電動汽車電機熱管理的案例
新能源電動汽車水冷電機散熱理論熱設計與熱仿真管理分析
如圖所示，模型預測的熱阻結果與實驗數據吻合較好，驗證了表1和表2所示的實測構件熱性能和接觸電阻值。同樣值得注意的是，模型捕捉到了在最低流速下熱阻值的急劇增加。
圖8熱路徑
然后利用該模型計算了從內槽襯板到冷卻劑的溫度分布。如圖8所示的溫度剖面用于確定定子內部的主要熱瓶頸。圖8顯示無源堆棧組件(從槽襯到狀態到冷卻夾套界面)是定子內部的主要熱阻。此外，槽形繞組與定子之間的界面是無源堆中最大的熱瓶頸。因此，提高電機的熱工性能需要提高槽繞組與槽襯之間、槽襯與定子表面之間的接觸電阻。提高樹脂的導熱性，提高樹脂將槽襯與定子表面粘結的能力，應可降低這種熱阻。
針對上面所提到的有關電機電機水冷部分，我們開發了本程課，新能源電動汽車水冷電機散熱理論熱設計與ANSYS ICEPAK熱仿真課程，本教程以一款新能源汽車的15.5KW無刷FOC控制水冷電機的理論設計過程與散熱仿真過程為例，通過從設計參數的整理為基礎，講解根據電機的損耗參數去如何選取水冷管道的開口面積，依據水冷管道的開口，再結合電機的相關參數，通過理論方法設計整機的水冷管道的換熱系數與冷卻面積的匹配。再根據相關的計算結果參數進行整機的散熱設計，依據整機的傳導路徑熱阻等，通過迭代計算出整機的散熱面積，從而進行相關的結構設計與整機水冷系統的設計。
待電機設計完成，進行相關的校核，再利用ANSYSICEPAK進行整燈的熱仿真視頻教程，熱仿真視頻教程通將整機從CAD軟件的3D模型簡化開始，到通過WORKBENCK 導入到ICEPAK軟件內，在ICEPAK軟件內完成相關模型的物性設置，軟件仿真邊界的設計置等等......
展開 電動車驅動電機——熱管理
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【免責聲明】版權歸原作者所有，僅用于技術分享與交流，非商業用途！對文中觀點判斷均保持中立，若您認為文中來源標注與事實不符，若有涉及版權等請告知，將及時修訂刪除，謝謝大家的關注！
電動車驅動電機——熱管理
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電動車驅動電機——熱管理
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一文讀懂電動汽車熱管理
《電動汽車熱管理（一）：為什么需要熱管理》
電動汽車的自燃事故相信已經是深入人心了，而自燃事故之所以會發生，原因不僅在于漏電或者短路這種電路上的問題，車上控制器的熱管理策略和熱管理回路設計都直接影響電動汽車的安全性。
當然，電動汽車自燃畢竟是少數事件，只不過透過這種事件可以讓每家車企和供應商的汽車事業部更加重視熱管理這個技術部門，畢竟大多數公司的動力總成部門還是以電池電機電驅為主力，熱管理為輔。
自燃的部分原因是過度發熱沒有得到及時的冷卻，那同時也還有一些其它場景的需求，是環境太冷而得不到及時的加熱，比如電池低溫預熱和座艙加熱，所以下文將分為加熱和冷卻兩個需求來分別聊聊電動汽車的熱管理需求。
加熱需求
加熱需求之一：座艙加熱
冬天，駕駛員和乘客在車內需要溫暖，這就牽扯到了熱管理系統的加熱需求。根據用戶在不同地理位置，對加熱需求也不盡相同。比如在深圳的車主可能一年都不需要開座艙加熱，而北方的車主冬天為了維持座艙內的溫度則消耗了大量的電池電量。
