电动汽车结构与原理课件：电动汽车循环冷却技术

电动汽车技术与原理

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页电动汽车循环冷却技术5.1电动汽车循环冷却系统的要求5.2电动汽车循环冷却系统设计步骤5.3电池散热系统5.4电机和控制器散热5.5电机和控制器散热量计算5.6采用液冷的电机控制器和电机动态温升电动汽车技术与原理

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散热循环实例电动汽车技术与原理

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页在电动车实际设计中，要考虑热源的特点，采取相应的冷却方式来满足其使用要求。必须设计一套有效的通风冷却系统，并且综合考虑冷却散热部件的体积、重量、尺寸等问题，使之能够满足车辆的总体使用要求。电动汽车循环冷却系统的设计应不但需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。5.1电动汽车循环冷却系统的要求返回电动汽车技术与原理

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页（1）确定电动汽车主要热源的产生及各种工况下需散热的功率需求。（2）考虑电动汽车运行的环境条件和温度，以及由此对电动汽车散热系统产生的影响。（3）确定车辆内主要热源的散热方式，并按照要求选取合适的冷却形式。（4）进行散热器的设计计算与布置。（5）计算并确定传感器的性能参数，选择或设计加工出性能好、体积小、易于安装的传感器。（6）将各种传感器与电动机制成一个整体，研究合理的安装位置。（7）对于电池，因而还要考虑通风状况及通风方向，防止有害物质入侵乘员空间。（8）必要时需要对所选用的散热部件进行试验。5.2

电动汽车循环冷却系统设计步骤返回电动汽车技术与原理

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页5.3.1铅酸电池5.3.2锂离子电池5.3.3钠硫电池和燃料电池5.3.4其它储能装置5.3

电池散热系统电动汽车技术与原理

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页铅酸电池使用主要集中在低速电动汽车上，而且功率密度较低，续驶里程要求也不高，一般不需要进行强制散热，采取普通的自然通风散热即可满足要求。铅酸电池在使用过程中，特别是对其进行充电的过程中，会产生氢气，氢气属于易燃易爆气体，因而在应用电动汽车上时，除了保证电池安装牢固可靠外，还必须考虑电池的通风系统，避免氢气的聚集而引起事故。铅酸电池的电解液硫酸属于强腐蚀性液体，在电池安装设计时，应考虑电解液泄漏收集和排放装置，避免电解液对车体的腐蚀5.3.1铅酸电池电动汽车技术与原理

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页锂离子电池种类繁多，但是这类电池受温度的影响较大，过高的温度容易使电池电解液分解，引起电池早衰。如果电池温度差别较大，还会引起电池充放电不均衡等问题，因而在应用中均需要强制通风散热。锂电池的散热量相对较低，但是由于在安装和使用过程中，一般将电池做成电池组或电池包。大量锂电池的在一起工作容易产生热量的堆积，影响电池性能，因而对锂电池系统的散热主要是为了避免热量堆积。5.3.2锂离子电池电动汽车技术与原理

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页锂电池组设计5.3.2锂离子电池电动汽车技术与原理

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页电池组风扇散热设计5.3.2锂离子电池风扇位于底部电动汽车技术与原理

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页电池组风扇散热设计5.3.2锂离子电池风扇位于顶部电动汽车技术与原理

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页电池组风扇散热设计5.3.2锂离子电池风扇位于电池组侧部

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页电池的冷却环境规划5.3.2锂离子电池（1）电池安装位置与电机和电机控制器距离不能过远。（2）电池的安装空间要有良好的通风环境。（3）电池组的安装位置应尽可能的高。（4）电池组便于检修和拆卸。电动汽车技术与原理

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页电池箱液体冷却5.3.2锂离子电池电动汽车技术与原理

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页电池箱液体加热5.3.2锂离子电池电动汽车技术与原理

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页钠硫电池需要在高温下才能进行放电，需要一种特殊设备，确保钠硫电池能够稳定处于（300～350）℃条件下。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。常见的应用于电动汽车的燃料电池主要有PEMFC、AFC和PAFC三种，三类燃料电池的温度需求也不尽相同。燃料电池是以燃料的电化学反应发电，其工作温度一般在（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。排热方式有：电池组本体外部冷却法，冷却剂通过电池组内部管道进行循环，电极气体通过外部冷却器进行循环，电解液通过外部冷却器循环等方法。5.3.3

钠硫电池和燃料电池电动汽车技术与原理

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页5.3.4其它储能装置除了前面所介绍的各种电池外，还有空气电池、超级电容器、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。返回电动汽车技术与原理

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页5.4电机和控制器散热5.4.1电机和控制器的冷却方式5.4.2电机和控制器的冷却要求电动汽车技术与原理

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电机和控制器的冷却方式1.电机冷却电动机的冷却方式较多，常见的即为风冷和液冷的方式。采用风冷的方式的电机在目前还是较为常见，一些小型电机、交流电机、开关磁阻电机、异步电机等；而采用液冷的电机主要用在一些永磁电机（如直流永磁无刷电机和交流永磁无刷电机）上。如果车辆安装位置空余，车辆通风情况良好，电机的重量要求不是很苛刻，可以采用风冷电机。为了节约车辆空间，缩小电机的体积，降低电机的重量，提高电机的功率，一般采用液冷的较多。电动汽车技术与原理

