電機冷卻的案例
某PHEV汽車電機冷卻系統熱管理策略優化
電機冷卻系統回路是一個單獨的冷卻回路，包括了低溫散熱器、電子水泵、充電機、電機控制器、電機等.電子水泵驅動回路冷卻液流動，將各發熱件的熱量通過低溫散熱器與環境空氣換熱帶走.
整個熱管理系統的前端模塊 （散熱器、冷凝器、中冷器、低溫散熱器、電子風扇）通過分層布置在汽車前保險桿格柵之后.通過正常行駛及風扇驅動環境空氣強制對流換熱，將熱管理系統各回路的熱量帶走，使熱管理系統內各部件在許用或需求溫度范圍內工作.
2 電機冷卻系統匹配分析
電機冷卻系統是一個單獨的冷卻回路，且低溫散熱器布置在前端模塊的最前面.在前端模塊密封較好的前提下，低溫散熱器的進風溫度與環境溫度大致相當.電機冷卻系統的換熱基本不受其他3個換熱系統的影響，所以，可以單獨評估電機冷卻系統的設計是否滿足整車需求.
根據企業內部標準以及整車熱平衡試驗經驗，60 km/h爬坡 （9%坡度）工況下，整車負荷較大，對應的電機、電機控制器散熱量也會比較大；同時這一工況下，車速不太高，低溫散熱器進風量不會太大，對于電機冷卻系統挑戰較大.另外，蠕行工況 （設定蠕行車速6 km/h）下，雖然整車負荷不大，但是低溫散熱器進風主要靠風扇驅動，進風來自貼近地面空氣或部分熱回流空氣，進風溫度較高；同時，單靠風扇驅動進風，進風量相對較小，電機冷卻系統也可能存在風險.綜合以上，選定低速蠕行工況和60 km/h爬坡 （9%坡度）工況，評估電機冷卻系統設計可行性.
本文采用三維CFD仿真分析與一維系統仿真分析相結合的方法，計算電機冷卻系統在純電動模式、典型工況下系統的溫度和流量，評估系統設計的可行性.
通過機艙三維CFD仿真分析，計算低速蠕行工況和60 km/h爬坡 （9%坡度）工況下，低溫散熱器的進風量和進風溫度，作為電機冷卻系統一維仿真分析的邊界輸入.機艙三維CFD仿真分析模型，如圖2所示.
展開 常用電機冷卻方式匯總
眾所周知，電機的運行過程，其實就是一個電能和機械能相互轉換的過程，在這個過程中同時也不可避免地將產生一些損耗。這些損耗絕大部分會轉化為熱量，從而導致電動機繞組，鐵芯及其他部件的工作溫度升高。
電機發熱問題在研發生產新品過程中較常見，Ms.參也接觸過不少型式試驗時電機溫度階梯式升高溫升難以穩定的案例。結合該問題，Ms.參今天與大伙簡單談談電機的冷卻方法和通風散熱，解析各類電機通風冷卻結構，企圖能發掘一些避免電機過熱的設計技巧。
由于電動機使用的絕緣材料有對溫度的限制，故電機冷卻的任務是將電機內部損耗產生的熱量散發掉，使電機各個部位的溫升維持在標準規定的范圍之內，并力求內部溫度均勻化。
電機通常采用氣體或者液體作為冷卻介質，常見的有空氣和水，對應的我們稱之為空冷或者水冷。 空冷常見的有全封閉空氣冷卻和開啟式空氣冷卻；水冷常見的有水套式冷卻和熱交換器冷卻。
交流電機標準IEC60034-6規定和解釋了電機的冷卻方式，采用IC代碼來表示：
冷卻方式代碼 = IC+ 回路布置代號 + 冷卻介質代號 + 推動方法代號
一、常見的冷卻方式
1、IC01 自然冷卻 （表面冷卻）
例如西門子緊湊型1FK7/1FT7伺服電機。注意：此類電機運行時表面溫度較高，可能對周邊設備和物料產生影響。故在某些行業應用時，應考慮通過電機的安裝和適度的降容來規避電機溫度的負面影響。
2、IC411 自扇冷卻 （自冷）
IC411是通過電機自身的旋轉來移動空氣從而實現冷卻的，空氣的移動速度與電機速度相關。