這些不同的需求也就導致了熱管理系統設計初期不同的定義，其背后的原因就在于不同市場的不同需求將帶來不同的熱管理選型，一個簡單的例子就是：同一個車企供應北歐的電動車可能用的是額定功率5kW的電加熱器，而供應赤道地區國家的可能就只有2～3kW甚至沒有加熱器。
除了緯度以外海拔也有一定影響，但目前還沒有專門針對海拔做區分的設計，因為保不準車主會開著車從盆地開到高原。
另一個最大的影響因素就是車里的人了，因為不管是電動車還是燃油車，里面的人的需求還是一樣的，所以設計的溫度需求范圍幾乎是照搬的，一般在16攝氏度到30攝氏度之間，也就是說座艙里制冷不冷過16攝氏度，制熱不熱過30攝氏度，覆蓋了正常的人體對環境溫度的需求。
展開 行業：電動汽車綜合熱管理
01
背景介紹
隨著電動汽車的不斷普及，為了解決電動汽車在冬季和夏季的續航里程和熱安全問題，需要對電動汽車進行熱管理。電動汽車中的熱管理主要分為電機系統熱管理、電池系統熱管理和空調系統熱管理，這三大系統是電動汽車所產生熱量的主要來源。在以往的電動汽車中，三大系統的熱管理通常是各自獨立的，缺乏對整車熱量的統一管理，熱管理效率較低。而在新一代的電動汽車中，在設計之初便針對整車熱量進行集成式管理，對三大系統產生的熱量進行統一的管理，從而大幅提高車輛整車的熱管理效率，以減少溫度對電動汽車性能的影響。
電動汽車的電機驅動系統是將電池中的電能轉化為機械能，從而為汽車提供行駛的動力。在電機的工作過程中，一些能量會以熱能的形式損耗，如鐵芯損耗、繞組損耗以及機械損耗。動力電池系統為汽車提供電能時，由于持續的放電，電池組會釋放一些熱量，熱量持續聚集便引起電池組的溫度升高。電動汽車空調系統冷熱負荷的產生來源有很多，如汽車內部人員散發的熱量，外界環境通過車身結構導入車廂的熱量，電機系統和動力電池系統導入車廂內部的熱量，以及通過汽車通風系統進入車廂的熱量等等。在研究電動汽車熱管理系統時，必須重點考慮汽車內部的熱量來源和汽車內部熱量的總量，才能采取針對性的熱量管理。
相關活動
活動 \\ 第四屆熱管理材料與技術大會 第二輪通知
活動 \\ 報名開啟！2023夯邦熱管理材料與技術項目路演
02
組成部分
電動汽車在設計時便針對主要的熱量來源都進行了相應的熱管理。但是，為了進一步提升電動汽車的各項性能參數， 原有的各種獨立式的熱管理系統和方法已經難以適應新的設計要求。
展開 【技術】新能源汽車電機熱管理
電機與控制器在電能與機械能的轉換過程中，部分電能會損耗成為熱能釋放。對于新能源汽車，驅動電機作為動力源，控制器提供能量轉換，缺一不可。兩者的熱管理系統則主要對其冷卻，使其能夠安全可靠運行。
電機熱管理3個方法
電機及其電控熱管理的主要任務是分析電機內部的產熱機理，設計冷卻系統對其進行降溫，保證電機及電控系統處于合適的溫度范圍內。目前電機冷卻系統主要有空冷、液冷及其他冷卻方式，液冷又分為水冷和油冷。
有研究者設計了一種新型的混合型電機冷卻系統，冷卻系統包括熱管、銅管水套、風扇，風扇可以加速帶走冷凝端的熱量，如下圖所示。這種被動式和主動式相結合的冷卻系統，可以設計有效的控制策略以優化冷卻系統的能耗。對電機冷卻系統的熱特性進行了試驗和數值研究。結果發現，對于250 VA的熱負荷，在保證運行工況的前提下，采用混合冷卻策略可節省33%的功耗。
展開 電動汽車動力電池熱管理技術
電動汽車動力電池熱管理技術
