Переход на масло в управлении температурой электромобиля
Рынок электромобилей продолжает развиваться, причем не только в продажах, но и в технологиях. Важнейшим технологическим аспектом электромобилей является управление температурным режимом различных компонентов, чтобы все работало при оптимальной температуре. Активное охлаждение с помощью хладагентов водно-гликолевого типа является доминирующим способом управления температурой для батареи, но как насчет других компонентов трансмиссии, особенно двигателей и силовой электроники? Эти компоненты также имеют решающее значение для работы электромобиля и имеют свои собственные тепловые требования.
В то время как оптимальная рабочая температура для аккумуляторной батареи аналогична температуре человека (~ 15-30 ° C), у двигателя и силовой электроника значения выше, в процессе работы часто превышает 60 ° C. Чаще всего двигатели и инвертор находятся в отдельном контуре охлаждения от аккумулятора, хотя они могут взаимодействовать чтобы передавать тепло между собой для оптимальной эффективности транспортного средства. То, как отводится тепло внутри двигателя, зависит от производителя, при этом варианты обычно делятся на двигатели с водяным гликолем и/или с масляным охлаждением.
Водяная рубашка(water jacket) — это широко используемый метод, при котором водно-гликолевый хладагент течет в рубашке(отдельном контуре) вокруг статора снаружи. Это помогает охлаждать медные обмотки в статоре, которые генерируют электрические поля, используемые для привода ротора. Альтернативную геометрию водяного охлаждения использует, например, Audi — канал с водяным охлаждением, проходящий через центр ротора, а также водяную рубашку, что обеспечивает более эффективное терморегулирование ротора. Основным ограничением водного гликоля является его электропроводность. Это свойство ограничивает использование вещества в прямом контакте с электрическими компонентами. Здесь на помощь приходит масляное охлаждение.
Традиционные автомобили внутреннего сгорания очень часто используют масла в трансмиссии. Но масло также можно использовать в электродвигателе для непосредственного охлаждения обмоток ротора или статора. Это можно сделать в разных исполнениях, и водяная рубашка может остаться, но главное преимущество заключается в том, что прямой контакт означает более эффективный отвод тепла от внутренних компонентов двигателя, к тому же масло обеспечивает смазку. Если же убрать водяную рубашку, это приводит к уменьшению размера двигателя и, следовательно, к увеличению его мощности. В первой половине 2022 года моторы с масляным охлаждением стали доминирующей формой на рынке электромобилей, заняв 50% рынка.
Недостатком масляного охлаждения является добавление дополнительных компонентов, и, как правило, водно-гликолевый контур все еще существует для отвода тепла от масла и взаимодействия с остальной частью тепловой системы автомобиля. Несмотря на это, преимущества в производительности перевешивают сложность. IDTechEx прогнозирует, что нефть получит еще большую долю рынка, поскольку двигатели с чисто водяной рубашкой останутся в значительной степени.
Инверторы с масляным охлаждением?
В то время как масляное охлаждение в настоящее время является доминирующей системой охлаждения для электродвигателей, инверторные кремниевые IGBT или SiC MOSFET почти всегда охлаждаются водно-гликолевыми пластинами с одной или обеих сторон инверторных модулей. Тем не менее, существует некоторый интерес к прямому масляному охлаждению и инвертора. Поскольку инвертор обычно устанавливается вместе с двигателем в блоке привода, можно предположить, что устранение необходимости в водно-гликолевом контуре в блоке привода упростит всю систему и по-прежнему обеспечит преимущества прямого контакта.
Фактически, был сформирован консорциум, исследующий эту стратегию. Проект называется SingleOilCnL и направлен на разработку систем привода с более высокой плотностью за счет отказа от водно-гликолевой системы и охлаждения двигателя и инвертора непосредственно смазочным маслом. В этот проект входят компании Dana, Diabatix, Lubrizol, Siemens и Flanders Make. Проект стартовал в сентябре 2020 года и завершается в феврале 2023 года.
IDTechEx считает, что это многообещающий подход, тем более что рынок электромобилей продолжает развиваться в сторону более эффективной интегрированной трансмиссии. Хотя сам подход еще не был принят, и не ожидается, что он станет доминирующей стратегией в ближайшем будущем, у него есть перспективы. Прогнозируется, что к 2042 году наземные, морские и воздушные рынки электромобилей будут генерировать 2,6 триллиона долларов США, поэтому, даже если масляное охлаждение займет очень небольшую долю рынка, оно все равно может открыть значительные возможности для разработчиков рецептур и поставщиков материалов.
Источник: IDTechEx
Почти способен синтезировать обратный захват серотонина.
