小議新能源汽車驅動電機冷卻技術的發(fā)展

戴興武

摘要：社會經(jīng)濟不斷發(fā)展下，汽車已逐漸成為人們的主要代步工具，但汽車尾氣排放會給環(huán)境帶來嚴重污染，基于這一背景，新能源汽車應運而生。新能源汽車的動力來源是電力，減少對石油、天然氣等不可再生能源的消耗，緩解我國資源短缺的現(xiàn)象。但就現(xiàn)階段新能源汽車應用情況來看，長時間工作后汽車驅動電機會出現(xiàn)發(fā)熱情況，如何快速冷卻驅動電機，是新能源汽車發(fā)展中面臨的難題。本文就此展開探究，以期為相關企業(yè)提供參考。

關鍵詞：新能源汽車;驅動電機;冷卻技術

引言：

新能源汽車不再使用石油作為動力來源，緩解了尾氣排放對環(huán)境的壓力，進一步實現(xiàn)汽車低排放甚至零排放的構想。但在新能源汽車電動機運行過程中，容易產生一定熱量，如不能及時將熱量進行疏散，可能會引發(fā)電動機運行問題，甚至導致安全事故的發(fā)生。因此，研究人員對此展開探究，將電動機運行維持在溫度較為穩(wěn)定的條件下，不僅有效降低了熱量升高對電動機的影響，也在一定程度延長了新能源汽車驅動電機的使用年限。

一、新能源汽車驅動系統(tǒng)設計

現(xiàn)階段而言，我國相關部門意識到新能源汽車開發(fā)與應用的重要性，積極與新能源汽車制造企業(yè)展開合作，在共同設計的基礎上，制定出了一系列新能源汽車驅動系統(tǒng)設計應遵循的標準，不僅有效提高了新能源汽車驅動電機的設計合理性，也減少了因設計科學性缺失而導致的一系列安全問題。新能源汽車的驅動電機設計標準是在原有設計方案的基礎上進行改進，通過加大對基礎類、產品類、和通用類等方面的研究力度，進一步完善設計框架。在此過程中，相關部門應加大對驅動電機系統(tǒng)效果性能的檢測力度，如重點監(jiān)測接口與互換性，在確保試驗方法合理的情況下，降低系統(tǒng)運行噪聲，提高電磁兼容性[1]。另一方面，相關部門還需結合新能源汽車的綜合特性，制定新能源汽車制造的通用標準，為其他新能源汽車制造企業(yè)提供發(fā)展參考，促進該行業(yè)的整體發(fā)展。

科學技術的進步促進了新能源汽車驅動電機系統(tǒng)設計方面的創(chuàng)新，設計人員在原有功能的基礎上，豐富了電機的結構與形式，賦予了驅動電機新的功能。以新型永磁無刷電機為例，設計人員將其雙定子型、記憶型等電機應用優(yōu)勢進行整合，并以此展開研究，為驅動電機研發(fā)出新的功能。新型驅動電機不僅能將有限空間進行高效利用，降低高結構材料的損耗，還具有驅動靈活的特點，充分發(fā)揮新能源汽車的應用優(yōu)勢。受此啟發(fā)，設計人員還可對驅動系統(tǒng)的鐵心材料進行置換，用非晶合金代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硅鋼片，從而有效提高驅動電機的應用效果，使其具備低碳、環(huán)保的雙重優(yōu)勢，以此來降低甚至消除汽車廣泛應用對環(huán)境造成的污染，為我國環(huán)保工作提供助力。

二、新能源汽車驅動電機冷卻技術

（一）材料設計方面的冷卻技術

新能源汽車是高科技技術下的產物，其電池、電動機制作過程都涉及到了許多高新技術，包括其車身材料在內，也需要高新技術的支持才能完成制作。就材料層面而言，新能源汽車材料選取對重量提出了嚴格要求，選取輕質材料進行車身制作，在合金、復合材料等優(yōu)質輕型材料的組合下，新能源汽車車身結構得以優(yōu)化，自身質量也減輕40%左右，這一改變有效降低了驅動電機運行所消耗的能量，從根本上避免電機過熱的問題。新能源汽車輪胎多采用高彈滯材料，將其制作成高氣壓子午線輪胎，這樣的輪胎轉動過程所承受的阻力較少，約為普通輪胎的1/2，與此同時，設計人員還對汽車底部進行流線化設計，將其行駛所受空氣阻力降低的到原來的一半，從而降低汽車行駛對能源的消耗，達到減輕驅動電機工作壓力的目的。

（二）部件選型方面的冷卻技術

新能源汽車的冷卻系統(tǒng)結構與傳統(tǒng)型汽車的冷卻結構相似，主要應用到散熱器、水泵與風扇等部件，要提高電機驅動冷卻系統(tǒng)的應用效果，設計人員還需從部件選型方面入手，優(yōu)化電機驅動系統(tǒng)的部件選型設計，不僅要保證其應用質量，還需對成本消耗、空間布局等進行充分考慮，提高冷卻系統(tǒng)部件的匹配性，提高新能源汽車驅動系統(tǒng)的應用水平。

