CN115214349A - 用于电动车的冷却***和电动车 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种用于电动车的集成动力传动组件和集成电子组件的冷却***，所述集成动力传动组件包括电动机、机械地联接于所述电动机的减速器和电连接至所述电动机和所述集成电子***的逆变器，所述冷却***包括一个冷却回路，该冷却回路构造成使得冷却介质流经其中，且使得所述冷却介质分配至所述集成动力传动组件和集成电子组件以冷却所述两个组件中的全部构件。本申请还涉及一种包括前述冷却***的电动车。

Description

用于电动车的冷却***和电动车
技术领域
本申请之各实施方式大体地涉及一种用于电动车的集成动力传动组件和集成电子组件的冷却***和相应的电动车。
背景技术
设计和制造省油、低排放车辆的趋势已经大大增加，这一趋势是由于对环境的关注以及燃料成本的增加而必然导致的。这种趋势的最前沿是电动车的发展，例如纯电动车(BEV，Battery Electric Vehicle)、混合动力车(HEV，Hybrid Electric Vehicle)、插电式混合动力车(PHEV，Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、增程式电动车(Range extendedEV)、燃料电池车(FCEV，Fuel Cell Electric Vehicle)等，这些电动车结合了相对高效的内燃机和电动马达。电动车可以包括产生热量的组件，尤其是传动***，而热量积聚过多会导致性能下降或组件损坏。特别地，用于大功率电动车，例如，功率大于30kW的BEV，尤其是对于电子组件，例如车载充电器(OBC,On-board Charger)、DC/DC转换器和电源分配单元(PDU,Power Distribution Unit)以及对于动力总成***中的不同构件的冷却解决方案将会是较为复杂且将耗费较高成本。
由此，亟需至少以高效率、低成本以及简单的结构提供对用于电动车的动力总成***的冷却设计的改善。
发明内容
本申请的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本申请的实践而得知。
在一个示例性方面，提供了一种用于电动车的集成动力传动组件和集成电子组件的冷却***，所述集成动力传动组件包括电动机、机械地联接于所述电动机的减速器和电连接至所述电动机和所述集成电子***的逆变器，所述冷却***包括一个冷却回路，该冷却回路构造成使得冷却介质流经其中，且使得所述冷却介质分配至所述集成动力传动组件和集成电子组件以冷却所述两个组件中的全部构件。
在一些实施例中，所述冷却***还包括对流机构，该对流机构用于通过在电动车行驶时由于车速而产生的空气流，通过在停车时的自然空气流冷却和/或通过配备有冷凝器的风扇产生的空气流来冷却所述集成动力传动组件和集成电子组件。
在一些实施例中，所述冷却***还包括多个第一散热片，这些散热片可以布置于容纳所述电动机和减速器的壳体的外表面上，用于朝着所述集成动力传动组件的外部进行散热。
在一些实施例中，所述冷却回路包括流体湍流通道，所述流体湍流通道由布置于散热盖件的内表面上的冷却鳍片所形成，所述散热盖件构造成至少通过接触所述冷却介质以冷却所述逆变器的至少一个功率开关构件。
在一些实施例中，所述散热盖件的外表面上布置有多个第二散热片用于通过对流来进行散热。
在一些实施例中，所述冷却回路包括贮存部，所述贮存部位于所述减速器中且构造成用于留存冷却介质且将所述冷却介质提供给所述电动机和减速器中的多个旋转构件以及容纳所述电动机和减速器的壳体经由接触所述冷却介质来进行散热。
在一些实施例中，所述冷却回路包括多个喷嘴，位于所述集成动力传动组件，用于将所述冷却介质喷散至所述电动机、减速器和容纳所述电动机和减速器的壳体的内壁来进行散热。所述冷却回路还包括多个冷却通道，构造成使得所述冷却介质流经至少下述构件之一：所述逆变器，所述电动机和所述集成电子组件中的构件来进行散热。
在一些实施例中，所述集成电子组件包括连接至外部电源的车载充电器、DC/DC转换器和/或电源分配单元。
在一些实施例中，所述冷却***还包括泵构件，所述泵构件构造成使得所述冷却介质循环流经所述冷却回路，所述泵构件是连接至所述集成动力传动组件的机械泵或电子泵。
在一些实施例中，所述集成电子组件相对分离于所述所述集成动力传动组件，通过至少位于所述所述集成动力传动组件外部的管路与所述冷却回路流体连通。
在一些实施例中，所述冷却介质为超低粘度油。
在另一个示例性方面，提供了一种电动车，该电动车包括前述的冷却***。
