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纯电动汽车驱动电机结构及冷却方式案例解析

发表时间:2019-10-16 10:47
文章附图

  在中国乃至全球范围内,汽车驱动电机应该属于电机业中的小分支,但是随着新能源汽车在我国相关政策带动下,如今已经成为了各大资本争先涉足的领域,但是汽车电机制造门槛非常高,尤其是我国的电机驱动系统与国外驱动机系统相比还存在不小的差距与不足,下面就新能源汽车电机热管理策略以及发展现状给大家分析一下。

  电动汽车电机的结构及性能

  驱动电机系统是新能源车三大核心部件之一。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构,其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标,它是电动汽车的重要部件。电动汽车的整个驱动系统包括电动机驱动系统与其机械传动机构两个部分。其主要是由电动机•●、功率转换器•●、控制器•●、各种检测传感器以及电源等部分构成。

  从电机驱动系统的产业价值链来看,驱动电机和电机控制器所占的成本之比大致相同。新能源汽车驱动电机属于中低压电机范畴,由于其应用领域的特殊性,相对一般中低压产品,它具有较高的性能要求:

  (1)功率密 度高,主要是为了在尽量小的车内空间限制•●、电池电量下,提高续航里程;

  (2)调速范围宽:新能源汽车有两类工况场景,在启动•●、加速•●、爬坡时,要求工作在恒转矩区间;在高速行驶时,要求电机工作在恒功率区间;

  (3)过载能力强:在启动•●、加速•●、爬坡工况下,要求电机具有4-5倍的过载能力;

  (4)安全可靠,要求电机的稳定工作和抗震•●、散热性能佳;

  (5)轻量化,即电机体积小,满足整车轻量化的要求。

  电动汽车电机热管理作用

  电动汽车采用永磁电机作为驱动心脏,这种类型的电机具有高效率•●、高功率因数•●、宽弱磁范围•●、高转矩过载能力以及低噪声与振动等一系列优点。受车辆空间与运行环境的限制,研发人员总是力求使驱动电机的转矩密度高•●、功率密度高。

  在功率不变的情况下,电机体积减小,不仅使其功率密度得到了提高,其损耗密度也有所增加,这势必导致散热困难,由此将会带来电机过热。当电动汽车在恶劣环境和恶劣工况下运行时(如上时间处于爬坡•●、加速等状态),电机热耗更大,温升更严重,对电机的安全性和使用寿命均产生不利影响。因此,准确预测电机在不同工况下的内部温度分布,合理设计器冷却散热方式,是保证电机稳定安全运行的前提。

  电动汽车电机散热案例解析

  目前常规电动汽车的电机一般采用水套冷却。驱动电机剖面如下图所示,定子铁心与冷却水套之间采用过盈配合进行装配,这样电机定子铁心中产生的电磁力将通过此种配合传递到冷却水套上。整个电机内产生的热量也将被冷却水带走。

  在一定泵功驱动下,水道截面尺?寸增大,其冷却水流速将下降,水道对流传热系数也将减小,受冷却水套机械强度的限制,水道截面尺寸不能无限制增大;若水道截面尺寸减小,冷却水流速将增加,其对流传热系数增大,但流动阻力也将增大?杉,在设计冷却水套时,除了工艺实施性和造价因素之外,更需要考虑括冷却水套水头损失分析•●、水道内的对流传热分析以及整个水套的机械应力分析与计算。利用热流仿真分析软件可以对电机的冷却水套进行优化设计,实现最佳散热性能和最小泵功消耗的最佳匹配。

  以下组图为尼桑LEAF电动汽车的驱动电机的冷却水套系统。

  该水套采用铸造成型,在高度方向上分三层,每层留设中空的流道,各层之间有流道相连。整个水套与电机定子外壁过盈配合,最大限度减小两者之间的热阻。


文章分类: 新能源
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