43 新能源汽车驱动电机冷却系统的结构、热管理技术、控制策略及检测维修

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01

电机冷却系统的功能

❓驱动电机与控制器为什么需要冷却？

电动汽车在驱动与回收能量的工作过程中,驱动电机定子铁芯、定子绕组在运动过程中都会产生损耗，这些损耗以热量的形式向外发散，需要有效的冷却介质及冷却方式来带走热量，保证电机在一个稳定的冷热循环平衡的通风系统中安全可靠运行。

驱动电机在运行过程中会产生热量而使其温度上升，当温度上升到一定程度时，驱动电机的绝缘材料会发生本质的变化，最终使其失去绝缘能力。同时也会使驱动电机中的永磁体退磁，金属构件强度和硬度逐渐下降。而且，电机控制器在工作过程中也会产生大量的热使其升温，如果温度过高会导致驱动电机控制器中的半导体结点烧坏、电路损坏，甚至烧坏元器件从而引起电机控制器失效。为了避免新能源汽车驱动系统相关部件因过热而损坏，需要冷却系统对其工作温度进行控制。冷却系统分布在汽车前机舱，通过管路与驱动电机、电机控制器相连。

02

驱动电机冷却系统的结构组成

电机及控制系统的冷却系统主要由冷却液、膨胀水箱、电动水泵、散热器、冷却风扇、冷却循环管路等组成。

1.电动水泵电动水泵的作用是对冷却液加压，保证其在冷却系统中循环流动。水泵是整个冷却系统唯一的动力元件，负责为冷却液的循环提供机械能。根据控制方式的不同，电动水泵主要有电磁离合器式电动水泵和电子控制式电动水泵，纯电动汽车上多使用的是电子控制式电动水泵。

2.散热器

由进水室、出水室、散热片及散热器芯等四部分构成。冷却液在散热器芯内流动，气在散热器外通过。热的冷却液因向空气散热而降温，冷空气则因吸收冷却液散出的热量而升温。

3.冷却风扇

通常与散热器安装在一起， 运转时吸进空气，并使空气通过散热器的电子部件。其作用是通过提高流经散热器的空气流速和流量，来增强散热器的散热能力，加速冷却液的冷却过程。

1.冷却液

具有防腐蚀、防水垢和防冻的作用，可使冷却系统始终处于最佳工作状态。冷却液由水、防冻剂和添加剂三部分组成。根据防冻剂成分的不同，冷却液可分为酒精型、甘油型和乙二醇型等。其中，乙二醇易溶于水，可与水以任意比例混合，形成各种冰点的冷却液。乙二醇型冷却液还添加了少量抗泡剂、防腐剂等综合添加剂，具有沸点高、泡沫倾向低、黏温性能好、防腐、防垢等特点，是目前应用较广泛的冷却液。

4.储液罐

冷却液储液罐采用特殊塑料制成，有极好的耐化学性、耐腐蚀性，用来储存冷却系统由于热膨胀而多余的冷却液，并在系统工作之初补充冷却液。

5.冷却循环管路

冷却循环管路多用橡胶制成，可承受0.3MPa以上的压力，用以连接冷却系统各部件。

电机温度升高会造成的故障

03

驱动电机冷却系统的热管理技术

电机在工作过程中，绕组产生的热量和各种机械部件摩擦产生的热量都会使电机温度升高,温度过高会直接影响电机的使用性能和寿命。

❓驱动电机与控制器的冷却系统有哪些类型？

驱动电机的冷却方式主要就两种方式，即液冷和风冷，其中液冷包括油冷和水冷。

(1)风冷

用空气作为媒介使需要冷却的物体温度降低的方式。

水冷电机主要靠电机外壳上的散热鳍片，靠流动的空气散热。常规电机可以在转子上集成风扇，强制散热。

在汽车驱动电机上受限于防尘防水的要求，并不能实现，所以这种冷却方式效率较低，一般用于低功率电机上。

(2)液冷

以高比热容的液体为传输介质，将新能源汽车设备产生的热量带走，使之冷却的方式。

🌱水冷

水冷电机就是把电机外壳掏空，然后往里注入冷却液，通过冷却液循环管路进行散热。

🌱油冷

油冷电机是在电机内部注入绝缘油液，通过喷淋➕飞溅的方式让油液可以直接接触到电机的定子和转子，热量可直接传递到油液里，高温油液在通过热交换器，把热量传到冷却液里，通过散热器释放掉，这种冷却方式，效率最高。

04

驱动电机冷却系统的控制策略

一、工作原理

驱动电机系统的冷却系统是先冷却电机控制器再冷却驱动电机，经散热器和相关的冷却循环管路回到储液罐中。一般电机控制器的温度不超过80℃，驱动电机的温度不超过120℃。驱动电机冷却系统采用的是强制循环式水冷却，其使用电动水泵提高冷却液的压力，强制冷却液在电动水泵、驱动电机、电机控制器、散热器之间循环流动，通过热交换来降低驱动电机系统主要部件的温度。具体工作过程如下：电子水泵将储液罐中的冷却液泵入电机控制器；电机控制器对冷却液进行冷却后，冷却液从出水口流入电机外壳水套，吸收电机的热量后冷却液随之升温；随后冷却液从电机的出水口流出经过冷却管路流入散热器，在散热器中冷却液通过流经散热器周围的空气散热而降温；最后冷却液经散热器出水管返回电动水泵，如此往复循环。为了使散热器热量散发的更加充分，一般需要在散热器后面加装电驱动的散热风扇提高空气流动增加散热。