3、IC416 強迫風扇冷卻（強冷或獨立風扇冷卻）
IC416則含有獨立驅動的風機，保證了風量的恒定而與電機的轉速無關。
IC411和IC416是低壓交流異步電機經常采用的冷卻方式，是通過風扇吹電機表面散熱筋來實現散熱的。
展開 電機怎么冷卻的?解剖給你看！
————————————新能源汽車的電機水冷系統通常不是獨立的，而是和電池包，以及電控系統的冷卻，形成一個完整的熱管理系統。在電機殼體的內部，也有類似于內燃機缸體內部那樣的水道，冷卻液通過水泵的驅動在中間流動，從而達到散熱效果。
當然，水冷系統要兼顧電池包和驅動電機兩方面的冷卻，有的熱管理系統還和空調、電控系統等相連，這樣涉及到多個子系統，在設計方面就比較復雜了。
但是，由于水冷的使用效果確實很好，所以現在相當多的主流電動車，無論是幾十馬力的代步車，還是使用大功率驅動電機的車型，基本上都采用水冷系統來為驅動電機散熱。
水冷系統還有個好處就是可以統籌使用車上的熱量，實現更好的熱管理。比如有些車型的設計就將電機散發的熱量為電池組保溫。在冬季對于新能源車型來說，還是非常有用的——畢竟靠電池組自己的加溫，損耗非常大。
隨著技術的進步，不但電機外側的定子可以冷卻，內部的轉子也可以增加水套進行冷卻，進一步提升了熱管理的效率。
變速箱的電機，也可以用油冷優勢：結構緊湊，和變速箱等通盤設計，散熱效率高不足：不方便回收利用熱量油冷就和傳統燃油車的發動機、變速箱的冷卻方式差不多了，通常來說，這種方式的冷卻效率還是比較高的。而且這個時候，電機冷卻和變速箱的冷卻在一起，也有利于結構的緊湊化，不用單獨設計布置機油泵等零部件。目前，這種冷卻方式一般應用于插電式混合動力車型，特別是P2和P2.5結構。
但是油冷和風冷一樣，它們最后需要把熱量散發掉。所以電機產生的熱量，是不能回收利用的。不過考慮到油冷系統中一般的電機尺寸和功率都不那么大，這部分的損耗還是可以接受的。
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————————————新能源汽車的電機水冷系統通常不是獨立的，而是和電池包，以及電控系統的冷卻，形成一個完整的熱管理系統。在電機殼體的內部，也有類似于內燃機缸體內部那樣的水道，冷卻液通過水泵的驅動在中間流動，從而達到散熱效果。
當然，水冷系統要兼顧電池包和驅動電機兩方面的冷卻，有的熱管理系統還和空調、電控系統等相連，這樣涉及到多個子系統，在設計方面就比較復雜了。
但是，由于水冷的使用效果確實很好，所以現在相當多的主流電動車，無論是幾十馬力的代步車，還是使用大功率驅動電機的車型，基本上都采用水冷系統來為驅動電機散熱。
水冷系統還有個好處就是可以統籌使用車上的熱量，實現更好的熱管理。比如有些車型的設計就將電機散發的熱量為電池組保溫。在冬季對于新能源車型來說，還是非常有用的——畢竟靠電池組自己的加溫，損耗非常大。
隨著技術的進步，不但電機外側的定子可以冷卻，內部的轉子也可以增加水套進行冷卻，進一步提升了熱管理的效率。
變速箱的電機，也可以用油冷優勢：結構緊湊，和變速箱等通盤設計，散熱效率高不足：不方便回收利用熱量油冷就和傳統燃油車的發動機、變速箱的冷卻方式差不多了，通常來說，這種方式的冷卻效率還是比較高的。而且這個時候，電機冷卻和變速箱的冷卻在一起，也有利于結構的緊湊化，不用單獨設計布置機油泵等零部件。目前，這種冷卻方式一般應用于插電式混合動力車型，特別是P2和P2.5結構。
