电车需要加散热器主要有以下原因:
一、电机散热需求
- 工作原理角度
- 电车的电机在运行过程中会产生热量。电机是通过电磁感应原理将电能转化为机械能的装置。当电流通过电机的绕组时,由于绕组存在电阻,根据焦耳定律(,其中是热量,是电流,是电阻,是时间),会不可避免地产生热量。而且电机内部的磁场变化、机械摩擦等因素也会导致热量的产生。
- 例如,当电车启动、加速或者长时间高负荷运行时,电机的工作电流较大,产生的热量会迅速增加。如果这些热量不能及时散发出去,电机的温度会持续上升。过高的温度会影响电机的性能,使电机的效率降低。因为电机绕组的电阻会随着温度的升高而增大,根据(为功率损耗),功率损耗会进一步增加,形成恶性循环。同时,高温还可能损坏电机的绝缘材料,缩短电机的使用寿命,甚至导致电机故障。
- 材料性能角度
- 电机中的许多材料都有其适宜的工作温度范围。比如电机的永磁体,目前很多高性能永磁电机采用钕铁硼永磁材料。这种材料在高温下会出现退磁现象,一旦退磁,电机的性能将大打折扣。一般来说,钕铁硼永磁体的工作温度上限在150-200℃左右,超过这个温度,退磁风险急剧增加。所以需要散热器来控制电机的温度,使其工作在安全的温度范围内,确保电机性能的稳定。
二、电子控制单元(ECU)散热需求
- 运算产生热量
- ECU是电车的大脑,它通过复杂的算法来控制电车的各个系统,包括电池管理、电机驱动等。在这个过程中,ECU内部的大量集成电路芯片(如微处理器、功率模块等)会进行高速运算。这些芯片内部有许多晶体管,当电流通过晶体管时,会因为电子的迁移和开关动作产生热量。
- 以一个典型的电车ECU中的微处理器为例,其内部时钟频率可能高达数吉赫兹(GHz),在这样高的频率下,芯片内部的逻辑门频繁地切换状态,产生大量的热量。而且随着电车智能化程度的提高,ECU需要处理的数据量和运算量不断增加,产生的热量也相应增多。
- 可靠性要求
- ECU中的电子元件对温度比较敏感。例如,一些高精度的电容和电阻,其参数会随着温度的变化而改变。如果ECU温度过高,这些元件参数的变化可能会导致信号传输错误、控制指令失误等问题。而且高温还会加速电子元件的老化,降低ECU的可靠性和使用寿命。所以为了保证ECU能够正常、稳定地工作,散热器是必不可少的。
三、电池热管理需求(部分电车设计)
- 充电和放电过程生热
- 电车的电池在充电和放电过程中也会产生热量。在充电时,电池内部的化学反应是一个不可逆的过程,会有能量损耗以热量的形式散发出来。特别是在快充模式下,由于充电电流较大,电池产生的热量更多。在放电过程中,电池内部的锂离子从负极向正极移动,这个过程也伴随着一定的能量损耗和热量产生。
- 例如,对于目前常用的锂离子电池,当充电倍率较高(如大于1C,C是电池的容量单位)时,电池内部的温度会快速上升。如果没有有效的散热措施,电池温度过高可能会引发一系列安全问题,如电池鼓包、燃烧甚至爆炸。
- 温度对电池性能的影响
- 电池的性能和寿命也与温度密切相关。温度过高会加速电池内部的化学副反应,使电池的容量衰减加快。一般来说,锂离子电池在高温环境下(如超过40-50℃),其循环寿命会显著缩短。同时,温度过低也会影响电池的性能,例如在低温环境下,电池的放电能力会下降,导致电车的续航里程减少。通过散热器辅助电池热管理系统,可以将电池的温度控制在合适的范围内,延长电池的使用寿命并保障其性能。