首先是散熱器的選擇，設計人員應結合散熱器在冷卻系統(tǒng)中的應用效果，提高對其選型工作的重視程度。散熱器的作用對象是冷卻水，在散熱器工作下，冷卻水的溫度逐漸下降，達到一定水平后由水泵進行循環(huán)，重新投入應用。為提高散熱器工作效率，設計人員可選用管帶式散熱器作為驅動冷卻系統(tǒng)的組成部分，這類散熱器中設置有波浪形散熱翹片，還配備了扁平水管，二者經(jīng)由焊接相連，使氣流受百葉窗配置影響而出現(xiàn)紊亂，從而達到提升散熱器應用效果的目的。除此之外，管帶型散熱器成本較低，能在一定程度上為相關企業(yè)節(jié)約制造成本。水泵是驅動電機冷卻系統(tǒng)中必不可少的循環(huán)裝置，在水泵的作用下，冷卻水才能完成強制循環(huán)，為驅動電機的應用安全提供保障[2]。傳統(tǒng)汽車運行過程中，發(fā)動機的轉速會使水泵運行受到影響，因此無法充分發(fā)揮應用效果，但新能源汽車彌補了這一弊端，研究人員使用無刷直流電水泵，完成了對傳統(tǒng)水泵的結構優(yōu)化，提高水泵的運行效率，也有效避免了電機轉速對水泵應用效果的影響。結合這一特點，新能源汽車能根據(jù)實際需求對水泵運行進行控制，降低能源損耗，提高汽車行駛安全性。作為驅動電機冷卻系統(tǒng)三大組成部分之一，風扇在新能源汽車安全行駛中占據(jù)著極其重要的地位。在進行風扇選型設計過程中，設計人員首先要考慮風扇提供的風量大小，確保其能支持冷卻系統(tǒng)正常運行，同時還要保證風力大小足以克服阻力。風扇對散熱器芯部覆蓋率的大小影響散熱器工作效果，因此對風扇直徑大小進行選型是，還要確保其對散熱器芯部覆蓋率達到相關標準的要求，是散熱器能夠正常運行。另一方面，設計人員還可為風扇增設護風罩，降低回流對散熱器運行的影響。結構方面，可選擇帶有金屬嵌件的復合型塑料風扇，不僅能減少成本損耗，也能有效降低安裝難度。部件選型中根據(jù)風扇與水泵的運用可將其分為風冷與水冷兩大類，風冷散熱的電機會使用自帶同軸風扇，使機體內部形成內風路循環(huán)或外風路循環(huán)，利用風扇帶來的風量達到冷卻電機的目的。而水冷散熱的電機，會使用管道和通路將冷卻液引入定子或轉子空心導體內部，在冷卻液循環(huán)流動下，電機轉子和定子產生的熱量能隨水消散。躍嶺公司為適應汽車綠色發(fā)展時代主題，面向未來新能源汽車產業(yè)而積極投資研究新能源開發(fā)項目。依靠自身品牌及資源優(yōu)勢，推出了22寸輕量化水冷旋壓鋁合金卡巴輪轂，完成新能源汽車冷卻技術的創(chuàng)新與完善。與水冷相同，油冷也是現(xiàn)階段新能源汽車電機冷卻中常用的一種冷卻劑，冷卻油的靈敏熱平衡力較強，熱傳導能力也優(yōu)于傳統(tǒng)水冷，能將引擎處維持在最佳工作溫度。再加上油冷電動機的工作溫度區(qū)間較為寬泛，能有效防止沸騰開鍋現(xiàn)象，提高冷卻系統(tǒng)工作效率。油冷電機環(huán)境適應力強，及時在低溫環(huán)境下也不用添加防凍劑輔助冷卻，還能有效降低氣蝕、水垢、電解等腐蝕概率，與橡膠管也有良好的相容性。