但是油冷和風冷一樣，它們最后需要把熱量散發掉。所以電機產生的熱量，是不能回收利用的。不過考慮到油冷系統中一般的電機尺寸和功率都不那么大，這部分的損耗還是可以接受的。
展開 
利用AMEsim建立電機或發動機冷卻系統模型
系統原理圖如下，建立電機冷卻系統仿真模型，進行大循環和小循環仿真
電機散熱量21.7kw，運行環境溫度45度,冷卻流量小于25L/min
電機出水口溫度小于65度時，節溫器關閉，冷卻液不經過散熱器，進行小循環；
電機出水口溫度大于65度時，節溫器開啟，進行大循環，
保證電機出水口溫度在85度以下
QQ：315673349
電機殼體冷卻結構設計及熱仿真分析
驅動電機殼體冷卻通道結構設計
針對熱量在電機內部的傳遞方式，本文設計了一款螺旋式冷卻結構的電機殼體，其結構如圖2所示。
如何看待奔馳EQC的電機冷卻液泄漏召回？
召回原因如下：
由于制造偏差，電動驅動模塊的冷卻系統可能存在密封不足，導致冷卻液滲漏
。
如果冷卻液微滲到電機內，長期使用后可能降低高壓系統的絕緣電阻值，極端情況下車輛可能無法啟動。冷卻液滲漏不滿足國家相關強制性標準中關于冷卻系統密封的要求，極端條件下，車輛的電動驅動模塊輸出功率會降低，存在安全隱患。
▲圖1. 奔馳EQC的召回（市場監督總局的通告）
Part 1 傳統汽車企業在電動汽車上的創新和迭代
EQC是奔馳在純電領域的第一代的產品設計，電驅系統也是從行業里面找資源聯合開發的，主要和ZF與奔馳聯合設計。如下圖1所示，這里主要考慮的問題是能否提供足夠的功率，前后軸各配備一臺動力電機，總功率達到了300kW，總扭矩為760Nm。
從結構上來看，這套電驅動系統采用電機減速器左右+逆變器上方的布置形式，減速器平行軸結構，電機與減速器共用殼體。在這里，電機軸與減速器輸入齒輪為一體式結構，三球軸承支撐，這樣的設計對電機后端蓋、電機殼體和減速器后殼體，連接部件的同軸度要求較高。
▲圖2. 奔馳EQC的動力系統
從冷卻來看，這里采用系統一體化冷卻的方式：
●
逆變器與電機采用直連式水管，O型圈密封;
●
電機定子、轉子軸都采用水冷，定子水套兩端O型圈密封，通過螺栓固定到機殼上，轉子軸水冷密封結構復雜(機械密封);
目前的主要問題，可能出在了轉子水冷技術上，這在電機冷卻技術屬于前沿的冷卻技術，從市場來看大部分電動機使用水去冷卻定子，或者采取油冷的辦法。
▲圖3. 奔馳后驅系統的爆炸圖和主要概覽
從這個意義上，我們可以看一下德國工程師在電驅動技術方面的考慮。
展開 考慮溫度場和流場的永磁同步電機折返型冷卻水道設計
0 引言
永磁同步電機因具有功率密度高、效率高、結構緊湊等優點，成為新能源汽車驅動電機的首選。隨著電機容量的不斷增加及其小型化和輕量化的發展，再加上新能源汽車用永磁同步電機的密閉式結構，導致電機運行時散熱環境惡劣，電機溫升過高，成為制約新能源汽車用永磁同步電機向高功率密度、高效率發展的重要因素。
新能源汽車用永磁同步電機大都采用水冷方式對電機進行冷卻，冷卻水道布置在機殼內部，通過機殼內部水道中的循環冷卻介質帶走熱量，從而控制電機溫升。目前，新能源汽車用永磁同步電機冷卻水道的結構主要有折返型和軸向螺旋型兩種。軸向螺旋型水道的水路平順，水道壓降小，但由于冷卻介質從電機一端流入另一端流出，電機兩端的溫度梯度較大，不利于對電機整體的溫升控制。折返型水道的水路呈迷宮狀，不會在電機兩端產生溫度梯度，同時入水口與出水口可布置在電機同一端，方便水冷系統的布置，因而被廣泛應用。
