IDTechEx探讨电动汽车中的油式热管理策略

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据外媒报道，在电动汽车中对各种部件进行热管理，以保持最佳运行温度，具有重要意义。使用水乙二醇型冷却剂进行主动冷却，是主要的电池热管理策略；但是，满足传动系统中其他部件的热需求，尤其是电机和电力电子设备，对电动汽车的运行也很关键。

（图片来源：IDTechEx）

电池的最佳工作温度大约在15-30°C，而电机和电力电子设备的运行温度更高，通常在60°C以上。这意味着电机和逆变器通常处于相对于电池的单独冷却回路上，尽管这些部件之间可以相互作用并传递热量，以实现最佳车辆效率。不同制造商对电机内部热量的处理方式各不相同，通常包括水乙二醇式和/或油冷式电机选项。

采用水套是一种常见方法，使水乙二醇冷却剂在定子外部的套管中流动。这有助于冷却定子中的铜绕组，从而产生用于驱动转子的电场。有些制造商采用了交替的水冷式几何结构，例如奥迪在转子中心和水套处使用了水冷通道，从而对转子进行更有效的热控制。水乙二醇的主要局限性在于其具有导电性，无法与电气元件直接接触。因此，油式冷却有了用武之地。

传统的内燃机车辆惯于在变速箱中使用机油进行润滑，在电动汽车中也是如此。然而，在电机中也可以用油来直接冷却转子或定子绕组。这需要一定的几何形状，可能也要保留水套。最重要的优势在于，通过直接接触，可以更有效地除去电机内部组件中的热量，同时提供润滑。如果取消水套，还可能使电机的尺寸更小、功率密度更高。2022年上半年，在电动汽车市场上油冷式电机占据主导地位，约占50%的市场份额。

油冷的缺点在于增加了额外的组件。通常情况下，仍需保留水乙二醇回路，以去除油中的热量，并与车辆热系统的其余部分相互作用。尽管如此，性能优势还是超越了复杂性。据IDTechEx预测，油式冷却的市场份额将逐渐增大，而纯水套冷却电机仍将占据重要地位。IDTechEx的最新报告《2023-2033年电动汽车的热管理》提供了未来10年的预测，并按空气、油或水乙二醇式冷却电机进行细分。

直接油冷逆变器？

目前，电机中主要采用油式冷却策略，而逆变器硅IGBT或碳化硅MOSFET，几乎总是通过逆变器模块一侧或两侧的水乙二醇冷却板来进行冷却。然而，制造商也在关注直接用油来冷却逆变器。逆变器通常与电机一起封装在驱动单元中，因此去除驱动单元中的水乙二醇管可以简化驱动系统，同时在电机和逆变器内提供直接进行油式冷却的优势。

事实上，2020年9月创建的SingleOilCnL项目，旨在通过去除水乙二醇系统，并直接使用润滑油来冷却电机和逆变器，开发更高密度的驱动系统。该项目将持续到2023年2月，参与该项目的包括Dana、Diabatix、Lubrizol、西门子和Flanders Make。

IDTechEx预测，到2042年，电动汽车市场（包括陆地、海洋和空中）的产值将达到2.6万亿美元。因此，即使油冷仅占据很小的市场份额，仍将为材料配方商和供应商提供重要机会。