摘要：本文主要对论纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制进一步分析了解。新能源汽车产业作为我国汽车工业的发展战略，能够有效地解决日益严峻的能源危机与环境污染问题。
关键词：纯电动客车；驱动电机；冷却系统；控制；现状
引言：
纯电动客车因具有零排放、低噪音等突出特点也成为各大客车生产商着重发展的车型。纯电动客车驱动电机作为汽车唯一的动力源，其可靠性直接影响着电动汽车的性能。为了防止由于温度过高的原因使得电机永磁体产生退磁现象，甚至影响到电机及其控制器的寿命和整车安全性，驱动电机及其控制系统的温度控制显得尤为重要。因此，对纯电动客车驱动电机冷却系统进行合理的匹配并制定科学有效的控制策略具有重要工程实际意义。
一、纯电动客车发展现状
随着国家对新能源汽车产业的大力推广，补贴优惠政策相继出台，推动了我国纯电动汽车行业的发展，各大汽车企业纷纷制定新能源汽车发展规划，电动汽车产品产销量逐年稳步提升，纯电动客车现已成为我国城市公交、中短途客运、观光旅游等众多领域备受关注的新兴产品。
纯电动汽车所使用的驱动电机主要可分为：直流电机、异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机。早期电动汽车大多采用直流电机作为能量转换装置，直流电机具有控制容易、调速方便、技术较为成熟等优点，但是机械结构较为复杂，其瞬时过载能力较差，长时间工作损耗较大，维护成本高，运转时电刷易使转子产热，并产生高频电磁干扰。异步电机主要由定子、转子、端盖、轴承基座风扇等几部分组成。相对于永磁同步电机其突出优点是成本低、制造简单、转速范围广、可靠性强、维修方便。但由于异步电机的转速与其旋转磁场转速有一定的转差关系，其调速性能较差。开关磁阻电机作为一种新型驱动电机，其结构简单、转速范围广、整个转速范围内效率高、系统可靠性高、兼有直流、交流两种电机的优点。其缺点是存在转矩脉动，转子上的转矩有一系列脉冲转矩的叠加，因双凸极结构和磁路饱和非线性影响，合成转矩有一定的谐波分量，影响开关磁阻电机的低速性能。永磁同步电机（PMSM）具有结构坚固、功率密度大、电机效率高、转矩密度高、控制精度高、良好的转矩平稳性及低振动噪声的特点。在新能源汽车驱动方面具有很高的应用价值。其缺点是永磁体成本高、对温度敏感，在温度较高时会产生不可逆的退磁现象影响其使用性能。
二、电动汽车驱动电机冷却系统简述
根据冷却系统所选用冷却介质不同，驱动电机的冷却形式可以分为风冷和液冷两种方案。风冷可分为自然风冷和强迫风冷。液冷方案常用水、油等作为冷却液。由于纯电动客车驱动电机安装位置特殊，风冷不能满足其散热需求，目前普遍采用液冷方式，包括油冷和水冷；冷却油的导热系数及热容量均小于水，且成本较高。因此，纯电动客车驱动电机多采用冷却液冷却的形式。冷却液的主要成分为：乙二醇、防腐蚀添加剂、抗泡沫添加剂、水。在电机机壳体中设计出水道结构，通过冷却液在水道中的流动与机壳进行换热从而实现冷却功能。根据电机水道布置方式的不同有以下四种结构方案：螺旋结构、半螺旋结构、圆周结构、轴向结构。由于电动客车驱动电机散热环境的特殊性，电机的温度控制对冷却系统有较高的要求。因此，结合电机布置方案和电动车行驶工况，设计有效的冷却系统和控制策略对于驱动电机工作可靠性显得尤为重要。
三、冷却系统设计与参数匹配
1.冷却系统设计要求
为避免驱动电机发生永磁体退磁现象，并保证电机在整车运行过程始终保持在一定的温度范围内，冷却系统的研究受到各大整车生产商的重视。冷却系统需要满足下列条件：（1）具有足够的冷却能力，能有效防止电机及其控制器过温；（2）工作时能耗较低、能量利用率高；（3）冷却系统因体积小、重量轻、布置灵活、安装方便；（4）部件成本较低、维修方便、寿命长；（5）控制方便、响应快速；（6）良好的NVH特性、工作噪音低。
2.冷却水道结构设计要求
冷却水道设计对电机的散热效果起到决定性作用，在水道结构设计过程中应遵循下列几点要求：（1）水道内表面光滑，冷却介质的沿程阻力要小；（2）尽可能少的水道弯角，局部阻力要小；（3）水道截面形状要尽可能一致，便于生产加工；（4）所选材料要有较大的传热系数，热交换效率高；（5）水道的设计不应影响到电机壳体的强度；（6）冷却液与电机及其控制器的接触面应该尽可能大；
3.散热器选型分析
散热器作为汽车冷却系统中重要的部件，其主要作用是将冷却液的热量通过热交换的形式将热量传递到周围空气中，以降低冷却液的温度，使其可以在下一循环中继续工作。目前常用的散热器主要由芯部、进水室、出水室组成。按照芯部结构不同可以分为管片式和管带式两种散热器。具体结构如下图所示；
管片式芯部由多根水管及散热翘片构成，水管由扁管和圆管之分，由于在相同的横截面积下，扁管具有表面积更大、气流阻力更小等优点。散热翘片不仅增加了散热面积，同时也增加了扁管的强度；圆管通常用于铝制散热器芯部。目前车辆上使用最为常见的类型为管带式散热器，其综合散热性能相较于管片式更为突出，通过扁平式水管和波浪形散热翘片整体焊接而成。在相同的条件下，相比于管片式散热器，管带式散热器的散热面积可以增加12%。而且翘片上的圆孔具有扰断气流、提高散热效率的作用。与此同时其成本相比管片式下降15%，多用于乘用车和客车上。
四、控制系统分析
冷却系统的性能在很大程度上依赖于系统的控制策略。为了使纯电动客车驱动电机能够始终处于最佳的工作状态，需要将其温度控制在合适的范围内，冷却系统在这一过程中起着至关重要的作用。冷却系统既要保证电机及其控制器温度不能过高而影响其使用性能，还需要考虑到冷却系统在工作过程中的能量消耗，提高能量利用率。依据不同的模式确定需求的循环水泵和散热风扇的转速，再由相应的控制器对循环水泵和散热风扇的转速进行控制，根据水泵和风扇的转速流量特性曲线，确定出相应的冷却液流量与空气流量，进而影响散热器的散热强度，改变冷却液温度，控制电机及其控制器的温度在规定范围内。
结束语：
综上所述，驱动电机作为纯电客车唯一的动力源，其可靠性直接影响着整车的可靠性。驱动电机及其控制系统在使用过程中所产生的热量如果不能及时散出，将会对电机的使用性能产生不良影响，甚至影响电机使用寿命及整车安全性。因此，对纯电动客车驱动电机冷却系统进行合理的匹配并制定科学有效的控制策略具有一定的意义。
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论文作者:韩志锋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：电机论文; 冷却液论文; 客车论文; 系统论文; 永磁论文; 水道论文; 散热器论文; 《基层建设》2019年第19期论文;