gè)冷卻通道，冷卻液通過(guò)該通道從發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路中流出。冷卻通道分別通過(guò)兩個(gè)密封環(huán)向前和向后密封。

變速箱油進(jìn)行轉(zhuǎn)子的冷卻，油霧狀的變速箱油吸收熱量并在變速箱油冷卻器上將熱量排到大氣中。

驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)自帶一個(gè)節(jié)溫器，將冷卻液流進(jìn)溫度調(diào)到約80℃的最佳范圍。由于電動(dòng)機(jī)工作溫度低于發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度，因此這種調(diào)節(jié)是必要的。節(jié)溫器通過(guò)一個(gè)石蠟恒溫元件進(jìn)行調(diào)節(jié)，該石蠟恒溫元件根據(jù)冷卻液溫度膨脹。此時(shí)不存在電動(dòng)控制。節(jié)溫器工作原理如下圖所示。

節(jié)溫器工作狀態(tài)及冷卻液循環(huán)路徑如下圖所示。

4． 豐田混合動(dòng)力車型

豐田混合動(dòng)力車型，如普銳斯、凱美瑞、卡羅拉雙擎等安裝了獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)之外工作的另一套冷卻系統(tǒng)冷卻逆變器、MG1和MG2。這套冷卻系統(tǒng)由專用儲(chǔ)液罐、專用冷卻液泵、專用散熱器和專用的冷卻液管路組成，如下圖所示。

將車輛電源狀態(tài)切換至READY ON狀態(tài)時(shí)，該冷卻系統(tǒng)激活。

逆變器、MG1和MG2的專用散熱器安裝于冷凝器（空調(diào)）上部。通過(guò)集成獨(dú)立逆變器散熱器、空調(diào)冷凝器和發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器，使布局更加緊湊。

內(nèi)容來(lái)源：

《圖解汽車構(gòu)造與原理》

化學(xué)工業(yè)出版社 主編：于海東

審核編輯 黃昊宇