（三）溫度控制方面的冷卻技術

促進驅動電機高效運行是新能源汽車的重要發(fā)展目標，但在效率提升過程中，驅動電機的溫度也會迅速上升，從而導致電機故障的出現(xiàn)，同時也會增加電力消耗量，造成額外的能源損耗。為了降低電機溫度，設計人員注重于提高冷卻水的應用效果，對水泵、風扇等部件的應用時長管控有所欠缺，以至于設備運行耗電量明顯上升，也無法達到良好的冷卻效果。基于這一點，設計人員應從熱量控制與能源節(jié)約雙重角度進行分析，確定驅動電機的最優(yōu)冷卻溫度，并將其溫度控制在最優(yōu)冷卻溫度區(qū)間內，在節(jié)約電能的同時，也能起到冷卻驅動電機的作用。調查研究發(fā)現(xiàn)，驅動電機冷卻溫度不同，那么新能源汽車對電量的消耗也會呈現(xiàn)不同變化，通過對新能源行駛過程中耗電總量的變化幅度進行調查分析可知，當環(huán)境溫度高于40°C時，驅動電機的冷卻值較小，相應的，耗電量也維持在較低水平，當環(huán)境溫度低于40°C時，已知車輛行駛耗電量較小，那么系統(tǒng)溫度也應該隨環(huán)境溫度而降低，從而可以判斷，新能源汽車驅動電機最佳冷卻溫度應為40°C。但考慮到新能源汽車的應用條件存在差異，適合其工作環(huán)境的最佳溫度也會產生一定變化，設計人員應結合新能源汽車的實際應用情況，判斷驅動電機的最佳冷卻溫度，并為電機溫度超出可控范圍的情況提出有效解決措施，冷卻水溫度控制策略是控制驅動電機溫度的有效方法，設計人員通過對比最佳冷卻溫度與冷卻水實際溫度，計算出較為準確的差值，并以差值為依據(jù)，控制冷卻系統(tǒng)中的水泵，將其運作效率維持在合理范圍，從而減少冷卻水與最佳冷卻溫度之間的溫度差，最終達到降低驅動電機溫度的目的。當驅動電機處于最佳冷卻溫度時，其工作效率會維持在較高的狀態(tài)，設計人員可依據(jù)溫度控制，向車輪處的傳輸電池進行能量輸出，輸出量大約為66.1%左右。接著按照水泵定排量控制措施的指導，再向車輪傳輸60.5%的電池能量，達成提高冷卻系統(tǒng)工作效率的目的[3]。這就要求相關設計人員充分了解冷卻水溫度控制這一方法，對驅動電機溫度進行有效控制，降低其運行過程中的能力損耗，實現(xiàn)優(yōu)化系統(tǒng)效率的構想。

（四）能量管理方面的冷卻技術

與傳統(tǒng)型汽車不同，新能源汽車主要依靠蓄電池儲蓄電量，再經(jīng)其作用驅動汽車行駛。為保證汽車行駛效果，不僅要求蓄電池為新能源汽車提供足夠的動力，其比能量與比功率也應保持在較高水平。除此之外，為減少蓄電池的更換頻率，選取新能源汽車的蓄電池時需對其使用年限進行調查，盡可能選取使用壽命長的蓄電池進行應用。另一方面，為控制驅動電機溫度，也為了確保蓄電池應用效果，設計人員應對新能源汽車中的蓄電池進行系統(tǒng)化的管理。新型技術的推動下，汽車制造業(yè)不僅完成了汽車動力來源的革新，還為新能源汽車增設了能量管理系統(tǒng)，在該系統(tǒng)的職能管理下，新能源汽車的應用效果獲得了明顯提升。。在新能源汽車蓄電池能量管理過程中，設計人員需對車輛運行全過程進行監(jiān)控，重點關注其子系統(tǒng)運行，及時發(fā)現(xiàn)車輛運行過程中存在的問題，并提出針對性的改進意見。蓄電池相關設備故障可能會導致驅動電機無效做功，不僅無法充分發(fā)揮新能源汽車的良好形成，反而會造成額外的能源消耗，使驅動電機溫度上升，甚至出現(xiàn)安全事故，給用戶生命安全造成威脅。針對這一問題，新能源汽車制造企業(yè)在蓄電池能量管理系統(tǒng)開發(fā)與試行過程中，可建立起完善的系統(tǒng)模型，對其管控效果進行詳細記錄，并交由專業(yè)人士分析其運行中存在的問題與弊端，提高系統(tǒng)運行效率;另一方面，企業(yè)可在新能源汽車開發(fā)過程中適當引用微處理器，將其作為核心電子控制單元，提高蓄電池能力管理系統(tǒng)工作效果，降低驅動電機溫度過高帶來的風險，為新能源汽車的應用與發(fā)展提供有效助力。

下表1是現(xiàn)階段已開發(fā)出新能源汽車的冷卻技術應用情況，可為新能源汽車冷卻技術的發(fā)展提供實例參考：

結束語：

結合全文可知，新能源汽車在我國擁有良好的發(fā)展趨勢，但驅動電機冷卻技術水平不高是其發(fā)展過程中的重大阻力。新能源汽車制造企業(yè)結合常用電機類型，更新驅動電機設計方式，從材料方面入手，降低驅動電機冷卻系統(tǒng)的降溫效果;還要嚴格控制運行溫度，確保汽車行駛中不會因驅動電機溫度過高發(fā)生事故;最后要提高蓄電池能量管理效果，為汽車安全行駛提供保障，也為我國新能源汽車的應用與發(fā)展奠定基礎。

參考文獻：

[1]朱培培，臧金環(huán).新能源汽車熱管理技術發(fā)展趨勢分析[J].汽車文摘，2021（05）：32-38.

[2]高銀橋.新能源汽車驅動電機冷卻技術的發(fā)展現(xiàn)狀研究[J].內燃機與配件，2020（12）：249-250.

[3]郭少杰，王軍雷，夏天，呂惠.基于專利分析的新能源汽車驅動電機冷卻技術發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].汽車文摘，2020（05）：8-12.