現有研究多采用基于積分形式守恒方程的有限體積法對電機的溫度場、流場進行仿真，從而研究電機的溫升，但并未對永磁同步電機常用的折返型水道的結構參數進行細化研究，對折返型水道結構參數對流體流動特性、水道壓降以及電機溫升變化的影響的研究也還不夠深入。
本文對一臺額定功率68 kW的永磁同步電機的折返型水道結構參數進行設計。建立電機流-固耦合有限元模型，對電機溫度場、水道流場進行仿真分析，并通過電機臺架實驗驗證了仿真模型的正確性。進而通過仿真模型分析了水道內冷卻水的流動特性，綜合考慮分析入水口水道寬度與水道圓角半徑對水道壓降的影響，據此得到水道結構幾何參數，實現了電機低溫升的設計目標，最后進行電機溫升與水道壓降實驗驗證。
展開 基于Fluent輪轂電機自然冷卻仿真 ￥220
Fluent輪轂電機自然冷卻仿真
源文件加制作過程錄屏，源文件是workbench，包括幾何，網格，設置跟結果。錄屏是全過程錄屏，包括幾何處理，網格劃分，計算設置跟后處理，錄屏沒有聲音，關鍵步驟錄屏中有文字
平臺軟件：
Ansys 2020版本
計算流體動力學(CFD)方法在電機通風冷卻結構優化中的應用
通風冷卻技術是大型電機設計的關鍵技術之一，對電機的尺寸和性能有著重要的影響。由于
大型水輪發電機的試驗數據很難獲得，因此，可綜合應用比例模型試驗、網絡法和三維計算流體動力學
(CFD)改善電機中風量分布的均勻性，以控制溫度，避免溫度過高縮短電機壽命。
計算流體動力學（CFD）方法在電機通風冷卻結構優化中的應用.pdf
電動汽車電機"冷卻"技術
電力牽引電機的拓撲 (Equipmake)
在電動汽車的新大陸上，有一場爭論的硝煙從未散去——到底哪種電機是最好的？
對此，Equipmake的經營主管、創新型電力傳動系統設計研發專家Ian Foley表示，“這就像80年代早期的計算機之爭。直到IBM的PC成為業界標準，這場爭論才得以平息。現在我們有各種類型的電機，不同的電機的制造理念也不一樣。我們不應只著眼于電機，而是要考察包括電機、電池、逆變器、齒輪箱和控制器在內的整體系統解決方案。最后，哪個解決方案成本最低，哪個就是贏家。”
Foley希望，最后的勝利屬于自己公司的APM200輪輻電機。他表示，APM200效率卓越，是目前扭矩和功率密度（kW/kg）最高的電動汽車永磁電機，而且它還有成本低、重量輕等優點。
APM200電機的重量約為49kg （108 lb），最高轉速為10,000rpm，最大功率和最大扭矩分別為220kW（295 hp） and 450 N·m （332 lb·ft），采用了成本更低的釹鐵硼磁鐵（NdFeB），降低了電機整體造價，并搭載了5.5:1整體行星齒輪箱，齒輪箱的輸出軸和輪轂直接相連。此外，Equipmake還為APM200研發了專用逆變器，采用了結合碳化硅二極管和IGBT（絕緣柵雙極晶體管）的動力電子技術，使得電機能在高變頻下保持大功率運轉。
輪輻電機系統剖析圖(Equipmake)
一冷再冷
冷卻是決定電機性能的關鍵。電機磁鐵的溫度越低，電機輸出峰值功率的時間就越長。但是，光做到冷卻還不夠，必須要保證冷卻的成本適中、質量可靠、量產效率高。
Foley表示，“輪輻電機的結構能夠滿足以上這些要求。傳統的永磁電機的磁鐵呈V型，被壓在轉子四周的壓片上，壓入深度很淺，而輪輻電機的磁鐵則像輻條一樣垂直于鋁制轉子的表面，使得磁鐵得以非常接近冷卻液（60℃水/乙二醇）。