二、控制策略

冷却系统的控制效果主要通过温度采集模块和执行模块实现，执行模块包括风扇控制和水泵控制，当启动车辆时，主继电器控制水泵继电器，使水泵工作，加快冷却液的流动。温度采集模块主要采集电机控制器的温度、电机的温度，当其中任何一项的温度达到温度阈值时，主控制器都会通过控制风扇的高低速继电器是风扇输出合适的控制量。

电路控制基本原理图如下（具体车型具体分析，下图仅以某车型电路原理图展示）。

冷却风扇与电动水泵工作条件（不同车型略有区别）：

1）电动水泵控制：启动车辆时电动水泵开始工作（即组合仪表的OK/READY灯点亮)

2）冷却液水温：40°风扇低速转；大于55°风扇高速转。

3）电机控制器基板温度（IPM）：53°风扇低速转；大于67°风扇高速运转，大于85°报警

4）IGBT温度：58°风扇低速转；大于75°风扇高速转；大于90°限制功率输出；大于100°报警。

5）电机温度：80°风扇低速转；大于115°风扇高速转。

驱动系统冷却系统温度控制策略表:

05

驱动电机冷却系统的检测维修

驱动电机冷却系统的检测主要包括冷却液检查、散热器检修、电动水泵检修和冷却液管路检修。

1.冷却液检查

(1)检查冷却液液位正常冷却液液位应位于储液罐的上、下刻度线之间。冷却液过高时应排放出多余的冷却液，过少时应补加相同型号的冷却液。一般不允许将不同型号的冷却液混合使用，以免因加注的冷却液化学成分不同引起不良化学反应，导致冷却液严重变质。

(2)检查冷却液品质

打开储液罐检查冷却液表面是否有油脂、污垢沉淀或是否生锈。检查软管出口是否有腐蚀过后呈现的白色沉积物。若有，则说明需要更换冷却液。

2.散热器检修

(1)检查散热器的密封性

将散热器测压器加装在储液罐上检测其压力，一般压力值要达到98kPa，并且压力能够保持1～2min。若压力达不到要求或压力值虽然能达到要求但立即下降，说明散热器有漏气现象。对于漏气不严重的，可利用锡焊焊修，漏气严重则需更换新件。

(2)检查散热片

检查散热片是否变形，若散热片变形严重会影响散热效果。需用细木棒削成一字形，给变形的散热片整形。

3.电动水泵检修

检查电动水泵相关电路是否工作正常，若水泵电路存在异常，需对电动水泵相关电路进行检修，以免驱动电机冷却系统温度过高导致电驱部件损坏。检查电动水泵本体是否有裂纹，损坏等情况，若有，应更换新的电动水泵。检查电动水泵插接器和管路接口是否有漏液、插接器损坏等情况，若有损坏应及时更换新的电动水泵。对车辆进行上电，等待电动水泵工作之后检查电动水泵工作是否有异响，若有异响也应更换新的电动水泵。

4.冷却液管路检修

检查冷却液管路是否出现裂纹、老化、腐蚀等现象。若存在，需更换冷却液管路。

附图（电机常见故障模式及对应处理方法）:

06

驱动电机冷却系统的维修案例

案例一 比亚迪秦仪表报动力系统故障及风扇常转

故障现象：一辆2014款秦车辆行驶一段时间后仪表报动力系统故障，散热器风扇常转，用ED400检测故障码为：P1B0300 IGBT 过温告警。
原因分析： 
1、电机冷却系统防冻液不足或有空气； 
2、电机散热器堵塞； 
3、电机电动水泵不工作； 
4、驱动电机控制及 DC 总成本身故障； 
5、相关线路故障等； 
维修过程： 
1、检查冷却液正常没有空气，电机散热器也没有发现有堵塞现象； 
2、检查电动水泵时发现电动水泵不工作；检查电动水泵插头C17-3针脚搭铁正常，C17-1针脚没有12V电压，故障点基本落实，重点排查冷却水泵继电器的工作状态； 
3、继电器电源经过F2/9-7.5A保险，水泵电源经过F1/12-10A保险，检查F2/9-7.5A保险及F1/12-10A保险12V电压正常；上0K档在检查冷却水泵继电器K1-2-85针脚水泵输出信号正常；检查冷却水泵继电器K1-2-86针脚有时有电，有时无电，再仔细检查发现前舱配电盒冷却水泵继电器K1-2-86针脚内部松动导致继电器间歇性不工作；（偶发性故障） 
4、更换前舱配电盒故障排除。

维修小结：线束问题根据电路原理图逐个插接件、保险进行检查。