43 新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、熱管理技術(shù)、控制策略及檢測(cè)維修

公司總裁 2025-04-30

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電機(jī)冷卻系統(tǒng)的功能

?驅(qū)動(dòng)電機(jī)與控制器為什么需要冷卻？

電動(dòng)汽車(chē)在驅(qū)動(dòng)與回收能量的工作過(guò)程中,驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子鐵芯、定子繞組在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生損耗，這些損耗以熱量的形式向外發(fā)散，需要有效的冷卻介質(zhì)及冷卻方式來(lái)帶走熱量，保證電機(jī)在一個(gè)穩(wěn)定的冷熱循環(huán)平衡的通風(fēng)系統(tǒng)中安全可靠運(yùn)行。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量而使其溫度上升，當(dāng)溫度上升到一定程度時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的絕緣材料會(huì)發(fā)生本質(zhì)的變化，最終使其失去絕緣能力。同時(shí)也會(huì)使驅(qū)動(dòng)電機(jī)中的永磁體退磁，金屬構(gòu)件強(qiáng)度和硬度逐漸下降。而且，電機(jī)控制器在工作過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生大量的熱使其升溫，如果溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器中的半導(dǎo)體結(jié)點(diǎn)燒壞、電路損壞，甚至燒壞元器件從而引起電機(jī)控制器失效。為了避免新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)部件因過(guò)熱而損壞，需要冷卻系統(tǒng)對(duì)其工作溫度進(jìn)行控制。冷卻系統(tǒng)分布在汽車(chē)前機(jī)艙，通過(guò)管路與驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器相連。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

電機(jī)及控制系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)主要由冷卻液、膨脹水箱、電動(dòng)水泵、散熱器、冷卻風(fēng)扇、冷卻循環(huán)管路等組成。

1.電動(dòng)水泵電動(dòng)水泵的作用是對(duì)冷卻液加壓，保證其在冷卻系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)。水泵是整個(gè)冷卻系統(tǒng)唯一的動(dòng)力元件，負(fù)責(zé)為冷卻液的循環(huán)提供機(jī)械能。根據(jù)控制方式的不同，電動(dòng)水泵主要有電磁離合器式電動(dòng)水泵和電子控制式電動(dòng)水泵，純電動(dòng)汽車(chē)上多使用的是電子控制式電動(dòng)水泵。

2.散熱器

由進(jìn)水室、出水室、散熱片及散熱器芯等四部分構(gòu)成。冷卻液在散熱器芯內(nèi)流動(dòng)，氣在散熱器外通過(guò)。熱的冷卻液因向空氣散熱而降溫，冷空氣則因吸收冷卻液散出的熱量而升溫。

3.冷卻風(fēng)扇

通常與散熱器安裝在一起，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)吸進(jìn)空氣，并使空氣通過(guò)散熱器的電子部件。其作用是通過(guò)提高流經(jīng)散熱器的空氣流速和流量，來(lái)增強(qiáng)散熱器的散熱能力，加速冷卻液的冷卻過(guò)程。

1.冷卻液

具有防腐蝕、防水垢和防凍的作用，可使冷卻系統(tǒng)始終處于最佳工作狀態(tài)。冷卻液由水、防凍劑和添加劑三部分組成。根據(jù)防凍劑成分的不同，冷卻液可分為酒精型、甘油型和乙二醇型等。其中，乙二醇易溶于水，可與水以任意比例混合，形成各種冰點(diǎn)的冷卻液。乙二醇型冷卻液還添加了少量抗泡劑、防腐劑等綜合添加劑，具有沸點(diǎn)高、泡沫傾向低、黏溫性能好、防腐、防垢等特點(diǎn)，是目前應(yīng)用較廣泛的冷卻液。

4.儲(chǔ)液罐

冷卻液儲(chǔ)液罐采用特殊塑料制成，有極好的耐化學(xué)性、耐腐蝕性，用來(lái)儲(chǔ)存冷卻系統(tǒng)由于熱膨脹而多余的冷卻液，并在系統(tǒng)工作之初補(bǔ)充冷卻液。

5.冷卻循環(huán)管路

冷卻循環(huán)管路多用橡膠制成，可承受0.3MPa以上的壓力，用以連接冷卻系統(tǒng)各部件。

電機(jī)溫度升高會(huì)造成的故障

驅(qū)動(dòng)電機(jī)冷卻系統(tǒng)的熱管理技術(shù)

電機(jī)在工作過(guò)程中，繞組產(chǎn)生的熱量和各種機(jī)械部件摩擦產(chǎn)生的熱量都會(huì)使電機(jī)溫度升高,溫度過(guò)高會(huì)直接影響電機(jī)的使用性能和壽命。

?驅(qū)動(dòng)電機(jī)與控制器的冷卻系統(tǒng)有哪些類(lèi)型？

驅(qū)動(dòng)電機(jī)的冷卻方式主要就兩種方式，即液冷和風(fēng)冷，其中液冷包括油冷和水冷。

(1)風(fēng)冷

用空氣作為媒介使需要冷卻的物體溫度降低的方式。

水冷電機(jī)主要靠電機(jī)外殼上的散熱鰭片，靠流動(dòng)的空氣散熱。常規(guī)電機(jī)可以在轉(zhuǎn)子上集成風(fēng)扇，強(qiáng)制散熱。

在汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)上受限于防塵防水的要求，并不能實(shí)現(xiàn)，所以這種冷卻方式效率較低，一般用于低功率電機(jī)上。

(2)液冷

以高比熱容的液體為傳輸介質(zhì)，將新能源汽車(chē)設(shè)備產(chǎn)生的熱量帶走，使之冷卻的方式。

??水冷

水冷電機(jī)就是把電機(jī)外殼掏空，然后往里注入冷卻液，通過(guò)冷卻液循環(huán)管路進(jìn)行散熱。

??油冷

油冷電機(jī)是在電機(jī)內(nèi)部注入絕緣油液，通過(guò)噴淋?飛濺的方式讓油液可以直接接觸到電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子，熱量可直接傳遞到油液里，高溫油液在通過(guò)熱交換器，把熱量傳到冷卻液里，通過(guò)散熱器釋放掉，這種冷卻方式，效率最高。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)冷卻系統(tǒng)的控制策略

一、工作原理

驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)是先冷卻電機(jī)控制器再冷卻驅(qū)動(dòng)電機(jī)，經(jīng)散熱器和相關(guān)的冷卻循環(huán)管路回到儲(chǔ)液罐中。一般電機(jī)控制器的溫度不超過(guò)80℃，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的溫度不超過(guò)120℃。驅(qū)動(dòng)電機(jī)冷卻系統(tǒng)采用的是強(qiáng)制循環(huán)式水冷卻，其使用電動(dòng)水泵提高冷卻液的壓力，強(qiáng)制冷卻液在電動(dòng)水泵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器、散熱器之間循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)熱交換來(lái)降低驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)主要部件的溫度。具體工作過(guò)程如下：電子水泵將儲(chǔ)液罐中的冷卻液泵入電機(jī)控制器；電機(jī)控制器對(duì)冷卻液進(jìn)行冷卻后，冷卻液從出水口流入電機(jī)外殼水套，吸收電機(jī)的熱量后冷卻液隨之升溫；隨后冷卻液從電機(jī)的出水口流出經(jīng)過(guò)冷卻管路流入散熱器，在散熱器中冷卻液通過(guò)流經(jīng)散熱器周?chē)目諝馍岫禍?；最后冷卻液經(jīng)散熱器出水管返回電動(dòng)水泵，如此往復(fù)循環(huán)。為了使散熱器熱量散發(fā)的更加充分，一般需要在散熱器后面加裝電驅(qū)動(dòng)的散熱風(fēng)扇提高空氣流動(dòng)增加散熱。

二、控制策略

冷卻系統(tǒng)的控制效果主要通過(guò)溫度采集模塊和執(zhí)行模塊實(shí)現(xiàn)，執(zhí)行模塊包括風(fēng)扇控制和水泵控制，當(dāng)啟動(dòng)車(chē)輛時(shí)，主繼電器控制水泵繼電器，使水泵工作，加快冷卻液的流動(dòng)。溫度采集模塊主要采集電機(jī)控制器的溫度、電機(jī)的溫度，當(dāng)其中任何一項(xiàng)的溫度達(dá)到溫度閾值時(shí)，主控制器都會(huì)通過(guò)控制風(fēng)扇的高低速繼電器是風(fēng)扇輸出合適的控制量。

電路控制基本原理圖如下（具體車(chē)型具體分析，下圖僅以某車(chē)型電路原理圖展示）。

冷卻風(fēng)扇與電動(dòng)水泵工作條件（不同車(chē)型略有區(qū)別）：

1）電動(dòng)水泵控制：?jiǎn)?dòng)車(chē)輛時(shí)電動(dòng)水泵開(kāi)始工作（即組合儀表的OK/READY燈點(diǎn)亮)

2）冷卻液水溫：40°風(fēng)扇低速轉(zhuǎn)；大于55°風(fēng)扇高速轉(zhuǎn)。

3）電機(jī)控制器基板溫度（IPM）：53°風(fēng)扇低速轉(zhuǎn)；大于67°風(fēng)扇高速運(yùn)轉(zhuǎn)，大于85°報(bào)警

4）IGBT溫度：58°風(fēng)扇低速轉(zhuǎn)；大于75°風(fēng)扇高速轉(zhuǎn)；大于90°限制功率輸出；大于100°報(bào)警。

5）電機(jī)溫度：80°風(fēng)扇低速轉(zhuǎn)；大于115°風(fēng)扇高速轉(zhuǎn)。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)溫度控制策略表:

驅(qū)動(dòng)電機(jī)冷卻系統(tǒng)的檢測(cè)維修

驅(qū)動(dòng)電機(jī)冷卻系統(tǒng)的檢測(cè)主要包括冷卻液檢查、散熱器檢修、電動(dòng)水泵檢修和冷卻液管路檢修。

1.冷卻液檢查

(1)檢查冷卻液液位正常冷卻液液位應(yīng)位于儲(chǔ)液罐的上、下刻度線之間。冷卻液過(guò)高時(shí)應(yīng)排放出多余的冷卻液，過(guò)少時(shí)應(yīng)補(bǔ)加相同型號(hào)的冷卻液。一般不允許將不同型號(hào)的冷卻液混合使用，以免因加注的冷卻液化學(xué)成分不同引起不良化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致冷卻液嚴(yán)重變質(zhì)。

(2)檢查冷卻液品質(zhì)

打開(kāi)儲(chǔ)液罐檢查冷卻液表面是否有油脂、污垢沉淀或是否生銹。檢查軟管出口是否有腐蝕過(guò)后呈現(xiàn)的白色沉積物。若有，則說(shuō)明需要更換冷卻液。

2.散熱器檢修

(1)檢查散熱器的密封性

將散熱器測(cè)壓器加裝在儲(chǔ)液罐上檢測(cè)其壓力，一般壓力值要達(dá)到98kPa，并且壓力能夠保持1～2min。若壓力達(dá)不到要求或壓力值雖然能達(dá)到要求但立即下降，說(shuō)明散熱器有漏氣現(xiàn)象。對(duì)于漏氣不嚴(yán)重的，可利用錫焊焊修，漏氣嚴(yán)重則需更換新件。

(2)檢查散熱片

檢查散熱片是否變形，若散熱片變形嚴(yán)重會(huì)影響散熱效果。需用細(xì)木棒削成一字形，給變形的散熱片整形。

3.電動(dòng)水泵檢修

檢查電動(dòng)水泵相關(guān)電路是否工作正常，若水泵電路存在異常，需對(duì)電動(dòng)水泵相關(guān)電路進(jìn)行檢修，以免驅(qū)動(dòng)電機(jī)冷卻系統(tǒng)溫度過(guò)高導(dǎo)致電驅(qū)部件損壞。檢查電動(dòng)水泵本體是否有裂紋，損壞等情況，若有，應(yīng)更換新的電動(dòng)水泵。檢查電動(dòng)水泵插接器和管路接口是否有漏液、插接器損壞等情況，若有損壞應(yīng)及時(shí)更換新的電動(dòng)水泵。對(duì)車(chē)輛進(jìn)行上電，等待電動(dòng)水泵工作之后檢查電動(dòng)水泵工作是否有異響，若有異響也應(yīng)更換新的電動(dòng)水泵。

4.冷卻液管路檢修

檢查冷卻液管路是否出現(xiàn)裂紋、老化、腐蝕等現(xiàn)象。若存在，需更換冷卻液管路。

附圖（電機(jī)常見(jiàn)故障模式及對(duì)應(yīng)處理方法）:

驅(qū)動(dòng)電機(jī)冷卻系統(tǒng)的維修案例

案例一比亞迪秦儀表報(bào)動(dòng)力系統(tǒng)故障及風(fēng)扇常轉(zhuǎn)

故障現(xiàn)象：一輛2014款秦車(chē)輛行駛一段時(shí)間后儀表報(bào)動(dòng)力系統(tǒng)故障，散熱器風(fēng)扇常轉(zhuǎn)，用ED400檢測(cè)故障碼為：P1B0300 IGBT 過(guò)溫告警。
原因分析：
1、電機(jī)冷卻系統(tǒng)防凍液不足或有空氣；
2、電機(jī)散熱器堵塞；
3、電機(jī)電動(dòng)水泵不工作；
4、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制及 DC 總成本身故障；
5、相關(guān)線路故障等；
維修過(guò)程：
1、檢查冷卻液正常沒(méi)有空氣，電機(jī)散熱器也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有堵塞現(xiàn)象；
2、檢查電動(dòng)水泵時(shí)發(fā)現(xiàn)電動(dòng)水泵不工作；檢查電動(dòng)水泵插頭C17-3針腳搭鐵正常，C17-1針腳沒(méi)有12V電壓，故障點(diǎn)基本落實(shí)，重點(diǎn)排查冷卻水泵繼電器的工作狀態(tài)；
3、繼電器電源經(jīng)過(guò)F2/9-7.5A保險(xiǎn)，水泵電源經(jīng)過(guò)F1/12-10A保險(xiǎn)，檢查F2/9-7.5A保險(xiǎn)及F1/12-10A保險(xiǎn)12V電壓正常；上0K檔在檢查冷卻水泵繼電器K1-2-85針腳水泵輸出信號(hào)正常；檢查冷卻水泵繼電器K1-2-86針腳有時(shí)有電，有時(shí)無(wú)電，再仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)前艙配電盒冷卻水泵繼電器K1-2-86針腳內(nèi)部松動(dòng)導(dǎo)致繼電器間歇性不工作；（偶發(fā)性故障）
4、更換前艙配電盒故障排除。

維修小結(jié)：線束問(wèn)題根據(jù)電路原理圖逐個(gè)插接件、保險(xiǎn)進(jìn)行檢查。

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