整體熱管理——電動汽車出行的成功關鍵
隨著電動新能源汽車的發展，馬勒充分意識到電動化是汽車行業發展的未來。因此，馬勒制定了“雙軌戰略”，即在鞏固現有市場地位同時開拓面向未來可持續發展的創新技術。
在高效內燃機領域馬勒提供優化效率的發動機零部件產品及降低油耗和排放的發動機外圍產品。而隨著電動化的快速發展，馬勒的汽車電子和機電一體化事業部和熱管理事業將發揮其重要的作用。
其中熱管理系統貫穿傳統內燃機到電動汽車的發展。就電動汽車而言，為實現快速充電和提高續航里程，熱管理將會成為關鍵性的技術。
馬勒中國區熱系統開發經理 賈宏濤
電動汽車熱管理的挑戰
首先在冬季，電動車的續航里程會有很大的衰減，這是用戶最大的一個痛點。第一是沒有免費的熱源，第二是電驅的發熱量，現在電驅都是很高效的，本身產生的熱量就比較低，它的溫度又低，所以電動汽車很難像傳統內燃機一樣，直接用冷卻液通到里加熱。
第二個挑戰，隨著電動車的普及，用戶對補能是越來越關注的問題——希望電動車的充電時間越來越短，從普通的慢充到快充，到現在很多汽車廠家，包括供應商在發展的超級快充，能夠在15分鐘以內或者10分鐘以內，就能充60%甚至80%的電，這樣的話，未來電動汽車出行就沒有了里程焦慮。
第三個挑戰，隨著充電功率的越來越高，電池內部產生的熱量越來越高，這樣電池的溫度會急劇上升，這樣對電池的耐久性、對電池的充電效率都會受到很大影響。
展開 淺淡電動汽車電池系統熱管理技術
電動汽車專用PTC 動力電池硅膠加熱膜 PTC由于使用安全、熱轉換效率高、升溫迅速、無明火、自動恒溫等特點而被廣泛使用。其成本較低，對于目前價格較高的動力電池來說，是一個有利的因素。但是PTC的加熱件體積較大，會占據電池系統內部較大的空間。絕緣撓性電加熱膜是另一種加熱器，它可以根據工件的任意形狀彎曲，確保與工件緊密接觸，保證最大的熱能傳遞。硅膠加熱膜是具有柔軟性的薄形面發熱體，但其需與被加熱物體完全密切接觸，其安全性要比PTC差些。 中國科學院工程熱物理研究所胡學功研究員領導的科研團隊利用微槽群復合相變技術成功研制了超過120 Wh/kg高能量密度的電動汽車電池包熱管理系統(BTMS)樣機，微槽群復合相變技術是利用微細尺度槽群結構復合相變強化傳熱機理實現高強度傳熱，是目前國際上一種先進的被動式微細尺度相變強化傳熱技術。該成果解決了電動汽車行業存在的高能量密度電池成組單體之間難以保持均溫性的技術難題，其技術指標優于特斯拉（電池單體間的溫差≤±2℃），且成本優勢巨大，處于電動汽車行業內領先水平。電動汽車電池包微槽群熱管理系統 電動汽車電池系統熱管理技術發展方向
從國家對電動汽車扶持方向來看，電動汽車電池包熱管理系統必然朝著輕量化，高比能和高均溫性方面發展。科技部“十三五”規劃中也提出開展基于整車一體化的電池系統的機-電-熱設計，開發先進可靠的電池管理系統和緊湊、高效的熱管理系統，到2020年，應使單體電池之間的最大溫差≤2℃，電池系統的比能量≥210Wh/kg。
另一方面，十三五末，我國電動汽車保有量將達500萬輛，隨之產生大量廢舊動力電池，這為動力電池的拆解回收帶來大量工作。因此，在設計電動汽車電池包熱管理系統時，就應當考慮到電池包易拆解，無附加污染，實現電池包熱管理系統的綠色設計。
展開 純電動汽車電池熱管理技術研究
通過這些問題的研究分析，希望解決目前純電動汽車電池組的安全問題，同時提高電池組的動力性能，使得電池組的使用壽命變得更加長，這對于新能源混合動力汽車的推廣和產業化有非常重大的現實意義。
