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宝马i3|美国新能源汽车2025路线规划新进展新突破（续一）( 三 )


宝马i3|美国新能源汽车2025路线规划新进展新突破（续一）
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主要的技术路线还是根据2025规划技术路线图分为三个方向：
1) 高导磁及高热传导系数新型材料的研发及应用；
2) 新型材料的应用及测试鉴定；
3) 新技术降低电机各部件间的热阻 ， 提升热传导效率 。
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如上图所示；一方面是新型的测试设备的研发展示用于测量用高导热率材料传导效率（例如电机绕组材料和绝缘材料）的应用与测试 。 目前的主要进展就是基于下图所示的可以对不同的位置的温度进行准确的测量 。 高导热绝缘材料的研究ABB公司在80年代就已经做过相应的研究 ， 在粉云母绝缘中加入适量的高导热填料可以使其导热系数明显的提高 ， 同时不对其绝缘性能产生不良影响 。
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另一方面是电机冷却系统仿真手段的提升 。 先进的仿真技术是创新的基础 ， 尤其现在复杂的机电耦合系统的开发 。 在设计之初能够预见产品的效果能够大量的缩短项目的周期和减少不必要的损失 。 如下图展示的就是一个标准的流程 ， 首先是电机的电磁场有限元分析（性能和损耗等的计算） ， 然后是电机机械特性的计算（模态、应力等） ， 最后是热分析及冷却系统的设计 。
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目前公布的第一个版本的设计由橡树岭国家实验室（ORNL）领导设计的外转子电机最高转速20,000 rpm， 连续功率运行功率为55 kW ， 峰值功率为100 kW 。
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材料的组成如下图：
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经过第一轮的仿真发现电机的温升需要进一步的改善 ， 主要的瓶颈在于20,000 rpm导致所有组件的温度超标 ， 需要做进一步的优化 。 整体的考虑需要被动和主动热管理方法相结合 。
1) 绕组热点需要有效的被动热设计或直接冷却；
2) 转子需要直接冷却；
3) 定子靴需要新颖的热管理解决方案 。
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经过联合体的初步沟通与研究采取了一定的策略：
1) 绕组灌封材料 ， 使用可购得的高性能（k=3W/m·K）绕组灌封料 。
2) 冲片材料 ， ORNL对替代类型进行电磁分析以获得损耗 。 同时 ， NREL进行了热分析—较薄的硅钢材料减少了定子铁芯损耗 ， 与基准材料相比 ， 发现Arnon 7可以将铁芯损耗降低50％（HF- 10） 。
3) 复合的冷却系统应用通过转子的油冷却及定子的内部冷却（绕组和定子齿的槽内冷却） 。
相对于改进前的方案：各部件温度有了明显的改进 。
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ELT217：Integrated Traction Drive Thermal Management
本项目为提供实现高性能 ， 紧凑且可靠的集成电驱系统的途径来帮助实现DOE 2025的目标 ， 即电牵引驱动器的系统功率密度达到33 kW / L 。 研究和评估与电动机集成的电力电子封装技术和热管理方法 。 对于如何选择冷却流体 ， 测量对流体冷却的传热导特性和电气性能提供方案 。 项目涉及到许多基础研究的工作 ， 相对来说进展比较慢 ， 目前完成了整个项目30%的工作 。


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