展開 
新能源汽車電機的風冷和水冷有何區別？
新能源汽車的散熱單元主要有動力電池和驅動電機及電控系統。從傳統發動機散熱技術和新能源汽車散熱實際應用效果看，水冷和風冷是新能源汽車散熱最主要的兩種方式。
隨著國家政策的推動和人們環保意識的增強，新能源汽車的普及程度正在逐漸加深中。當然，這一情況也離不開新能源汽車技術的進步，其中一項就是新能源汽車散熱技術。
新能源汽車的散熱單元主要有動力電池和驅動電機及電控系統。從傳統發動機散熱技術和新能源汽車散熱實際應用效果看，水冷和風冷是新能源汽車散熱最主要的兩種方式。
電機作為純電動新能源汽車的驅動，可實現極低排放或零排放。純電動汽車在驅動與回收能量的工作過程中，電機的定子鐵芯、定子繞組在運動過程中都會產生損耗，這些損耗以熱量的形式向外發散，因此就需要有效的冷卻介質及冷卻方式來帶走熱量，保證電機在一個穩定的冷熱循環平衡的通風系統中安全可靠的運行。而電機冷卻系統設計的好壞，將直接影響電機的安全運行和使用壽命。
采用了風冷這種散熱方式的電機，自帶同軸風扇來形成內風路循環或外風路循環，通過風扇產生足夠的風量，以帶走電動機所產生的熱量。其介質為電機周圍的空氣，空氣直接送入電機內，吸收熱量后向周圍環境排除。風冷的特點是結構相對簡單，電機冷卻成本較低，但是散熱效果和效率都不太好，工作可靠性差，并且對天氣和環境的要求也比較高。
采用了水冷這種散熱方式的電機，會將冷卻液通過管道和通路引入定子或轉子空心導體內部，通過循環的冷卻液不斷的流動，帶走電機轉子和定子產生的熱量，達到對電機冷卻的目的。雖然水冷的成本比風冷略高，但它的冷卻效果卻比風冷更加顯著，而且散熱均勻、效率高，工作可靠性強，噪音也更小。只要保證了整個裝置能擁有良好的機械密封性，就可以在各種環境下使用。
展開 新能源汽車驅動電機性能要求及類型對比
但純水有低溫結冰的問題，故水冷方案的冷卻液一般采用水和乙二醇 1 比 1 混合，可以使冰點降低至約零下 40 攝氏度。部分產品為了更好的散熱，在機殼水冷的基礎上又增加了軸向風扇進行強制風冷。德國 Audi 公司與法國 Valeo 公司合作研發了一種定子水冷混合動力汽車驅動電機系統，應用在 Audi SQ7 TDI 車型上。廣汽傳祺 GE3 車型的驅動電機冷卻系統采用機殼圓周水冷技術，其電池、電機、電控分別來自寧德時代、精進電動、法雷奧。
油冷是未來驅動電機冷卻技術的趨勢。由于電動汽車牽引電機的功率密度越來越大，導致電機產生大量的熱量，給電機散熱帶來了新的挑戰。水冷技術雖然現階段還能滿足要求，但其存在難以克服的技術缺陷：冷卻液存在殼體水道中，不與電機直接接觸，電機內部產生的熱量是通過層層材料傳遞到殼體水道中的冷卻液中被帶走，它屬于間接冷卻。因電機無法直接接觸冷卻液，容易導致熱量堆積，形成局部熱點；而為了布置冷卻水道，相應的電機殼體體積也更大一些。而油因為其本身不導電不導磁的特性，對電機磁路無影響，可作為電機直接冷卻介質，電機在運行過程中，電機產生的熱量可以通過油傳遞到機座達到冷卻的效果。油冷電機屬于直接冷卻，大幅降低了電機殼體的體積，電機可以設計得更加緊湊。但是油本身存在粘性，攪動過程中會產生內摩擦發熱，這是要克服的技術問題。目前采用油冷的電機生產商主要有精進電動、特斯拉等。
2.3.3 高集成化
集成化意味著更小的體積、更低的成本。集成化是未來是發展趨勢，許多零件或者功能件集成在一起可以節省空間，而且部分零部件可以實現公用。
