3.7 电动机和控制器的冷却（课件）-《新能源汽车结构与检修》同步精品课堂（人交版）

单元三 电动汽车电机驱动系统 3.7 电动机和控制器的冷却 《新能源汽车结构与检修》（人交版） 人民交通出版社 专题复习讲练测 1 学习目标 知识目标 1.学生能够准确说出电动机常见的冷却方式，包括自然冷却、强迫风冷、液体冷却等，并阐述其工作原理和特点。 2.掌握主电动机控制器的主要冷却方式，如空气冷却和水冷却，理解不同冷却方式在散热效率、成本、适用场景等方面的差异。 能力目标 1.培养学生的观察能力，通过观察实际的电动机和控制器冷却系统，让他们能够识别不同的冷却方式，并分析其优缺点。 2.提高学生的分析和解决问题的能力，让他们能够根据具体的应用场景和需求，选择合适的电动机和控制器冷却方式。 情感目标 1.培养学生对工程技术的兴趣和热爱，让他们认识到电动机和控制器冷却在实际应用中的重要性。 2.增强学生的环保意识，引导他们思考如何在满足冷却需求的同时，降低对环境的影响，例如选择高效节能的冷却方式。 导入情景 01 一、电动机冷却方式 电动机常见的冷却方式有风冷和液冷。采用风冷方式较为常见,如一些小型电动机、交流电动机、开关磁阻电动机、异步电动机等:液冷方式主要用在一些永磁电动机。从理论上讲,几乎所有的电动机既可以采用风冷也可以采用液冷最大的区别主要体现在电动机的设计用途和功率密度上。 新知学习 02 一、电动机冷却方式 如果车辆安装空间自由度较大,通风情况良好电动机的质量要求不是很苛刻,可以采用风冷电动机。为了节约车辆空间,缩小电动机的体积,降低电动机的质量,提高电动机的功率,可采用液冷方式。 新知学习 02 一、电动机冷却方式 多数电动汽车尤其是大功率电动汽车一般采用液冷电动机。液冷电动机需要增设额外的电动水泵和散热器等装置来为电动机提供冷却。这增加了额外功耗,使结构较为复杂,且布置和安装要求较高。 新知学习 02 液冷电动机 二、主电动机控制器冷却方式 主电动机控制器与电动机的冷却方式一样,也有风冷和液冷之分。在外观上,风冷的控制器体积要较液冷的控制器体积大,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。车载电动机控制器的冷却方式主要取决于电动机的冷却方式。一般情况下,这两者均可采用相同的冷却方式进行冷却。 新知学习 02 主动式液冷冷却系统 三、其他控制装置 系统控制器除了有主电动机控制器(简称控制器)外还有若干小功率的 DC/DC 或者 DC/AC 逆变器。其中 DC/DC 将高压直流转变为低压直流,为低压电路供电或者为低压蓄电池充电;DC/AC 逆变器则产生交流电来驱动空调压缩泵电动机、动力转向泵电动机、制动泵电动机和冷却泵电动机。 新知学习 02 DC/DC逆变器的结构 三、其他控制装置 控制装置一般允许最高温度为60~70C而最佳工作环境温度在4~50C。周围环境的温度较高时很容易达到其允许温度限值。因此,这些装置都要有自身附带的散热设备,对其温度进行控制,需要做的就是选择合适的安装位置,并预留必要散热空间。 新知学习 02 高压集成控制器 四、电动机和控制器的冷却要求 电动机和控制器的最高允许温度和冷却方式有所不同,因而冷却要求略有差别。对于风冷电动机及控制器来说,只能从本身的设计上进行改善,如增加散热面积、增加必要的强制通风设备等,这些要求在电动机设计的时候就被提出。在安装时,设备必须安装在开放位置或者通风良好的环境下。 新知学习 02 比亚迪e6车型驱动电机冷却系统原理图 四、电动机和控制器的冷却要求 而对于液冷的电动机和控制器来说,需要对电动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动机内部,即电流流过定子绕组时产生的铜损耗,在铁芯内当磁通变化时所产生的铁损耗，轴承摩擦所产生的机械损耗及附加损耗。电动机产生的热量.首先通过传导方式传送到电动机的外表面,然后借辐射和对流作用将热量从电动机外表面散发到周围冷却介质中去。电动机的冷却情况决定了电动机的温升,温升又直接影响电动机的使用寿命和额定容量。电动机的冷却介质一般选用水、防冻液或油等。 新知学习 02 四、电动机和控制器的冷却要求 为了保证冷却效果,电动机和控制器的安装位置尤为重要,为保证冷却液的顺畅,通常会将电动机安装设计成有一定的倾角的布置方式,位置较低的水口作为进水口,位置较高的水口为出水口。而控制器内部由于设计较为特殊,为了避免散热不均对内部产生影响,一般采用控制器生产厂家要求的安装方式,通常采用水平安装图3-24 所示为某大型电动客车电动机及控制器布局图。 新知学习 02 四、电动机和控制器的冷却要求 由于电动汽车采用一套液冷设备,因此,对于电动机和控制器而言,要想获得最佳的冷却效果,冷却液的流向十分重要。如图3-25 所示冷却液的流向是从散热水箱下部出来后,经水泵后先冷却电动机控制器从电动机控制器流出的冷却液进人电动机的低位进水口,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,使电动机控制器得到整个系统最低温度的冷却液。 新知学习 02 四、电动机和控制器的冷却要求 新知学习 02 四、电动机和控制器的冷却要求 为了保证整个系统的冷却效果和可靠性,上述循环系统的水泵需要在车辆的整个运行期间内连续工作,同时为了节约车载能源,散热水箱的风扇可采用温控风扇,能够根据冷却液的温度控制转速,当冷却液温度较低时,可以关闭散热风扇以节约电能:当循环水温度稍高时,以一个较低的风扇转速对散热水箱进行冷却;当循环水的温度高时,散热风扇全速运行,以获得较大的散热量,维护散热系统的温度不过高。 