参考以下描述，本申请的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入于本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本申请的实施例，且连同所述描述一起用于解释本申请的原理。
附图说明
本说明书中针对所属领域的技术人员来阐述本申请的完整和启发性公开内容，包括其最佳实施方式，本说明书参考了附图，在附图中：
图1是根据本申请的一个示例性实施例的用于电动车的集成动力传动组件和集成电子组件的冷却***的示意图。
图2是根据本申请的另一个示例性实施例的用于电动车的集成动力传动组件和集成电子组件的冷却***的示意图。
图3是根据本申请的示例性实施例的于动力传动组件中的冷却回路的示意图。
图4A和图4B是根据本申请的示例性实施例的逆变器的散热盖件的示意图。
具体实施方式
现将详细参考本申请的实施例，在图中说明本申请的实施例的一个或多个实例。每个实例是为了解释本申请而提供，而非限制本申请。实际上，所属领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下可在本申请中进行各种修改和变化。举例来说，说明或描述为一个实施例的一部分的特征可与另一实施例一起使用以产生再一实施例。因此，希望本申请涵盖此类修改和变化，所述修改和变化处于所附权利要求书及其等效物的范围内。如本说明书中所使用，术语“第一”、“第二”等可互换使用以区分一部件与另一部件而并非意图表示各个部件的位置或重要性。术语“包括”，“包括”和“具有”旨在是包括性的，并且意味着除列出的要素外可能还有其他要素。
现在参考附图，其中在所有附图中相同的数字表示相同的元件，图1示出了本申请的用于电动车的集成动力传动组件10和集成电子组件20的冷却***100的较佳实施方式。示出的动力传动组件10总体由逆变器11、电动机12和减速器13集合而成，由此，形成单一之组件。
电动机12可以是同步电动机，或是异步电动机。当电动机12是同步电动机时，其可包括绕线转子或永磁转子。对于48V至400V的标称电源电压，或者对于可以高达800V之更高的功率，由电动机提供的峰值功率可以在10KW至80KW之间，例如40KW的量级。在电动机适用于高压电源的情况下，由该电动机提供的标称功率可以是25KW。在所示的实施例中，电动机12是具有永磁体的同步电动机，其提供在10KW至80KW之间的峰值功率。电动机12可以包括具有三相绕组的定子，或者包括两个三相绕组或五相绕组的组合。
减速器13与电动机12机械地相联。减速器13可以将电动机12的可以将电动机的高速、低转矩转换成低速、高转矩。减速器13可以包括两个或两个以上减速齿轮，例如其中一个齿轮由电动机所驱动，从而通过减速来增加扭矩。减速器13还可以包括传动轴，例如中间轴，其可连接至为电动机之驱动轴所驱动的一齿轮和另一具有较大直径的齿轮，从而将减速的驱动力分配给一从动机械负载(未示出，例如从动车轮轴)。
在示出的实施例中，电动机12和减速器13被设计为具有高的热容。逆变器11通过电线附接到电动机12，并且机械地附接到电动机12的壁或减速器13的壁或电动机12和减速器13的壁。逆变器11将由标称电压的电能的电能存储单元(未示出)提供的直流电(“DC”)转换为用于电动机12的交流电(“AC”)。逆变器11可以包括至少一个功率开关装置，功率开关装置可以例如是场效应晶体管(“FET”)、金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”)或绝缘栅双极型晶体管(“IGBT”)。在额定电源电压为48V的情况下，功率开关装置可以是MOSFET晶体管。在电源电压对应于高电压的情况下，功率开关装置可以是IGBT。
请参考图1，集成电子组件20可以包括OBC，和/或DC/DC转换器，和/或PDU。OBC通常应用于BEV且连接至一外部电源。DC/DC转换器是一种功率电子设备，其可以将例如由电池电源提供的直流输入电压转换为一定幅度的直流输出电压，DC/DC转换器可以应用于包括BEV在内的各种电动车。PDU是一种高压电源，可以将电池电量分配给车辆的高压组件。
本申请所涉及的冷却***可以确保，于车辆行驶中和停车阶段中，集成动力传动组件10和集成电子组件20的温度将保持在所期望的范围内。
请参考图1和图2，冷却***100,100’可以包括风扇130以及装配于该风扇的冷凝器120。该风扇可以提供朝着所述集成动力传动组件10和集成电子组件20的空气流以通过对流实现冷却。在一些实施方式中，在车辆行驶中，可以通过由车速所产生的空气流或者是在停车阶段中，可以通过自然空气流来实现风冷。
冷却***100,100’还可以包括多个第一散热片140，这些散热片140可以布置于容纳所述电动机12和减速器13的壳体14的外表面上，用于朝着所述集成动力传动组件的外部进行散热。