【免責聲明】文章為作者個人觀點，不代表EDC電驅未來立場。
展開 【干貨】新能源汽車電機風冷和水冷有何區別？
新能源汽車的散熱單元主要有動力電池和驅動電機及電控系統。從傳統發動機散熱技術和新能源汽車散熱實際應用效果看，水冷和風冷是新能源汽車散熱最主要的兩種方式。
電機作為純電動新能源汽車的驅動，可實現極低排放或零排放。純電動汽車在驅動與回收能量的工作過程中，電機的定子鐵芯、定子繞組在運動過程中都會產生損耗，這些損耗以熱量的形式向外發散，因此就需要有效的冷卻介質及冷卻方式來帶走熱量，保證電機在一個穩定的冷熱循環平衡的通風系統中安全可靠的運行。而電機冷卻系統設計的好壞，將直接影響電機的安全運行和使用壽命。
采用了風冷這種散熱方式的電機，自帶同軸風扇來形成內風路循環或外風路循環，通過風扇產生足夠的風量，以帶走電動機所產生的熱量。其介質為電機周圍的空氣，空氣直接送入電機內，吸收熱量后向周圍環境排除。風冷的特點是結構相對簡單，電機冷卻成本較低，但是散熱效果和效率都不太好，工作可靠性差，并且對天氣和環境的要求也比較高。
采用了水冷這種散熱方式的電機，會將冷卻液通過管道和通路引入定子或轉子空心導體內部，通過循環的冷卻液不斷的流動，帶走電機轉子和定子產生的熱量，達到對電機冷卻的目的。雖然水冷的成本比風冷略高，但它的冷卻效果卻比風冷更加顯著，而且散熱均勻、效率高，工作可靠性強，噪音也更小。只要保證了整個裝置能擁有良好的機械密封性，就可以在各種環境下使用。
展開 【技術貼】AVL電動車能量管理仿真解決方案
案例分析
3.1基于CRUISE M的電動車能量管理仿真實例
基于CRUISE M搭建電動車能量管理模型如圖4所示，包括整車動力傳動系統、電機冷卻系統、空調制冷及采暖系統和電池熱管理系統。在這個案例中，為了模擬較大的整車負載，駕駛循環定義為兩組US06循環。
圖4 基于CRUISE M搭建電動車能量管理模型圖
電機冷卻系統如圖5所示，考慮了對充電機、電機控制器和驅動電機的冷卻，冷卻方式包含：小循環冷卻、電機余熱回收用于電池加熱模式以及電機散熱器模式。
圖5 電機冷卻系統模型圖
空調與電池熱管理系統模型如圖6所示。在常規的空調系統回路基礎上，并聯了一路Chiller支路用于電池包冷卻。電池熱管理系統包含了冷卻和加熱兩種方式，電池包冷卻通過電池冷卻液與Chiller換熱實現，電池包加熱通過電機余熱回收和PTC加熱實現。
圖6 空調與電池熱管理系統模型圖
根據以上模型，可以對電動車輛的熱管理性能及續駛里程等結果進行分析。
圖7展示了38℃環境下車速，電機進、出水溫，電池進出水溫隨時間的變化。車速變化導致電機需求功率以及電機散熱器的風量變化，模型可以計算出電機冷卻水溫，從圖中可以看到部分區域電機冷卻水溫超過80℃，可能會引起電機的功率保護，相應地需要對電機冷卻系統進行優化。另外，模型中定義了Chiller的工作區間為水溫超過50℃開始工作，水溫低于30℃停止工作。從仿真結果可以看到，由于電池冷卻系統只有Chiller一種冷卻形式，開始階段進出水溫均逐漸升高，一旦水溫到達50℃，Chiller開始工作，水溫迅速下降，當水溫低于30℃以后，Chiller停止工作，水溫又開始繼續逐漸上升。在本案例中，兩組US06循環下，Chiller工作兩次。
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