新知学习 02 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 1： 其他控制装置的冷却要求通常与（ ）有关。 A. 电动机功率 B. 环境温度 C. 控制器类型 D. 设备尺寸 解析：其他控制装置的冷却要求通常与环境温度有关，环境温度高则冷却要求高。电动机功率主要影响电动机的冷却要求，控制器类型主要影响主电动机控制器的冷却要求，设备尺寸不是主要影响因素。答案是 B。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 电动机和控制器的冷却要求主要考虑哪些因素？（ ） A. 功率大小 B. 环境温度 C. 工作时间 D. 以上都是 解析：电动机和控制器的冷却要求需要考虑功率大小、环境温度、工作时间等因素。功率大、环境温度高、工作时间长都可能导致发热量大，需要更高的冷却要求。答案是 D。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 3： 当环境温度升高时，电动机和控制器的冷却要求会（ ）。 A. 降低 B. 不变 C. 升高 D. 不确定 解析：环境温度升高，电动机和控制器的散热难度增大，冷却要求会升高。答案是 C。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 电动机和控制器长时间连续工作时，冷却要求会（ ）。 A. 降低 B. 不变 C. 升高 D. 不确定 解析：长时间连续工作，发热量大且持续，冷却要求会升高。答案是 C。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 5： 对于高功率电动机和控制器，冷却要求通常（ ）。 A. 较低 B. 适中 C. 较高 D. 不确定 解析：高功率电动机和控制器发热量大，冷却要求通常较高。答案是 C。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 6： 为满足电动机和控制器的冷却要求，可以采取的措施有（ ）。 A. 增加散热面积 B. 提高冷却介质流速 C. 优化冷却系统设计 D. 以上都是 解析：增加散热面积、提高冷却介质流速和优化冷却系统设计都可以提高冷却效果，满足冷却要求。答案是 D。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 7： 如果电动机和控制器的冷却不足，可能会导致（ ）。 A. 效率提高 B. 寿命延长 C. 性能下降 D. 成本降低 解析：冷却不足会使电动机和控制器温度过高，可能导致性能下降、寿命缩短甚至损坏。答案是 C。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 8： 良好的电动机和控制器冷却系统可以（ ）。 A. 降低能耗 B. 增加噪音 C. 降低可靠性 D. 提高成本 解析：良好的冷却系统可以保持电动机和控制器在合适的温度下工作，降低能耗，提高可靠性，一般不会增加噪音和提高成本。答案是 A。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 9： 主电动机控制器的冷却方式有哪些？并说明各自的适用场景。 答案：主电动机控制器的冷却方式主要有空气冷却和水冷却。 空气冷却：适用于功率相对较小、散热要求不太高的场合。成本较低，结构简单，维护方便。但散热效果有限，在高温环境下可能无法满足散热需求。 水冷却：适用于功率较大、对散热要求高的场合。散热效率高，能有效控制控制器温度，保证其稳定运行。但系统复杂，成本较高，需要考虑冷却液的循环和泄漏问题。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 10： 其他控制装置一般采用什么冷却方式？为什么？ 答案：其他控制装置一般采用空气冷却或自然冷却。因为其他控制装置通常功率较小，发热量相对较低，空气冷却或自然冷却通常能够满足其散热需求。同时，这样的冷却方式成本低、结构简单，维护方便。 本节课我们深入学习了电动机和控制器的冷却相关知识。首先，在电动机冷却方式方面，我们了解到常见的有自然冷却、强迫风冷和液体冷却等。自然冷却结构简单、成本低，适用于小功率电动机；强迫风冷通过加速空气流动提高散热效果，可用于中等功率电动机；液体冷却散热效率高，适合大功率电动机，但系统复杂且成本较高。接着，我们探讨了其他控制装置的冷却方式，一般采用空气冷却或自然冷却，因为其他控制装置功率较小，发热量低，这样的冷却方式成本低、维护方便。最后，我们明确了电动机和控制器的冷却要求。一是要确保温度在允许范围内，保证正常运行和寿命；二是冷却系统要有足够的散热能力，适应不同工作条件；三是冷却系统要可靠稳定，便于维护检修；四是要考虑成本和空间限制，选择合适的冷却方式。 课堂小结 03 请分别列举三种电动机的冷却方式，并简述其特点。 主电动机控制器常见的冷却方式有哪些？各适用于什么情况？ 其他控制装置一般采用什么冷却方式？为什么？ 简述电动机和控制器的冷却要求。 作业布置 04 感谢观看 $$