请继续参考图1和图2，电动机12和减速器13可以容纳在一个一体成型的壳体14中。散热片140用于朝集成动力传动组件之外部散热。散热片由壳体14之外表面所承载。这些散热片140可以与壳体一体地形成。这些散热片增加了壳体外表面之面积，从而提升了借由壳体14对动力传动组件进行散热的效果。壳体14的整个外表面可以设置有散热片140。散热片140可以成排地布置，且相邻各排之间可以存在有恒定的或非恒定的间距。各个排可以具有相同的方向，也可以不具有相同的方向。
在所示出的实施例中，冷却***100,100’还可以包括提供有冷却介质流过的冷却回路110,110’，用于将冷却介质分配到整个集成动力传动组件10和集成电子组件20中。
在冷却回路110,110’中流动的冷却介质可以是具有超低粘度的油。这种超低粘度油在40℃时的运动粘度值将小于40，而在100℃时的运动粘度值将小于10。利用这种超低粘度油，经由冷却回路110,110’，使其流经至整个动力传动组件10和集成电子组件20中，可以以较低的压降更有效地润滑和冷却包含在这些组件中的所有构件。
在冷却回路110,110’中流动的油可以通过泵构件传送。泵构件可以控制油以所需的流速流经冷却回路110,110’，进一步地，使得油可以在运行过程中自动地流过动力传动组件10和集成电子组件20而对其进行冷却和润滑，并且使得油循环的流动在冷却回路110,110’中。在一些实施方式中，泵构件可以是电子泵，集成电子组件20的OBC可以为该电子泵提供运行所需的电源。在一些实施方式中，如果所述集成电子组件20中未设置OBC，那么可以考虑在该冷却***中设置机械泵。
如图1和图2所示，泵构件是电子泵30，该电子泵装配于所述动力传动组件10，特别地，如图3所示，与动力传动组件10中的位于减速器13的较低部分的贮存部113流体地连通。该电子泵30可以在停车阶段继续运行。在电子泵30运行时，油将从动力传动组件10被泵送至集成电子组件20，然后流回至动力传动组件10。在一些实施方式中，如果使用的是机械泵，那么机械泵将由一驱动轴，例如中间轴所驱动，该机械泵将在车轮旋转时运行。
油大致上先由电子泵30被传送至逆变器11，然后通过至少位于动力传动组件10之内部的管路进入集成电子组件20。如图2所示，油还通过位于然后通过至少位于动力传动组件10之外部的管路40被传送至集成电子组件20之中。集成电子组件20中的构件，例如：DC/DC转换器、OBC、PDU，可以为冷却回路之位于集成电子组件20中的部分所冷却。
有关逆变器11的冷却，请参考图4A和4B，冷却回路110,110’可以包括由逆变器11提供的流体湍流通道115。具体地，流体湍流通道115由多个冷却鳍片116构成，这些冷却鳍片116布置在散热盖件15的内表面151用于冷却逆变器11中的功率开关器件，例如IGBT。冷却鳍片116可以由导热材料，例如铝制成。在一些实施方式中，冷却鳍片116可以具有呈片状、柱状、条状等，如图所示，各冷却鳍片116大致呈柱状，且成排地布置在散热盖件15的内表面151，各排大致平行地间隔开。在一些实施方式中，各冷却鳍片116以高密度全部或部分地分布在流体湍流通道115中，由此，可以减小各冷却鳍片116之间的间隙，从而可以提升冷却鳍片116周遭的流体流量，产生湍流和局部流速的增加，进而提升对例如IGBT的功率开关器件的冷却性能。功率逆变器11的诸如IGBT的功率开关器件可以直接地接触在流体湍流通道115中流动的油，从而可以提高散热热阻。请继续参考图4A和4B，还可以在散热盖件15的外表面152上布置有第二散热片117从而可以经由对流进行散热。环境空气，以及来自风扇130的空气，可以流过这些散热片117以实现所期望的冷却。
油接着被传送至容纳有电动机12和减速器13的壳体14中。如图3所示，通过壳体14中的管路50来传送油，在一些实施方式中，可以利用设置在管路50上的喷嘴51来将管路50中的油喷洒至壳体14之内壁，以及在喷洒至壳体之内壁之前先喷洒至电动机12和减速器13之诸如齿轮、轴承等旋转构件上，从而实现主动润滑与散热。在一些实施方式中，可以设置专用的冷却通道52使得油可以流经电动机12的定子主体、定子绕组和转子，以及电子组件20中的电子构件。请继续参考图3，在图示的实施方式中，可以在定子和转子之间设置若干径向通道从而将油从转子传送到定子。可以在定子外周面上设置环形通道，在图示的实施方式中，该环形通道设置在靠近定子的一轴向端部处，该环形通道与各径向通道流体地连通，从而可以将油分配至定子的外周面。进一步地，可以在定子地外周面设置若干轴向通道，这些轴向通道与所述环形通道流体地连通，从而可以使得油流过定子的整个外周面，由此，电动机12可以与所述的专用的冷却通道52中的油直接地接触从而得到进一步的冷却。
