逆变器热管理系统



浅谈电动汽车热管理系统(TMS)

电动汽车为什么需要热管理系统？

电动汽车的热管理至关重要，影响着性能、可靠性和稳定性。电池、电控系统和电机在最佳工作温度下能发挥最佳性能。温度过低或过高都会导致电池寿命缩短、经济性下降。锂离子电池的理想放电温度是20°C。低于这个温度，电池充电/放电效率降低，续航里程减少，寿命缩短。因此，确保电池迅速加热到工作温度，并在行驶过程中维持在25°C至45°C之间，对于电池性能至关重要。在快速充电时，电池温度维持在40°C，可实现高效充电，减少损耗。热管理系统需及时排出热量，确保电池在最佳充电温度下工作，避免超过45°C导致电池不可逆老化。

电机控制系统MCU的热管理

电机控制系统MCU负责控制电机。在工作过程中，DC-DC转换器、逆变器和控制电路会产生热量，需要有效冷却。热管理不当可能导致控制失灵、元件失效以及车辆运行故障。通常，电控系统与电动汽车的冷却系统相连，以保持最佳温度。

电机的热管理

电机工作温度对电动汽车性能至关重要。随着负载增加，电机产生的热量增加，需要冷却以确保性能。电机的热管理确保了电动汽车在各种条件下的可靠性和性能。

热管理系统架构

典型热管理系统包括制冷剂循环系统和冷却液循环系统。制冷剂循环系统通过空调系统冷却发热组件，而冷却液循环系统直接冷却电池组。系统被细分为多个独立回路，确保电池、电机和电控系统在最佳温度下工作。在寒冷天气下，辅助加热器用于提升电池温度；在高温下，低温冷却器和空调系统的制冷剂用于冷却电池。电机和电控系统的冷却液温度通过散热器保持在60°C以下。

热管理系统未来发展趋势

随着高密度电池和快速充电器的引入，电动汽车的热管理系统将采用相变材料（PCM）和气体喷射热泵（GIHP）系统来提升性能。PCM用于限制过热，GIHP用于在寒冷天气下将电池温度提高到合适的工作温度。高速CAN总线在汽车系统中的集成度不断提高，BMS通过CAN总线与TMS通信，确保电池处于最佳运行状态。

热管理系统挑战

电动汽车热管理系统面临的主要挑战包括提高电池性能、延长电池寿命、提高充电效率、适应各种气候条件以及实现与车辆其他系统的高效通信。随着技术的进步，热管理系统将不断优化以满足未来电动汽车的需求。

逆变器使用的注意事项有哪些？如何确保逆变器的安全运行？

逆变器使用的注意事项主要包括功率匹配、正确连接、散热管理、环境适应、操作策略、定期维护和品质选择等方面。为了确保逆变器的安全运行，可以采取以下措施：

功率匹配：

确保连接设备的总功率不超过逆变器额定功率的80%。例如，1000瓦的逆变器，连接设备的总功率应保持在800瓦以下。

正确连接：

严格按照产品手册的连接要求进行操作，确保正负极连接正确，避免设备损坏或电路故障。

散热管理：

选择通风良好的位置安装逆变器，避免高温、封闭环境，确保逆变器能有效散热，延长使用寿命。

环境适应：

避免在极端条件下使用逆变器，如高温、潮湿和尘土环境，这些条件可能影响逆变器的性能和稳定性。

操作策略：

避免频繁开关机，以减少对逆变器内部元件的冲击，保持其长久使用寿命。

定期维护：

定期检查电线、插头和逆变器状态，发现异常如发热、松动等，应立即停止使用并寻求专业维修。

品质选择：

选择知名品牌和有保障的售后服务，确保逆变器的质量和安全性，减少潜在风险。

综上所述，通过遵循这些注意事项和措施，可以有效确保逆变器的安全运行，为汽车电子系统提供稳定的电力支持。

纯电动汽车驱动系统由什么组成

纯电动汽车驱动系统主要由以下几个部分组成：

电力驱动子系统：这是电动汽车的核心动力来源，通过电机为车辆提供动力，推动车轮前进。

电源子系统：主要由可充电电池组成，如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池等，它们为车辆提供所需的能源。

辅助子系统：包括电子控制器、驱动电机、电机逆变器等，这些部件共同协作，确保车辆的高效运行。此外，还包括各种传感器以及机械传动装置和车轮，它们共同构成了电动汽车驱动系统的坚实基础。

