纯电动轿车冷却系统设计指南目 次1 范围 (1)2 纯电动轿车冷却系统的要求 (1)3 纯电动轿车冷却系统简述 (1)3.1 纯电动轿车冷却系统的组成 (1)3.2 纯电动轿车冷却系统的功用 (1)3.3 纯电动轿车冷却系统的性能指标 (1)4 纯电动轿车冷却系统设计流程概述 (1)4.1 纯电动轿车冷却系统设计流程包含以下步骤： (1)4.2 纯电动轿车冷却系统的设计流程图 (2)5 纯电动轿车冷却系统的主要结构选型与布置 (3)5.1 散热器 (3)5.1.1 散热器的作用 (3)5.1.2 散热器的结构 (3)5.2 膨胀箱 (5)5.3 电子风扇 (8)5.4 电子水泵 (10)5.5 冷却水管 (10)5.6 卡箍 (16)5.7 冷却液 (18)6 纯电动汽车冷却系统的总体布置 (19)6.1 空气流通系统布置设计原则 (19)6.2 冷却液循环系统布置设计原则 (21)7 冷却系统的流量控制 (21)7.1 电子水泵的控制 (21)7.2 电子风扇的控制 (22)8 仿真分析 (24)附录A（资料性附录） J02项目都市SUV四门车电动机散热CFD分析报告 (25)前 言为了指导本公司纯电动轿车冷却系统设计开发，特制定了本设计指南。

本规范由公司产品管理部提出并归口。

本规范起草单位：动力总成部。

纯电动轿车冷却系统设计指南1 范围本规范规定了纯电动轿车设计开发过程中电机冷却系统设计的设计流程、设计方法与规范。

电机冷却系统的主要冷却对象是电机、电机控制器、DC/DC、充电机等高压散热元件，电池冷却和空调冷却不在此范围。

本指南适用于本公司设计的A0级、A级、B级轿车的电机冷却系统设计匹配，其它车型可参照执行。

2 纯电动轿车冷却系统的要求2.1 散热能力能满足各散热元件在各种工况下运转时的需要。

当工况和环境条件变化时，仍能保证各散 热元件可靠地工作和维持最佳的冷却水温度。

2.2 应在短时间内，排除系统的空气。

2.3 具有较高的加水速率；初次加注量能达到系统容积的90%以上。

2.4 密封好，不得漏水。

2.5 冷却系统消耗功率小，满足持续性工作要求。

2.6 使用可靠，寿命长，制造成本低。

3 纯电动轿车冷却系统简述3.1 纯电动轿车冷却系统的组成冷却系统是整车的重要组成部分之一，其主要由散热器、膨胀水箱、电子水泵、电子风扇、连接管路、压力盖、卡箍等组成。

3.2 纯电动轿车冷却系统的功用电机高速运转时，各高压器件（电机、电机控制器、DC/DC等）自身不断产生热量，过热会导致高压器件寿命降低，甚至烧毁。

因此，电机冷却系统的主要任务是保证各散热元件不过热、在最适宜的温度状态下工作。

3.3 纯电动轿车冷却系统的性能指标1、保证高压器件（电机、电机控制器、充电机等）不过热、在最适宜的温度状态下工作；2、保证高压器件（电机、电机控制器、充电机等）在最佳工作效率和最长使用寿命下工作。

4 纯电动轿车冷却系统设计流程概述4.1 纯电动轿车冷却系统设计流程包含以下步骤：a、根据设计车型任务书进行车型定位，对国内外同类车型的冷却系统进行分析对比，选取合适的结构形式及布置方式；b、根据车型定位以及各高压器件对冷却系统的要求（设计输入），确定冷却系统设计目标；c、对散热器、膨胀水箱、电子水泵、电子风扇等关键部件进行计算并选型；d、根据步骤1~3的结果编制系统设计方案；e、以确定的布置方式，结合各高压器件及整车总布置要求对各部件进行布置；f 、对布置好的系统进行CFD 分析，判断系统是否符合设计目标；g 、对系统设计指标进行分析，提出优化改进方案，完善系统设计；h 、通过样车试验验证系统的性能指标及布置的合理性。