作者：趙學棟
豫新汽車熱管理科技有限公司
電動汽車綜合熱管理系統實驗與數值模擬研究
來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
電動汽車在緩解氣候變化和排放污染問題方面發揮著重要作用。鋰離子電池作為電動汽車的動力源和儲能系統，具有高電壓、高功率和能量密度、長循環壽命和高安全性的優良性能。然而，大量研究和實例已經證實，受環境溫度影響，電池的循環壽命和充放電倍率面臨著嚴峻的挑戰，例如，長時間的高溫可能導致電池熱失控和火災安全事故，因此，增強散熱和冷卻電池的高效熱設計是電動汽車的一項必要技術。然而，目前電池熱管理仍然難以在所有氣候條件下同時兼顧散熱和低溫加熱功能。
電池熱管理系統可以實現熱量的有序管理，是解決當前電池面臨的挑戰的有效技術手段。例如，為了提高電池在低溫下的電化學性能，先前的研究已經開發了多種加熱策略，主流技術可分為內部加熱方法和外部加熱方法。當前，我們應該進一步揭示低溫加熱過程中對電池電化學性能恢復和內部傳熱的影響。熱管理系統是電動汽車的關鍵系統組件，具有低溫加熱和高溫散熱雙重功能的開發設計將是未來電池熱設計的重要趨勢。
02
成果掠影
近期，河北工業大學能源與環境工程學院饒中浩教授團隊提出了一種集成電池熱管理系統（IBTM），它包括散熱和低溫加熱功能。在一體化結構設計中，復合相變材料由于潛熱大，CPCM（CPCM）具有很強的吸熱能力，而薄的聚酰亞胺加熱膜（PHF）可以方便地組裝到電池模塊中。實驗和仿真結果驗證了采用連續脈沖預熱結合電池低功率自預熱的加熱策略，電池模塊的電化學性能可以獲得良好的可恢復性。與常溫10℃相比，充放電電池模塊容量分別恢復至92.1%和93.3%。
展開 電動汽車電池熱管理風冷與液冷
鋰離子電池包熱管理的要求是根據鋰離子電池發熱機理,合理設計電池包結構,選擇合適的熱管理方式,合理設計熱管理策略,保證電池包內各個單體電池工作在合理溫度范圍內的同時盡量維持包內各個電池及電池模塊間的溫度均勻性。
動力蓄電池熱管理系統(BTMS,Battery Thermal Management System)對純電動汽車在各種環境下的動力性有至關重要的影響。通過研究分析鋰離子電池產熱原理,BTMS傳熱冷卻方式,及風冷散熱和液冷散熱方案的比較,說明液冷散熱效果好于風冷,液冷散熱將是未來適合復雜工況的大功率鋰離子動力電池熱管理的重要研究方向。
動力蓄電池作為純電動汽車的動力來源,是提高整車性能和降低成本的關鍵一環,其溫度特性直接影響電動車的性能、壽命和耐久性。鋰離子電池因比能大、循環壽命長、自放電率低、允許工作溫度范圍寬、低溫效應好等優點是電動車目前首選的動力電池。鋰離子電池包熱管理的要求是根據鋰離子電池發熱機理,合理設計電池包結構,選擇合適的熱管理方式,合理設計熱管理策略,保證電池包內各個單體電池工作在合理溫度范圍內的同時盡量維持包內各個電池及電池模塊間的溫度均勻性。由于電池組中單體電池是互相串聯的,任何一只電池性能下降都會影響電池組的整體表現。溫差為5℃、10℃、15℃時,相同充電條件下電池組的荷電態分別下降10%、15%、20%。
鋰離子電池熱特性