进一步细分，纯电动汽车驱动系统还可以包括：

电池模组：负责存储和提供电能。电池管理系统：监控和管理电池的状态，确保电池的安全和高效运行。热管理系统：控制电动汽车内部的温度，保持电池和其他组件在适宜的工作范围内。电气及机械系统：包括电线、连接器、电机、传动轴等，负责将电能转化为机械能，并传递到车轮上。

这些组成部分相互作用，共同确保了电动汽车的稳定性能和用户体验。

特斯拉Powerwall2的拆解

1. Tesla Powerwall 2的尺寸

2. Powerwall 2的基本构成

电池与逆变器具备IP67的密封等级，而侧板和走线区域则达到IP56等级。壳体内部结构如图所示，其漆层质量达到汽车级别。

3. Powerwall 2的壳体结构

将电池模组、逆变器以及液冷系统等从壳体中取出，如图所示。模组最外层覆盖有一层云母片，移除云母片后可见灌封模组。由于是两个不同的拆解过程，云母与灌封模组的层级关系仅为推测。

4. Powerwall 2的电池模组与逆变部分

Powerwall 2的电池模组采用熟悉的模组设计，与Model 3/Y的2170电池模组源自同一技术平台。不同之处在于，Model 3/Y使用蛇形液冷管对电芯柱面进行冷却，而Powerwall 2采用大平板冷却方式，冷却电芯底部。这种方式在其他整车企业的储能方案中也有应用，例如Rivian、Lucid等。

5. Powerwall 2的对外接口和汇流排连接

另一个拆解过程中可见，busbar由塑料支架支撑和绝缘。

6. Powerwall 2的汇流排支架BMS板

主正主负汇流排输出极布置如下：

7. 逆变器的主要布置和构成

热管理系统的水泵和管路布置如图所示：

8. 散热器和冷却液存储器

特斯拉将电动汽车和储能技术相结合，实现零部件平台化，以此缩短产品开发周期和降低成本。特别是电芯技术，国内外在这一方面存在竞争。国内储能产品通常采用新开发的电芯，与汽车用电芯不同，以更好地适应各自的应用场景。储能电芯通常容量大、尺寸大，以铁锂为主。如今，国内这种技术路线正逐渐影响到海外市场，引发更激烈的竞争。

理解电机与逆变器的工作原理

理解电机与逆变器的工作原理

首先，电机控制器在使用过程中，电流通过电阻时会产生焦耳热（I^2 Rt），这部分热能与电流的平方、电阻和时间成正比。为了降低焦耳热损耗，需要掌握有效的热管理技术。

接下来，介绍逆变器及其内部结构。逆变器主要由MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）组成，通过高速信号控制开关，从而从直流电源生成三相交流电并调整电压输入电机。无刷直流电机通过三相交流驱动，逆变器则生成这种电能并随时调整电压。

电机内部存在三相绕组（U、V、W相），使用120°方波通电时，电流从一相绕组流向另一相，剩下的一相电流不流通。为了使电流保持流通，使用6个开关（U、V、W相各3个），分别连接高压和低压侧，但必须确保两者不能选取同一相。

微控制器根据时序控制这些开关，输出指令给MOSFET。在高速切换开关模式下，电机旋转。在切换模式时，微控制器通过传感器确定转子磁体位置和切换时序。

MOSFET作为逆变器的核心，通过栅极控制电流的流通，其特性决定开关损耗的大小。开关损耗与寄生二极管的性能直接相关。当进行PWM控制时，占空比的调整能有效控制电机驱动电压，进而影响转速和能量消耗。

在电机和逆变器的损耗分析中，MOSFET的开通和开关损耗是关键因素。开通损耗主要由通态电阻决定，开关损耗则与开关频率和切换时间有关。寄生二极管在MOSFET关断期间提供续流，防止浪涌电流破坏器件，但也产生了一定的损耗。通过同步整流技术，可以有效减少这部分损耗。

最后，通过改变占空比，可以控制电机的转速和能量消耗。例如，在50%占空比与100%占空比之间，损耗相差数倍，这意味着在相同时间内，100%占空比的损耗是50%的4倍。因此，希望以100%占空比行驶的策略需要综合考虑开关损耗、寄生二极管损耗以及同步整流技术的应用。

理解电机与逆变器的损耗机制对于优化系统效率和降低能耗至关重要。通过合理的控制策略和热管理技术，可以有效减少损耗，提升电机和逆变器的性能。

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