浸没式冷却技术也就是将冷却液质直接接触热源进行热交换,可以大大的提高换热效率,具备全域无死角散热、能效协同优化、适配小型化设计等优势。其最初被广泛应用于储能电池包领域,在车载电源及功率器件场景的规模化应用尚处于探索阶段,核心难点集中于三大维度:均热结构设计复杂度高、冷却工质与材料的兼容性把控难、整体方案成本偏高,其中成本因素更是制约其在国内市场推广的关键。

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在电机领域,浸没式冷却也已展开相关研究,其与当前主流的槽内油冷技术还是有一定区别的,包括如上海电驱动、联合动力、马勒等企业均已在此方向进行布局。

01.

电源浸没式冷却,实现精准热控

联合电子针对车载场景需求,构建了浸没式冷却电源的核心设计体系,涵盖高效导热、组件抗冲击、材料兼容、热管理系统及机械小型化五大方向,多维度协同突破技术瓶颈。

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为平衡散热性能与空间利用率,联合电子搭建三维热设计模型,采用“中间进液、两侧出液”布局,确保冷却工质全域覆盖。针对滤波电容内侧滞止区问题,优化结构重构流路,提升局部散热效率。热分析模型可精准覆盖发热部件,尤其能捕捉流体穿过电感线圈缝隙的细节,通过优化进口布置解决磁件散热难题。

测试显示,浸没式冷却对电容、PFC电感等元器件降温优势显著,最高温较间接液冷下降约60℃。联合电子团队以入口流速为变量,采用熵权法多目标优化,在提升散热的同时控制泵功率,实现能效最大化。

为确保方案在真实工况下的可靠性,联合电子搭建了专属浸没冷却测试实验台架,通过开发实验模型模拟实际运行中的流动传热性能。实验采用加热片模拟器件发热、直流油泵驱动冷却工质循环,借助数据采集仪实时捕捉压力传感器数据,并通过红外热像仪精准观测各器件温度分布。

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测试结果表明:随着冷却工质流量的提升,各测点温度呈显著下降趋势,且初始温度越高的点位,降温效果越明显;整个系统流阻控制在工程标准认可范围内,温度分布均匀性优异,局部热点在流量优化后实现大幅降温,有效降低了电源产品因局部过热引发的热失控风险,验证了方案的工程可行性。

02.

电机浸没式冷却,密封与循环并重

电机的浸没式冷却,其核心是将电机核心发热部件(定子绕组、定子铁芯,部分方案含转子)直接浸没于特定冷却介质(多为绝缘油)中,通过介质与发热部件的直接接触,结合介质的对流循环(自然对流或强制循环)及相变吸热(部分方案),快速带走电机运行中产生的热量,实现温升控制的冷却技术

上海电驱动的浸没式冷却方案,是通过两个密封油罩分别扣合在绕组两端,配合铁芯内部油道形成冷却回路。这样设计主要难点还是密封设计,需把油环底板和定子组件用胶封或注塑固定,支架也注塑在铁芯里,再加上油环盖与油环底板、接线座的激光焊接,形成一个全封闭的空间,能有效防止润滑油漏出来,保证内部油路循环稳定。

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其核心由主油腔、油泵、滤清器、油冷器构成基础循环,同时搭配补油腔、透气阀以及单向阀来保障油路稳定与压力平衡。其基础循环流程简单来说:底部润滑油在油泵压力作用下,经滤清器过滤杂质,进入油冷器降温;冷却后的油液分为两路,分别流向定子油路和转子油路,为电机关键部件降温,最终流回主油腔,完成一次循环。

马勒的SCT电机,也是采用的浸没式冷却方案,只不过它是将整个电机绕组都泡在油中,效率之高,在同级别中首屈一指。极其紧凑的设计也带来了材料成本和重量上的优势,配合其油冷技术可以确保其电机可以无限期地以高输出运行,根据其测试结果,可以永久提供93%到100%的峰值功率。

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03.

电控浸没式冷却,赋能高功率运行

电控方面,采用浸没式冷却传热更加直接,可同时冷却低热量组件,避免混合冷却方案,一次性解决大多数发热元件的散热问题。其实浸没式冷却系统在数据中心、服务器等领域已有成功的应用案例,富士通服务器PRIMERGY采用完全浸没在冷却液中来有效均匀地冷却服务器,系统在服务器系统(包括冷却设备)的节能减排方面效果提升约40%。

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国创中心推出的浸没式电控,则通过绝缘工质浸没功率芯片实现直冷散热,大幅缩短芯片到冷却液的散热路径,显著提升散热效率;经第三方测试验证,该方案下模块上下开关管热阻低至0.06K/W,为高压大功率电控系统的稳定运行提供了核心支撑。

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总结.

综上,浸没式冷却技术凭借高效换热、全域散热等核心优势,在车载电源、电机、电控三大领域均已实现关键技术突破与实践验证。联合电子、上海电驱动、马勒、国创中心等企业及机构的方案,分别从结构设计、油路优化、密封技术、工质适配等维度破解行业痛点,为技术规模化落地奠定了基础。