Вода

Управление температурным режимом предыдущих поколений электромобилей (EV) с высокой удельной мощностью требует стратегии прямого охлаждения, при которой охлаждающая жидкость находится в непосредственном контакте с горячими точками электродвигателя. В синхронном двигателе с постоянными магнитами (СДПМ) концевая обмотка статора и магниты ротора генерируют определенное количество тепла, которое не может быть должным образом охлаждено с помощью обычной водяной рубашки охлаждения. Отсюда развитие технологии прямого охлаждения масла, в которой трансмиссионное масло используется в качестве охлаждающей жидкости для электродвигателя. Эта новая архитектура охлаждения обычно реализует полый вал ротора, по которому течет трансмиссионное масло. Кроме того, отверстия, расположенные по обоим краям вала ротора, позволяют трансмиссионному маслу разбрызгиваться на концевые обмотки благодаря центробежной силе. Система прямого охлаждения масла значительно улучшает теплообмен.

Этот сдвиг не был мотивирован тем фактом, что трансмиссионное масло обладает лучшими охлаждающими свойствами, чем охлаждающая жидкость на водной основе. Напротив, вода часто является идеальной охлаждающей жидкостью из-за ее высокой теплопроводности (в четыре раза по сравнению с маслом), высокой теплоемкости (в два раза) и низкой вязкости. Однако считалось, что полив невозможен по двум основным причинам. Во-первых, охлаждающая жидкость напрямую взаимодействует с электрическими компонентами, где возникают высокие электрические токи и напряжения. Следовательно, требуется, чтобы он имел очень низкую электропроводность, чего преимущественно достигают с помощью смазочных масел. Во-вторых, жидкость непосредственно контактирует с шестернями и подшипниками, поскольку она должна обладать смазывающими свойствами, что дает еще одно преимущество смазочных масел по сравнению с водой.

Все эти аспекты можно улучшить за счет химического состава воды. Нашей целью было разработать инновационную смазку на водной основе, которая обладала бы хорошими смазочными свойствами, сохраняя при этом выдающиеся охлаждающие свойства воды. Наша WBL может удовлетворить все требования к одной жидкости, предназначенной для смазки и охлаждения электропривода (EDU). Использование WBL может даже превзойти смазочные масла по многим характеристикам, особенно с точки зрения воздействия на окружающую среду, что открывает двери для революции в смазочной и автомобильной промышленности.

Компания TotalEnergies разработала процесс моделирования для изучения охлаждения электродвигателей. Различные инструменты моделирования, показанные на рис. 1, позволяют нам комплексно подойти к термическому моделированию электродвигателя.

При формулировании рабочего процесса было выбрано одно рабочее состояние, типичное для карты эффективности электронного двигателя: 6000 об/мин с крутящим моментом 90 Нм. Это соответствует устойчивому движению автомобиля со скоростью 70 км/ч. В рамках архитектуры прямого жидкостного охлаждения сравнивались две жидкости: эталонная смазка на масляной основе и смазка TotalEnergies на водной основе. Система прямого жидкостного охлаждения состоит из полого вала и четырех каналов, расположенных спереди и сзади вала, как показано на рис. 2. Жидкость разбрызгивается на концевые обмотки через четыре канала благодаря центробежной силе, создаваемой вращением ротора. Температура жидкости на входе составляет 60°C, а скорость потока составляет 5 л/мин.

Мы использовали Particleworks, бессеточное программное обеспечение CFD, основанное на моделировании движущихся частиц (MPS). Метод MPS был первоначально предложен профессором Кошизукой для обеспечения гибкого моделирования и симуляции сложных задач с движущимися границами.1 Благодаря своей бессеточной функции он особенно адаптирован для управления сложной геометрией, такой как обмотки электродвигателя или движущиеся части, такие как ротор.

Результаты, показанные на рис. 3 и рис. 4, подтверждают, что смазка TotalEnergies на водной основе обеспечивает лучшее охлаждение электронного двигателя. Для каждой части электронного двигателя было рассчитано значительное снижение температуры от -16% в обмотках до -58% на валу. Даже при очень низком значении вязкости такое снижение температуры не было бы достигнуто при использовании смазочного материала на масляной основе. Превосходная способность воды к теплопередаче позволяет WBL компании TotalEnergies достигать таких выдающихся характеристик охлаждения. Прямое охлаждение с помощью WBL проложило путь к электронному двигателю с более высокой удельной мощностью и оптимизированной стратегии охлаждения.