新能源汽车驱动电机系统热管理技术探究

新能源汽车驱动电机系统热管理技术探究

杨蒙 胡志祥

中汽研汽车检验中心（武汉）有限公司 湖北省武汉市  430056

摘要：随着新能源汽车行业的快速发展，驱动电机系统热管理技术的研究与应用日益受到关注。新能源汽车驱动电机系统在运行过程中会产生大量热量，如果无法及时有效地进行热管理，将会影响电机的性能、寿命和安全。本文旨在探讨新能源汽车驱动电机系统热管理技术，分析各种热管理技术的优缺点，为新能源汽车行业提供技术参考。

关键词：新能源汽车；驱动电机系统；热管理技术

1新能源汽车驱动电机系统热管理技术概述

1.1被动热管理

被动热管理是一种主要依赖自然散热或风冷散热的电机系统热管理技术。在这种方法中，热传导性能和热辐射性能的提高是关键，使得电机系统产生的大量热量能够迅速散发到周围环境中。这种热管理技术因其简单、成本低的优势，在我国得到了广泛的应用。被动热管理技术在某些场景下具有较高的价值。例如，在空间有限的电机系统中，被动热管理技术可以有效减少散热设备的体积和重量，提高系统集成度。此外，被动热管理技术对电机系统的初始投资成本较低，有利于降低整个系统的造价。

1.2主动热管理

①主动热管理的原理与优势。主动热管理主要采用液冷或油冷方式，通过循环冷却液或油来带走电机系统产生的热量。相较于传统的自然冷却方式，主动热管理技术具有以下优势：第一，高热效率：主动热管理技术能够实时监测电机系统的温度，并根据需要进行精确调节，确保电机系统在高效运行状态下工作。第二，满足高功率密度电机需求：随着电机技术的不断发展，电机功率密度不断提高，主动热管理技术能够有效地解决由此带来的热问题，保证电机系统的稳定运行。第三，系统灵活性：主动热管理技术可根据不同电机系统的需求，选择合适的冷却液和热管理系统，实现个性化定制。

2新能源汽车驱动电机系统热管理技术分析

2.1液冷热管理技术

液冷热管理技术在现代电机工程领域中具有重要地位。其独特的冷却效果、大热容量以及高传热系数等优势，使其成为满足高功率密度电机热管理需求的理想选择。液冷热管理技术通过液体介质来实现电机内部热量的迅速传递，有效降低电机运行过程中的温度升高，保障电机的稳定运行。

尽管液冷热管理技术具有诸多优点，但设计与优化液冷系统仍具有一定的复杂性。首先，液冷循环泵的选择至关重要。液冷循环泵负责驱动液冷剂在系统中进行循环，将电机产生的热量带走。因此，选择合适的液冷循环泵是确保液冷系统高效运行的基础。在选择液冷循环泵时，需要考虑泵的流量、压力、可靠性以及维护成本等因素。其次，液冷管路的布置也是液冷系统设计的关键环节。合理的液冷管路布置可以有效降低热阻，提高热传递效率。液冷管路的布置需要充分考虑电机的结构特点、运行环境以及液冷剂的流动特性等因素。在实际应用中，液冷管路的布置方式有多种，如串联、并联以及混合联结等。设计师需要根据具体情况选择合适的布置方式，以实现最佳的热管理效果。此外，液冷剂的选用对液冷系统的性能也有很大影响。液冷剂的选择需要综合考虑其热传导性能、化学稳定性、环保性能以及成本等因素。目前市场上常见的液冷剂有水、乙二醇、丙二醇等。不同类型的液冷剂适用于不同的场景，如水基液冷剂适用于高温环境，而醇类液冷剂则具有更好的防腐蚀性能。因此，根据实际需求选择合适的液冷剂是确保液冷系统高效运行的关键。