電池在充放電過程中都會發生一系列化學反應,從而產生熱反應。鋰離子動力電池的主要產熱反應包括:電解液分解、正極分解、負極與電解液的反應、負極與粘合劑的反應和固體電解質界面膜的分解。此外,由于電池內阻的存在,電流通過時,會產生部分熱量。低溫時鋰離子電池主要以電阻產生的焦耳熱為主,這些放熱反應是導致電池不安全的因素。電解液的熱安全性也直接影響著整個鋰電池的電池動力體系的安全性能。
展開 【熱管理】某純電動汽車空調采暖系統的仿真優化
中國為了適應社會可持續發展的需求，提出了向新能源汽車轉型的相關政策，例如雙積分法等。在此環境下，國內各大車企對純電動車型的研究投入達到了前所未有的高峰。純電動汽車的發展與應用成為了當今環境下不可阻擋的趨勢。眾所周知，純電動汽車在低溫環境下沒有發動機提供熱源，大多車型應用PTC進行制暖。國鐵楓設計了一款電動汽車，該車型使用了PTC水暖加熱系統。由于PTC為大功率耗電部件，制暖時對整車的動力性以及續航里程產生了一定的威脅，通過對策略的優化改進可以提高PTC制熱時汽車的經濟性。朱成等對低溫環境下影響純電動汽車的續航里程的相關因素進行了深入研究分析。張子琦對熱泵空調系統的傳熱結構進行了研究，通過優化換熱結構能改善系統的能耗。
曹曉玉通過AMEsim軟件建立空調系統模型，研究發現環境溫度對系統能耗有較大的影響。朱波等利用電機余熱作為輔助熱源，通過優化加熱器的控制策略得到了較低的系統能耗。楊君提出水暖PTC加熱器功率的自動化線性調節，通過精確化控制精度降低能耗。本文基于某公司某純電車型的開發項目，對控制策略進行了優化，增加了對電驅余熱的利用，通過AMEsim軟件與Matlab聯合仿真驗證了該優化模型的控制效果。
1
低溫熱管理制熱系統
本文中低溫熱管理加熱系統包括對乘員艙、動力電池的加熱。其加熱結構原理如圖1所示。
展開 動力電池熱管理：如何守護電動汽車心臟的冷暖
電動汽車自燃的新聞，很大一部分原因就是動力電池溫度過熱，燒起來了。在工程上，一般認為動力電池的工作溫度最好在40℃以內。那么如何保持這個溫度呢？
汽車電機的工作需要三四百伏的高電壓，動力電池是由很多鋰離子電芯，通過串聯和并聯的方式來提高電壓和容量。比如用100個3.7伏的鋰電池電芯串聯，就能得到370伏的電池。不同品牌不同類型的電動汽車，電池組成方式可能不一樣，有的電芯是片狀的，有的是圓柱形的。
例如下圖的電池就是由很多個圓柱電池組成的，組裝后成為一個電池包整體裝到車上。串聯加并聯，一輛車的電池包可能包含上千個電芯，很壯觀。
這些電芯放電工作時都是發熱源，如果控制不好就會導致電池包溫度過高，燃燒起來。所以及時將這些熱量散出去，就極其重要。
散熱方式有的是通過風冷，用風扇對著電池包吹，優點是散熱結構相對簡單，缺點是從前往后的散熱效果會越來越差。
空氣剛進入電池包時，溫度比較低，散熱效果好。但是空氣邊流動邊吸熱，溫度慢慢就升高了，流到后面已經是熱空氣了，散熱效果肯定會下降。
另一種方式是通過液冷散熱，費用比風冷高，但液體的熱容和換熱能力比空氣厲害多了。用了液冷，有的要在風扇的基礎上再加個泵，抽著冷卻液循環轉起來。有的可能還會加壓縮機和換熱器，例如家用空調。不同品牌和類型的電動汽車，電池包散熱結構可能都會有些不同，有自己的設計和巧思在里邊。
本案例仿真模擬的電池包，它的散熱方式是：這8個塊是電池，底部板是導熱板，左邊的長方形是散熱翅片簡化后的多孔介質。電池上面和側面部分都是絕熱的，下面與導熱板相連，熱量先傳給導熱板，然后導熱板再傳給前面的翅片。在電池和翅片中間有風扇，對著翅片向左吹，就將熱量散了出去。
展開 