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“直触+相变”凌昇动力的直触式蒸发冷却电驱方案

散热是制约永磁同步电机极限功率的关键,现有的电驱冷却通常采用水冷式(非直接与定转子接触换热)、油冷式(直接与定转子接触换热)。水冷无法直接冷却绕组端部,工程师为了提升电机的持续功率开始开发油冷,进一步延展出了槽间冷却、槽内冷却的方案。

但其实还有一种相变热管式(相变热管嵌入定转子内接触换热)形式,其具体原理就是利用相变热管内部形成的气液相变循环,将永磁同步电机在工作时绕组产生的热量均匀传递至表面和外部,大大的减少电机内部热量的堆积。

图片来源:畅能达

那为什么一直没人用呢?主要是是因为相变热管的体积会导致电驱体积过大,不是太符合当前小型化的趋势。凌昇动力(零跑汽车的全资子公司)的这项名为直触式蒸发冷却方案就是采用的可相变冷却介质直接与定转子接触换热,冷却介质气化后,可快速带走热量,实现电驱高效散热冷却,且不会对现有电驱体积造成影响。

其核心就是“直触+相变”双重散热,整个冷却系统靠冷却介质循环实现,核心逻辑是“吸热蒸发→散热液化→循环复用”。

通过泵送组件,将绝缘的可相变冷却介质(如全氟碳类、氢氟醚类),通过喷嘴或流道直接送到电机内部的定转子上。冷却介质接触高温的定转子后,快速吸热部分变成气体(相变过程能带走大量热量,比传统油冷效率高),部分仍为液态。气态冷却介质从电机壳体上部开口排出,液态冷却介质从底部开口排出,一起送到外部的散热器降温,气态介质会重新液化。降温后的液态冷却介质,再通过泵送组件送回电机内部,重复上述过程,形成闭环循环。

专利里设计了多个特色部件来优化散热效果,比如直接把冷却介质送到定转子表面的喷嘴、可复用原有油冷电机的内部流道。还配备了一个调压器调整电机壳体内的气压:高负荷时“减压”:让冷却介质更容易蒸发,保持散热效率;寒冷天气 “增压”:帮助电机快速升温到最佳工作温度。

此方案还需满足两个核心条件,才能保证安全和效果:首先就是绝缘,要避免冷却介质导电,防止电机短路。其次是沸点合适常压下沸点在20℃-150℃,能在电机正常工作温度下实现液态气态的相变。

此外,畅能达提出波纹带相变均热板热管理方案,其是在电机水冷机壳与发热绕组间构建额外热通路,利用高导热率的气液相变循环实现热量快速均匀传递至液冷水套,使绕组最高温度从120.24℃降至65.7℃,温差控制在5℃以内,不仅提升电机20%-30%的极限功率并降低20%制造成本,更通过维持金属部件力学性能延长绝缘层寿命,为新能源汽车电机微型化、高功率密度化发展提供了兼顾安全性与经济性的热管理解决方案。

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凌昇动力蒸发冷却电驱直触式

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