电驱动系统冷却技术

一、基本概述

电动车冷却系统包括：电控，电机，变速器，电池，电子水泵，电子风扇，蒸发器等等，是整车热管理系统集大成者

电驱动冷却系统更多是指电控，电机，变速器三大部件，所以，我们这里重点介绍这些相关的冷却系统的基本轮廓结构，一般知识与组成。

▲这是冷却系统原理图，蓝色线路，是驱动系统冷却路线。

二、电驱动冷却系统分类

电驱动冷却系统分类，可以按照几种情况来划分，集中常见类型：

1.BEV电动车基本是变速器油冷，电机电控水冷集成在一起的概念。比如奥迪Etron。

2.BEV电动车变速器，电机，电控采用油冷集成三合一概念，比如：日电产三合一冷却系统：

3.混动系统，变速器，电机油冷集成系统，电控水冷，比如丰田Prius。本田IMMD等等。

4.AVL变速器，电机，电控，分成2路，分别独立油冷系统。

5.自然冷却，在大功率驱动系统中不常见，主要是低速电动车，或者A00级别，功率峰值40kW以下，价格压力很大的车型，会考虑自然冷却。系统效率不高，90%左右，能耗较大。ZD2，五菱Mini，E100等等。

6.强制风冷，特指电机本身带有风扇冷却的系统，这类产品几乎很少见了，考虑风阻损失，与风扇冷却结余来的功率，差别不大，并且，考虑噪音增加，系统NVH因素，在大功率驱动电机中，逐渐边缘化。Volvo早期车型。

三、基本组成介绍

1、纯电水冷电机方案

电机电控水冷集成在一起，如奥迪Etron前驱动电机电控冷却路线：电控—>轴—>前端轴承—>定子水道—>后端轴承

后驱动电机电控冷却路线：电控—>后端轴承—>定子水道—>前端轴承—>轴,与前驱动系统正好反向流动。

变速箱冷却系统：独立与电机电控，红色代表油冷路线。

2、三合一油冷方案

BEV电动车变速器，电机，电控采用油冷集成三合一概念，比如：日电产三合一在广汽 Aion S上批量装配。

2条路冷却系统：

• 低速阶段：EOP驱动冷却液ATF直接淋溅到定子绕组上冷却。

• 中高速阶段：冷却油进入转子轴在离心力作用下，冷却磁钢，同时，飞溅到定子绕组内圈部分。

• 高负载阶段，2路冷却系统一起工作，快速冷却磁钢，绕组。这是电机最热的部分。

2路冷却油都回流到三合一底部油箱，与变速器冷却油汇合在一起。

• 电控冷却可以有2个方案：

方案A：控制器水冷，需要增加一个水泵和一个油冷器（下图1）；

方案B：控制器油冷，需要油泵，此种方案不多，因为冷却油流动性没有水快，粘度与阻力较大，需要很大泵压（下图2）。

混动电动车冷却系统，变速器，电机油冷集成系统，电控水冷，比如丰田Prius 。变速器油冷系统路线图（下图）展示，与电机减速齿轮的接口关系。

下图“红色箭头线”展示了冷却油从变速器到电机空心轴，冷却润滑两端轴承的过程。

下图“黑色箭头线”展示了油泵驱动冷却油穿过空心轴冷却磁钢的过程；并联路线，冷却油直接喷淋定子绕组线圈，进行线圈冷却的过程。

第四代PCU的IGBT双边冷却，提高冷却效率。

• AVL变速器，电机，电控，分成2路，分别独立油冷系统。

最大特点：定子绕组槽内直接冷却

蓝色油路代表MCU与电机一路油冷

红色油路代表减速器一路油冷，强制飞溅冷却。

• 自然冷却，常见车型知豆ZD2，五菱Mini，E100等等，冷却方式主要是自然风冷，通过铝壳外圆的散热筋辐射热量，根据车速可以模拟计算风速，特别，低速，热车启动时，电流很大，扭矩很大，车速又低，几乎没有风，对于电机考验苛刻。

• 强制风冷，很难见到这种车型，电机安装一个风扇强制风冷，早期车型Volvo混动有款西门子电机，还有另外一家也是类似电机，铝壳水冷与冷风共同作用冷却驱动电机，如图1，风扇在轴上，图2，风冷与水冷动态示意图，绿色代表水冷，蓝色代表水冷系统。

四、冷却液基本技术要求介绍

1.  冷却液之一，水 乙二醇的混合制剂，按照一定比例来控制低温不冻结的冰点，高温不沸腾的沸点，调整乙二醇含量，一般情况是50% 50%或者40% 60%比例关系。

2.  油冷液ATF油，具有沸点高，冷凝温度低等特点，不导磁不导电，适合于电动车的高低温工况要求，比如-40度 65度环境温度。

油冷液油品有一定技术要求，与绕组线圈的绝缘物质的兼容性方面，需要考量；另外就是保证油品的清洁度；总结如下：

a)  油冷液在变速器内润滑后，会含有多种金属元素，比如说：Cu，Fe，Si，AL，Ca等等，这些元素与电机材料（Cu，绝缘材料，塑料，橡胶，胶类物质等）的兼容性。试验费用高，时间长。

b)  油冷液在长期使用过程中，容易老化，形成小分子，酸性物质，腐蚀铜导线绝缘材料，损伤电机绕组。

c)  油冷液里面会含有金属磨削物质，直接喷淋到绕组上，是否造成绕组短路，击穿铜导线。

d)  在转子高速转动时冷却油会有气泡产生，评估气泡影响。

e)  对于密封部件的影响，比如橡胶材料在高速磨损后，冷却油对于密封的影响。

五、密封关键技术简要介绍

密封技术在电驱动系统设计中尤其重要，涉及到电驱动系统的可靠性，耐久性。可以分为几个系统：

• 电机冷却水道，油路的密封，电机轴承前后密封；

• 控制器冷却系统密封

• 变速器系统密封

1、案例：奥迪Etron密封技术。

电机密封，采用机械密封结构，由于转子水冷结构，防止水渗透入定子内部，设计了机械密封，可以高速转动，耐磨同时防水，可靠性高耐久性长。

2、电机铝壳水道密封，一般常见是O型密封圈，在前后两边密封。

3、电机铝壳水道密封，采用搅拌摩擦焊接，省略O型橡胶圈（上图）。

4、控制器密封策略，利用O型橡胶沿圆周方向放入铝壳槽里，上下铝壳扣紧，密封。

自动沿着铝壳槽涂满密封剂，然后，盖上上铝壳，锁紧。

密封检验，可以通过静压法测试密封效果，实现在线监测。比如测试条件：

冷却液为水50% 乙二醇50%。额定流量：6L/min-16L/min。控制器入口水温范围-40℃~65℃。冷却水道需能承受绝对压力2.5bar，无渗漏。在额定冷却流量及25℃温下，冷却系统压降应≤0.15bar-0.3bar（参考值）

这篇文章从驱动系统三大总成件电机，电控，减速箱角度，通过具体案例介绍，阐述了驱动系统冷却策略，密封策略，以及冷却液的具体要求，密封检测方法等等，目的只是介绍基本知识，对于所需要的人，可以有所帮助。

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