2.2油冷热管理技术

首先，油冷热管理技术具有出色的冷却效果，能够在高温环境下迅速降低设备的温度，保证设备的正常运行。其次，油冷热管理技术具有较大的热容量，这意味着它能够吸收和容纳更多的热量，使得设备在长时间运行过程中不会因热量积累而出现过热现象。此外，油冷热管理技术的传热系数高，这意味着它在传热过程中能够更快地将热量从设备表面传递到冷却介质中，提高了冷却效率。与此同时，油冷系统相对简单，易于设计和优化，为工程师提供了更大的自由度，可以根据实际需求调整冷却系统的结构和性能。然而，油冷热管理技术也存在一定的缺陷。最主要的问题是油泄漏的风险。由于油冷系统中的油介质在长时间运行过程中可能会发生老化、分解等现象，导致油泄漏的概率增加。油泄漏不仅会对设备本身造成损害，还可能对环境产生污染，对周围设备和人员的安全带来隐患。在我国，针对油冷热管理技术的研究和应用已经取得了显著的成果，但在油泄漏防控方面仍需加强。为了降低油泄漏的风险，研究人员和工程师们需要不断优化油冷热管理技术，提高系统的可靠性和安全性。此外，还需要加强对油冷系统运行过程中的监测和管理，确保及时发现并处理潜在的问题。

2.3相变材料热管理技术

相变材料热管理技术是一种新兴的热管理技术，其主要原理是利用相变材料在吸热和放热过程中的相变温度变化，以实现电机系统的热管理。这种技术具有热响应快、热容量大等优点，可以有效地调节电机系统的温度，保证其正常运行。

相变材料热管理技术的核心是相变材料的选用和工艺要求。相变材料在吸收热量时，会从固态向液态相转变，释放出潜热；在放热过程中，相变材料会从液态向固态相转变，吸收热量。这一过程可以实现电机系统内部的热平衡，防止过热现象的发生。因此，相变材料的选用至关重要。要求相变材料具有相变温度适中、相变潜热大、热稳定性好、化学性质稳定等特性。在相变材料热管理技术中，工艺要求也是至关重要的。高水平的工艺可以确保相变材料在电机系统中的均匀分布，提高热管理的效率。工艺要求包括相变材料的制备、涂层工艺、固化工艺等，这些工艺都需要严格控制参数，以保证相变材料的热管理效果。尽管相变材料热管理技术具有诸多优点，但成本相对较高。由于相变材料的选用和工艺要求较高，研发和生产成本增加。此外，相变材料热管理技术尚处于发展阶段，产业化程度较低，这也是成本较高的原因之一。

2.4热电材料热管理技术

热电材料是一种具有特殊电子和晶格结构的材料，当温度梯度作用于热电材料时，会产生Seebeck效应。这种效应使得热电材料中的电子在温度梯度下发生迁移，从而产生电势差。利用这一原理，热电材料热管理技术可以将电机系统产生的热量转化为电能输出，实现热量的回收和利用。热电材料热管理技术在电机系统中的应用具有以下优势：①高效：热电材料可以将电机系统产生的热量最大限度地转化为电能，提高能源利用效率。这对于降低能源消耗、减少碳排放具有重要意义。②环保：与传统的制冷剂相比，热电材料热管理技术无需使用氟利昂等对环境有害的物质，有助于减缓全球气候变暖。③紧凑：热电材料热管理技术设备体积小、重量轻，便于安装和维护。④可靠：热电材料热管理技术具有较长的使用寿命，能够适应各种工况环境。

尽管热电材料热管理技术具有诸多优点，但当前研究的重点仍然集中在热电材料的性能优化和成本降低方面。为了实现大规模应用，研究人员需要进一步提高热电材料的转换效率，降低材料成本，以满足电机系统对高效、环保、可靠的热管理技术的需求。

结语：

综上所述，电机系统热管理技术的发展不仅有助于提高电机设备的性能和可靠性，还将对我国的节能减排、绿色环保和可持续发展产生积极影响。未来，随着科技的进步和研究的深入，电机系统热管理技术将不断完善和发展。在此基础上，我国应加大对热管理技术的研究力度，特别是在液冷、油冷、相变材料和热电材料等方面，以满足电机系统在高效率、环保、可靠性和低成本等方面的需求。此外，加强热管理技术在电机系统中的应用推广，有助于我国电机产业的发展，提高我国在全球电机市场的竞争力。

参考文献：

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[2]何洪文,孟祥飞.混合动力电动汽车能量管理技术研究综述[J].北京理工大学学报,2022,42(8):773-783.