新能源电动汽车冷却系统培训课件

u
T
d
dt
Pdt cmd S dt
u P / (S)
动态温升 温度变化
u (1 et/ )
a
u u u a
a u (1 et/ )
发热体温升—时间关系曲线
T cm / S
6. 2 热阻等效电路分析 • 1. 电机控制器热阻等效电路
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6. 2 热阻等效电路分析
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6.2 热阻等效电路分析
➢采用热阻等效电路的形式分析电机和电机控制器 冷却系统热阻
➢冷却系统耗散功率等效为电流源 ➢热阻产生的温差等效为电压 ➢热阻等效为电阻
6.2 热阻等效电路分析
➢热量传导过程
输入热流率 输出热流率 热量积累率
产热量 输入热量 吸收热量 输出热量
热源
传热体
传热体
冷却体
6.2 热阻等效电路分析
采用一体化冷却结构，
• 连接方式可以使用并联也可使用串联方式 。 • 由于电机和控制器能耗基本一致，一般采用串联的方式。 • 无论是串联还是并联，则系统发热量为电机的发热损耗和电
机控制器的散热损耗。
• 电机和电机驱动器一体化P系d统的P发d1热损P耗d2
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6采用液冷的电机控制器和电机动态温升
• 6. 1 采用液冷的电机和控制器的冷却结构 • 6. 2 热阻等效电路分析 • 6. 3 电机及其驱动器液冷系统参数设计
电机的冷却介质一般选用水、防冻液或油等。
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4. 2 电机和控制器的冷却需求 • 电机和控制器的安装位置
倾斜
水平
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4. 2 电机和控制器的冷却需求 • 电机和控制器冷却液的流向
电动汽车采用一套液冷设备，对于电机和控制器而言，要想 获得最佳的冷却效果，冷却液的流向十分重要。
冷却液的流向一般是从散热水箱下部出来后，经水泵后先冷 却电机控制器，从电机控制器流出的冷却液进入电机的低位 进水口，然后回流到散热水箱的上回流口。
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6. 3 电机及其驱动器液冷系统参数设计
• 3.流阻计算
管道形状变化，如截面突然扩大、缩小、弯曲等，使流体产生 涡流、加速或旋转，将产生能量损失，可通过流阻来表示。当流体通过管道时，来自阻可表示为Z / 2S 2
•设计 Z Z1 Z2
阻力系数
控制器
电机液
液冷系
冷系统
统
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6. 3 电机及其驱动器液冷系统参数设计
附加损耗
CFe (E1 / f1)2 ( f1 / f1n )a Cfw[ f1(1 s)]3 0.005P2
•机械损耗常数 Cfw Pfwn / [ f1(1 sn )]3
电机冷却系统耗散功率可用电机发热损耗来等效
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5.3 电机和驱动器一体化液冷系统设计
• 为了降低成本，节约空间，电动汽车电机和电机控制器一般
小型电机、交流电机、开关磁阻电机、异步电机等 液冷方式
永磁电机（直流永磁无刷电机和交流永磁无刷电机） 如果安装位置空余，通风情况良好，重量要求不苛刻，采用风冷电机。 为了节约空间，缩小电机体积，降低重量，提高功率，采用液冷。
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4. 1 电机和控制器的冷却方式
• 2. 主电机控制器冷却
冷却方式有风冷和液冷。 风冷控制器体积要较液冷控制器体积要大，
风散热。
• 散热量相对较低，安装和使用过程中，一般将电池做成电池组或电
池包。
• 大量锂电池一起工作容易产生热量堆积，影响电池性能，散热主要
是为了避免热量堆积。
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3. 2 锂离子电池
➢锂电池组设计
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3. 2 锂离子电池 • 电池组风扇散热设计
吹风
风扇位于底部
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3. 2 锂离子电池 • 电池组风扇散热设计
体积、重量、尺寸等问题，使之能够满足车辆的总体使用要求。
• 循环冷却系统的设计要根据选用的不同部件的散热特点采取相应的
冷却措施，还应对各热源部件进行实时监控，形成智能化和自动化 控制循环冷却系统。
• 智能的控制可以最大程度地降低电动汽车的电能消耗，同时还能延
长散热设备的使用寿命。
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2 电动汽车循环冷却系统设计步骤 • （1）确定主要热源产生及各种工况下需散热的功率需求。 • （2）考虑电动汽车环境条件和温度，及对散热系统影响。 • （3）确定主要热源散热方式，按照要求选取冷却形式。 • （4）进行散热器的设计计算与布置。 • （ 积5小）、确易定于传安感装器的性传能感参器数。，选择或设计加工出性能好、体 • （6）将传感器与电动机制成整体，研究合理安装位置。 • （ 入7侵）乘对员于空电间池。，考虑通风状况及通风方向，防止有害物质 • （8）必要时需要对所选用的散热部件进行试验。
电容器、飞轮储能器和太阳能电池等。
• 这些电池一般不需要冷却，保证安装时的牢固可靠和
良好的通风环境即可。
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4 电机和控制器散热
• 4. 1 电机和控制器的冷却方式 • 4. 2 电机和控制器的冷却要求