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电机和控制器的冷却方式2.主电机控制器冷却主电机控制器与电机的冷却方式一样，也有风冷和液冷的区别。在外观上，风冷的控制器体积要较液冷的控制器体积要大，风冷控制器一般需要装备多个强制散热风扇，进行强制通风。但车载电机控制器的冷却方式主要取决于电动机的冷却方式。一般说来，没有特殊情况，这两者均采用相同的冷却方式进行冷却。电动汽车技术与原理

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电机和控制器的冷却方式3.其他控制装置系统控制器除了有主电机控制器（简称控制器）外，还有几个小功率的DC/DC或者DC/AC逆变器。控制装置一般允许最高温度为（60～70）℃，而最佳工作环境温度在（40～50）℃。周围环境的温度较高时，很容易达到其允许温度。因此，这些装置都有自身附带的散热设备，对其温度进行控制，需要选择合适的安装位置，并预留必要散热空间。电动汽车技术与原理

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页电机和控制器的冷却方式略有不同，一般电机的最高允许温度为（70～80）℃，最佳工作温度为60℃以下；而控制系统一般允许最高温度为（60～70）℃，而最佳工作环境温度在（40～50）℃以下。对于风冷电机及控制器来说，只能从本身的设计上进行改善，例如增加散热面积，增加必要的强制通风设备等，设备必须安装在开放位置或者通风良好的环境下。而对于液冷的电机和控制器来说，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。电机的冷却介质一般选用水、防冻液或油等。5.4.2

电机和控制器的冷却需求电动汽车技术与原理

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页电机和控制器的安装位置5.4.2

电机和控制器的冷却需求电动汽车技术与原理

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页电机和控制器冷却液的流向由于电动汽车采用一套液冷设备，因此，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。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。5.4.2

电机和控制器的冷却需求某电动汽车循环水路布置图返回电动汽车技术与原理

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页5.5电机和控制器散热量计算5.5.1电机控制器的发热量损耗计算5.5.2电机发热损耗计算5.5.3电机和驱动器一体化液冷系统设计电动汽车技术与原理

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页功率模块损耗5.5.1电机控制器的发热量损耗计算冷却系统的耗散功率应与功率模块损耗相平衡，因而电机控制器冷却系统耗散功率可用功率模块损耗来等效。电动汽车技术与原理

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电机发热损耗计算电机的发热损耗机械损耗常数电机冷却系统耗散功率可用电机发热损耗来等效。

电动汽车技术与原理

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页5.5.3

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采用一体化冷却结构，电机和驱动器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系统的发热损耗返回电动汽车技术与原理

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页5.6采用液冷的电机控制器和电机动态温升5.6.1采用液冷的电机和控制器的冷却结构5.6.2热阻等效电路分析5.6.3电机及其驱动器液冷系统参数设计电动汽车技术与原理

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页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。5.6.1采用液冷的电机和控制器的冷却结构电动汽车技术与原理

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页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。5.6.1采用液冷的电机和控制器的冷却结构电动汽车技术与原理

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页5.6.2热阻等效电路分析1.电机控制器热阻等效电路电动汽车技术与原理

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页5.6.2热阻等效电路分析

传导热阻

稳态温度等效热阻电动汽车技术与原理

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页5.6.2热阻等效电路分析2.电机热阻等效电路电动汽车技术与原理

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页5.6.2热阻等效电路分析

稳态温度等效热阻电动汽车技术与原理

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页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，存在着多次弯曲和截面的变化，流体在管道中的流动状态不仅与流体的速度有关，而且与管道的几何尺寸、流体的黏着系数有关，通常用雷诺数来表示流体的状态。实验表明，当雷诺数＞4000时，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。5.6.3

电机及其驱动器液冷系统参数设计电动汽车技术与原理

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页2.流量计算冷却介质的分配与系统各部分的损耗（发热量）相对应，从而使系统各部分的温升较为均匀，避免因局部过热而影响系统的寿命。冷却水在单位时间内流量可由下式计算：在电机和电机控制器一体化冷却系统设计中，注意保持冷却介质流量的分配与系统中各部分损耗的分配相对应，对冷却结构进行详细的流量计算，并在试验中加以修正。5.6.3

电机及其驱动器液冷系统参数设计电动汽车技术与原理

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页3.流阻计算复杂的管道形状变化，如截面突然扩大、缩小、弯曲等，使流体产生涡流、加速或旋转等，都将产生一定的能量损失，这种能量损失可通过流阻来表示。当流体通过管道时，流阻可表示为5.6.3

电机及其驱动器液冷系统参数设计电动汽车技术与原理

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页4.水泵功率计算为维持水流不断地以单位时间流量通过一系列的串、并联的水路，并带走水流动过程中从电机和电机控制器吸收的能量，必须不断地为系统补充能量。对于液冷系统，系通过水泵将机械能转变为水流的能量，维持水系统的循环流动。水泵功率液冷系统中流体的损耗如下式：5.6.3

电机及其驱动器液冷系统参数设计电动汽车技术与原理

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页5.选择合适的散热循环系统通过计算，可以分别得出控制器和电机的散热量，以及