4.2 纯电动轿车冷却系统的设计流程图流程图见图1。

图1 纯电动轿车冷却系统设计流程图试制试验问题修改5 纯电动轿车冷却系统的主要结构选型与布置5.1 散热器5.1.1 散热器的作用散热器是冷却系统中的重要部件，其主要作用是对各散热元件进行强制冷却，以保证各高压器件能始终处于最适宜的温度状态下工作，以获得最高的动力性、经济性和可靠性。

5.1.2 散热器的结构散热器分成水冷和风冷两种冷却形式，风冷主要用在行驶在沙漠地带的车辆的冷却，但是纯电动轿车采用水冷冷却形式。

本设计规范主要介绍水冷冷却形式。

因为纯电动轿车的布置空间紧张，所以散热器一般采用横流式结构。

因为轿车车身较低，空间尺寸紧张。

横流式结构散热器能充分地利用轿车的有限空间最大限度地增加散热器的迎风面积。

纯电动轿车散热器一般由散热器芯体、左右水室等组成。

5.1.2.1 散热器芯体5.1.2.1.1 散热器芯体的结构纯电动轿车上常使用的散热器芯体结构有管片式和管带式两种，两种结构有以下优缺点见下表1：表1 散热器芯体结构及优缺点5.1.2.1.2 散热器芯体的材料散热器芯体材质目前有两种，铝制和铜质，两种材质的优缺点见下表2：表2 散热器芯体材料及优缺点项目铝制铜质强度高一般成本低高重量轻重散热效果好好5.1.2.1.3 散热器芯体的计算计算公式见下表3：项目图片优点缺点适用车型管片式气流阻力较小，刚度和强度较好成本较高，工艺复杂，热阻大，传热系数较小振动较大，工作环境恶劣的大型车辆管带式散热面积较大，散热性能好，成本低气流阻力较大，刚性和强度较小振动不大，工作环境较好的车辆上表3 散热器芯体计算表计算项目 参数 单位 备注冷却系统散走的热量Q wQ w=Q1+Q2+Q3+Q4 Kw 电机散热需求Q1 kw 电机控制器散热需求Q2kw DC/DC散热需求Q3 Kw 其他元件散热需求Q4 kw冷却水的循环量V w V w = Q w /(△t w *γw * c w)L/min△t w℃冷却液温升（6~12）γw kg/m3冷却液的密度c w KJ/Kg.℃ 冷却液的比热冷却空气需要量V a V a= Q w/（△t aγa c p） m3/s△t a=10~30℃空气进入散热器以前与通过散热器以后的温度差 γa kg /m3空气的密度c p kj / kg·℃ 空气定压比热散热器的正面积Fr Fr=V a/v a m2v a m/s散热器正面前空气流速，载重车取8~10；矿用车取8；轿车取12散热器的散热面积 A= Q w*3600*β/（K·△t）m2K kcal/m2·h·℃传热系数K kj/m2·h·℃△t=t w-t a℃ 冷却水与冷却空气的平均温差t w=t w1-△t w/2 ℃ 冷却水的平均温度 t w1℃ 散热器进水温度 t a=t a1+△t a/2 ℃ 冷却空气的平均温度 t a1℃ 散热器冷却空气的进口温度β 1.1-1.15 储备系数芯体厚度 D=A/（Fr·Φ） mm 芯体厚度A m2散热器散热面积Fr m2散热器正面积Φ m²/m³散热器芯体紧凑性系数（500~1000）轿车、轻型车取上限，中型车以上货车取下限5.1.2.2 散热器左右水室散热器左右水室材质有注塑和拼焊铝两种，两种材质优缺点见下表4：表4 散热器左右水室材料及优缺点项目注塑拼焊铝强度一般高成本低高重量轻重5.1.2.3 护风罩5.1.2.3.1 护风罩的作用护风罩的作用是确保风扇产生的风量全部流经散热器，提高风扇效率。