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4. 1 电机和控制器的冷却方式
• 1. 电机冷却
冷却方式较多，常见的为风冷和液冷。 风冷方式
• 等效热阻
Rθ(j-a) Rθ(j-c) Rθ(c-s) Rθ(s-a)
• 传导热阻
Rθ(s-a) 1 / 1S1
• 温度变化
Ts1 Ta1 P R d1 θ(s-a) (1 et/1 )
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6. 2 热阻等效电路分析 • 2. 电机热阻等效电路
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6. 2 热阻等效电路分析
• 等效热阻
➢稳态热传导
输入热流率 输出热流率
产热量 输入热量
输出热量
热源
传热体
传热体
冷却体
6.2 热阻等效电路分析
➢热量传导稳态稳升
热平衡原理
Pdt cmd S dt
热流量 吸热量 传热量
稳态温升 定义热阻
d 0 P S /
u P / (S)
R / (S)
热流率P
传热推动力（温差
）
u
传热阻力（热阻 R）
Rθ(c-a)
Rθ(c-s)
Rθ(s-a)
2 2S2
3 3S3
• 温度变化
Ts2 Ta2 Pd2 Rθ(s-a) (1 et/2 )
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6. 3 电机及其驱动器液冷系统参数设计
• 1. 流体状态分析
电机和电机控制器一体化液冷系统管道形状复杂，存在弯曲和截面变 化，流体在管道中流动状态不仅与流体速度有关，而且与管道尺寸、 流体黏着系数有关，通常用雷诺数来表示流体的状态。
吸风
风扇位于顶部
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3. 2 锂离子电池 • 电池组风扇散热设计
横流风
风扇位于电池组侧部
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3. 2 锂离子电池 • 电池的冷却环境规划
• （1）安装位置与电机和电机控制器距离不能过远。 • （2）安装空间要有良好的通风环境。 • （3）安装位置应尽可能的高。 • （4）便于检修和拆卸。
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3. 2 锂离子电池 • 电池箱液体冷却
• 风冷电机及控制器
从本身设计上改善，增加散热面积，增加必要通风设备 安装在开放位置或者通风良好环境
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4. 2 电机和控制器的冷却需求
• 液冷的电机和控制器
需要对电机和控制器进行合理的设计和安装，采用匹配 的散热系统，方能满足使用要求。
电动机的热源来自电机内部，首先借传导作用传送到电 机的外表面，然后借辐射和对流作用将热量从电机外表 面散发到周围冷却介质中去。
（40～50）℃ 。
• 这些装置都有自身附带散热设备，对其温度进行控制，选择
合适安装位置，预留散热空间。
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4. 2 电机和控制器的冷却需求
• 电机和控制器的冷却方式略有不同
一般电机最高允许温度为（70～80）℃，最佳工作温度为60℃以 下；
控制系统一般允许最高温度为（60～70）℃，最佳工作环境温度 （40～50）℃以下。
这样一个循环下来，保证了控制器的冷却需求，使电机控制 器得到整个系统最低温度的冷却液。
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某电动汽车循环水路布置图
温控 电扇
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5 电机和控制器散热量计算
• 5.1 电机控制器的发热量损耗计算 • 5.2电机发热损耗计算 • 5.3 电机和驱动器一体化液冷系统设计
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5.1 电机控制器的发热量损耗计算 • 功率模块损耗
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6. 1 采用液冷的电机和控制器的冷却结构 • 1. 控制器的液冷方式
控制器的液冷方式主要是在控制器的底部加装循环散 热板，与主要的控制器功率元件接触散热。
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6. 1 采用液冷的电机和控制器的冷却结构 • 2. 电机的液冷结构
电机的液冷结构主要由电机冷却套和电机冷却内套。 电机冷却系统水道可采用轴向和圆周方向两种布置形式。
流速 密度 直径 粘着系数
R vd / 当雷诺数＞4000时，e 流体在管道中以紊流为主。紊流状态下的流体同
时沿管道轴向和径向流动，管道中各点动状态十分不规则，流速时刻 在变化，使得流体流动阻力急剧增加，附着在管壁的边界层大大减薄。
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6. 3 电机及其驱动器液冷系统参数设计
• 2. 流量计算
油液
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3. 2 锂离子电池 • 电池箱液体加热
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3. 3 钠硫电池和燃料电池
• 钠硫电池高温才能放电，需要特殊设备，确保处于（300～350）℃。 • 需要制作恒温箱，散热要求非常苛刻，而且该机构均由电池厂家提供
设备。
• 电动汽车燃料电池主要有PEMFC、AFC 和PAFC，温度需求也不尽相同。
工作温度一般在（60 ～100）℃，须设有专门的冷却装置。
• 燃料电池的冷却介质为无离子水。 • 排热方式：电池组本体外部冷却法，冷却剂通过电池组内部管道进行