물

전력 밀도가 높은 이전 세대 전기 자동차(EV)의 열 관리에는 냉각 유체가 전기 모터의 핫스팟과 직접 접촉하는 직접 냉각 전략이 필요합니다. 영구 자석 동기 모터(PMSM)에서 고정자 끝 권선과 회전자 자석은 기존 워터 재킷 냉각으로는 적절하게 냉각될 수 없는 일정량의 열을 생성합니다. 이에 변속기 오일을 전기 모터의 냉각수로 사용하는 직접 오일 냉각 기술이 개발되었습니다. 이 새로운 냉각 아키텍처는 일반적으로 변속기 오일이 흐르는 중공 로터 샤프트를 구현합니다. 또한, 로터 샤프트 양쪽 가장자리에 구멍이 있어 원심력에 의해 변속기 오일이 엔드 와인딩에 튀길 수 있습니다. 직접 오일 냉각 시스템은 열 전달을 크게 향상시킵니다.

이러한 변화는 변속기 오일이 수성 냉각수보다 우수한 냉각 특성을 가지고 있다는 사실에 의해 유발된 것이 아닙니다. 반대로, 물은 높은 열 전도성(오일에 비해 4배), 높은 열용량(2배) 및 낮은 점도로 인해 이상적인 냉각 유체인 경우가 많습니다. 그러나 물 적용은 두 가지 주요 이유로 실현 불가능하다고 생각되었습니다. 첫째, 냉각 유체는 높은 전류와 전압이 발생하는 전기 부품과 직접 상호 작용합니다. 따라서 윤활유를 사용하면 유리하게 도달할 수 있는 매우 낮은 전기 전도성이 필요합니다. 둘째, 유체는 기어 및 베어링과 직접 접촉하게 되는데, 이는 윤활 특성을 가져야 하기 때문에 물에 비해 윤활유에 또 다른 이점을 제공합니다.

이러한 모든 측면은 물의 화학적 조성을 통해 개선될 수 있습니다. 우리의 목표는 물의 탁월한 냉각 특성을 유지하면서 우수한 윤활 특성을 지닌 혁신적인 수성 윤활제를 개발하는 것이었습니다. 당사의 WBL은 전기 구동 장치(EDU)의 윤활 및 냉각을 위해 설계된 단일 유체에 대한 모든 요구 사항을 충족할 수 있습니다. WBL을 사용하면 다양한 특성, 특히 환경에 미치는 영향 측면에서 윤활유보다 성능이 뛰어날 수 있으며, 이는 윤활유 및 자동차 산업에 혁명의 문을 열어줍니다.

TotalEnergies는 전기 모터 냉각을 연구하기 위해 시뮬레이션 워크플로우를 개발했습니다. 그림 1에 설명된 다양한 시뮬레이션 도구를 사용하면 전기 모터의 열 모델링에 포괄적으로 접근할 수 있습니다.

워크플로우를 명확하게 설명하면서 e-모터 효율성 맵의 일반적인 작동 조건 중 하나가 선택되었습니다. 6000rpm, 90Nm 토크는 70km/h로 꾸준히 주행하는 자동차를 나타냅니다. 직접 액체 냉각 아키텍처 내에서 기준 오일 기반 윤활유와 TotalEnergies 수성 윤활유라는 두 가지 유체를 비교했습니다. 직접 액체 냉각 시스템은 그림 2와 같이 중공 샤프트와 샤프트 전면 및 후면에 위치한 4개의 채널로 구성됩니다. 로터 회전에 의해 제공되는 원심력 덕분에 액체가 4개의 채널을 통해 엔드 와인딩에 튀게 됩니다. 유체 입구 온도는 60°C, 유량은 5L/min입니다.

우리는 이동 입자 시뮬레이션(MPS)을 기반으로 하는 메시리스 CFD 소프트웨어인 Particleworks를 사용했습니다. MPS 방법은 원래 복잡한 이동 경계 문제에 대한 유연한 모델링 및 시뮬레이션을 제공하기 위해 Koshizuka 교수가 제안한 것입니다.1 메시리스 기능 덕분에 특히 e-모터 권선이나 회전자와 같은 움직이는 부품과 같은 복잡한 형상을 관리하는 데 적합합니다.

그림 3과 그림 4에 표시된 결과는 TotalEnergies의 수성 윤활제가 e-모터의 냉각 성능을 향상시킨다는 것을 확인시켜 줍니다. 권선의 -16%에서 샤프트의 -58%까지 e-모터의 각 부분에 대해 상당한 온도 감소가 계산되었습니다. 매우 낮은 점도 값에서도 유성 윤활제를 사용하면 이러한 온도 감소를 얻을 수 없습니다. 물의 탁월한 열 전달 능력을 통해 TotalEnergies의 WBL은 뛰어난 냉각 성능을 달성할 수 있습니다. WBL을 사용한 직접 냉각은 더 높은 전력 밀도의 e-모터와 최적화된 냉각 전략을 위한 길을 열었습니다.