护风罩对低速大功率风扇效率提高特别显著。

5.1.2.3.2 护风罩的材料护风罩的材料有注塑和薄钢板两种，两种材质的优缺点见下表5：表5 护风罩材料及优缺点项目注塑薄钢板强度较好好成本低高重量轻重工艺复杂简单5.1.2.3.3 护风罩的设计原则1)、护风罩的内径根据风扇直径以及护风罩与风扇间隙来设计，护风罩的宽度根据散热芯体前端面至风扇前端面大于等于0.15d(d为风扇直径)以及风扇叶片的投影宽度应伸入护风罩内2/3为宜来综合确定；2)、护风罩的结构不应有阻挡风扇气流的尖角或死角；3)、风扇与护风罩之间的径向间隙一般控制在15mm－20mm；5.1.3 散热器的悬置散热器通常为四点悬置，也可以采用三点悬置。

其中主悬置点为2个，辅助悬置点为2个或1个。

所有悬置点应布置在同一个部件总成上，改善散热器受力情况，以尽量减少散热器的振动强度。

主悬置点与其连接的部件总成之间以胶垫或胶套等柔性非金属材料过渡以达到减震的目的。

主悬置点的胶垫压缩量一般为其自由高度的1/5左右。

5.2 膨胀箱纯电动轿车的冷却系统一般是强制水冷系统。

水冷冷却系统分为闭式、半闭式和开式冷却系统。

其中闭式和半闭式冷却系统对系统温度和压力要求较高，需要有压力盖将冷却系统封闭起来，以调节内部压力和温度；而开式冷却系统的压力要求较低，系统压力和大气相通，不需调压，且冷却液温度也比较低（<100℃）。

5.2.1 膨胀箱的作用膨胀箱的主要作用是容纳系统中受热膨胀的水量。

5.2.2 膨胀箱的分类对于纯电动轿车冷却液的补偿一般有两种形式，一种是膨胀水箱，另一种是补偿水箱。

这两者的对比如下表6：表6 膨胀水箱的分类及优缺点膨胀水箱补偿水箱优点配有压力盖，能保证冷却液压力，给整个冷却系统提供一定的压力成本低，工艺简单，布置要求低缺点工艺复杂，模具价格高没有压力盖，仅仅补偿水量5.2.2.1 膨胀水箱压力盖在膨胀水箱上，此时膨胀水箱起冷却液补偿和压力调节的作用。

如图 2所示1.液面刻度线2.压力盖3.除气管4.膨胀箱壳体5.膨胀箱出水管6.膨胀箱安装柱图2 膨胀水箱冷却液从压力盖 2 处加注，其液面不能高于最大刻度线，也不能低于最小刻度线。

冷却液经由膨胀箱出水管5 到散热器，通过水泵使其在冷却系统内循环。

除气管3与散热器相连，使冷却系统内溢出的液体和气体经由除气管3回到膨胀水箱。

5.2.2.2 补偿水箱压力盖不在补偿水箱上，此时补偿箱只起补偿冷却液作用。

如图3所示：1.除气管2.膨胀箱盖3.液面刻度线4.膨胀箱固定支架5.膨胀箱壳体6.溢流管图3 补偿水箱压力盖在一般设置在散热器上，冷却液从散热器上的压力盖处加注，其液面在最大刻度线和最小刻度线之间。

溢流管6 和散热器上的溢流管相连，当冷却液受热膨胀时，部分冷却液经过溢流管5流入膨胀箱内，当冷却液降温时，再被吸回散热器。

除气管1和大气相通。

5.2.3 膨胀箱的设计5.2.3.1 液面刻度线及膨胀箱总容积的确定膨胀箱的总容积是膨胀空间的容积和冷却液储备量的容积之和。

膨胀箱的最大、最小刻度线定义了车辆在静态时，膨胀箱内液面高度的范围。

膨胀箱的储备水量至少为冷却系统总容积的11%，膨胀空间至少是总容积的6%。

膨胀箱的最大刻度线定义的位置既要满足膨胀空间的要求，也要满足储备水量的要求。

最小刻度线的在最小刻度线一般在膨胀箱总容积的1/3～3/7 范围内，同时不要将膨胀箱设计成扁平状，避免最小刻度线距膨胀箱出水口的距离过小，造成空气进入冷却系统。