请继续参考图3，冷却回路110,110’可以包括贮存部113，该贮存部113可以位于减速器13的较低的部位，用于接收从喷嘴51喷洒而落的油和从专用的冷却通道52流出的油，以及用于留存着油，并且用于保留有必要的油以确保在动力传动组件10内部的用于润滑和冷却的油的最小流量。同时，贮存部113中的油允许随着减速器13的各个齿轮的旋转而被溅向壳体14以及周遭的需要被冷却的构件。
通过如上所述的构造，在行驶中或是在停车时，动力传动组件和集成电子组件，至少包括DC/DC转换器、逆变器11、电动机12和减速器13，可以为一个连续的油回路所冷却。其次，逆变器的散热盖件提供了双面冷却或散热片，即：其一用于油回路之湍流的生成，其二用于风冷，也就是，引入空气冷却以进一步提升散热。另外，风扇与冷凝器的布置也可以确保有足够的空气流用于风冷。
本说明书使用实施例来公开本申请，包括最佳实施例，并且还使所属领域的技术人员能够实践本申请，包括制造和使用任何装置或***以及执行任何所并入的方法。本申请的可获专利的范围由权利要求书限定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实施例。如果此类其它实施例包括并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求范围内。

Claims (12)

1.一种用于电动车的集成动力传动组件(10)和集成电子组件(20)的冷却***(100,100’)，所述集成动力传动组件(10)包括电动机(12)，机械地联接于所述电动机的减速器(13)和电连接至所述电动机和所述集成电子***(20)的逆变器(11)，所述冷却***包括：
一个冷却回路(110,110’)，构造成使得冷却介质流经其中，且使得所述冷却介质分配至所述集成动力传动组件(10)和集成电子组件(20)以冷却所述两个组件中的全部构件。
2.根据权利要求1所述的冷却***，还包括：
对流机构，用于通过在电动车行驶时由于车速而产生的空气流，通过在停车时的自然空气流冷却和/或通过配备有冷凝器(120)的风扇(130)产生的空气流来冷却所述集成动力传动组件(10)和集成电子组件(20)。
3.根据权利要求1所述的冷却***，还包括：
多个第一散热片(140)，布置于容纳所述电动机(12)和减速器(13)的壳体(14)的外表面上，用于朝着所述集成动力传动组件(10)的外部进行散热。
4.根据权利要求1至3任一项所述的冷却***，其特征在于：
所述冷却回路(110,110’)包括流体湍流通道(115)，所述流体湍流通道由布置于散热盖件(15)的内表面(151)上的冷却鳍片(116)所形成，所述散热盖件(15)构造成至少通过接触所述冷却介质以冷却所述逆变器(11)的至少一个功率开关构件。
5.根据权利要求4所述的冷却***，其特征在于：
所述散热盖件(15)的外表面(152)上布置有多个第二散热片(117)用于通过对流来进行散热。
6.根据权利要求1至3任一项所述的冷却***，其特征在于：
所述冷却回路(110,110’)包括贮存部(113)，所述贮存部(113)位于所述减速器(13)中且构造成用于留存冷却介质且将所述冷却介质提供给所述电动机(12)和减速器(13)中的多个旋转构件以及容纳所述电动机(12)和减速器(13)的壳体(14)经由接触所述冷却介质来进行散热。
7.根据权利要求1至3任一项所述的冷却***，其特征在于：
所述冷却回路(110,110’)包括：多个喷嘴(51)，位于所述集成动力传动组件(10)，用于将所述冷却介质喷散至所述电动机(12)、减速器(13)和容纳所述电动机和减速器的壳体(14)的内壁来进行散热；和多个冷却通道(52)，构造成使得所述冷却介质流经至少下述构件之一：所述逆变器(11)，所述电动机(12)和所述集成电子组件(20)中的构件来进行散热。
8.根据权利要求1所述的冷却***，其特征在于：
所述集成电子组件(20)包括连接至外部电源的车载充电器、DC/DC转换器和/或电源分配单元。
9.根据权利要求1所述的冷却***，还包括：
泵构件(30)，构造成使得所述冷却介质循环流经所述冷却回路(110,110’)，所述泵构件是连接至所述集成动力传动组件(10)的机械泵或电子泵。
10.根据权利要求1所述的冷却***，其特征在于：
所述集成电子组件(20)相对分离于所述所述集成动力传动组件(10)，通过至少位于所述所述集成动力传动组件(10)外部的管路(40)与所述冷却回路(110,110’)流体连通。
11.根据权利要求1所述的冷却***，其特征在于：
所述冷却介质为超低粘度油。
12.一种电动车，包括权利要求1至11任一项所述的冷却***。
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