IDTechEx: i motori con raffreddamento a olio sono diventati la forma dominante nel mercato delle auto elettriche nella prima metà del 2022

Secondo un rapporto di IDTechEx, nella prima metà del 2022, i motori con raffreddamento a olio sono diventati la forma dominante nel mercato delle auto elettriche, conquistando una quota di mercato del 50%. Lo svantaggio del raffreddamento dell'olio è l'aggiunta di componenti aggiuntivi e, in genere, il circuito acqua-glicole esiste ancora per rimuovere il calore dall'olio e interagire con il resto del sistema termico del veicolo.

Nonostante ciò, i vantaggi in termini di prestazioni superano la complessità, afferma IDTechEx. IDTechEx prevede che il petrolio guadagnerà una quota di mercato ancora maggiore, mentre i motori puramente raffreddati ad acqua rimarranno in modo significativo.

Il raffreddamento dell'olio è diventato la forma dominante di raffreddamento del motore per le auto elettriche nel 2022. Fonte: IDTechEx - "Thermal Management for Electric Vehicles 2023-2033"

La tecnologia di gestione termica per i veicoli elettrici è fondamentale per mantenere i vari componenti funzionanti alla temperatura ottimale. Il raffreddamento attivo con refrigeranti di tipo acqua-glicole è la strategia di gestione termica dominante per la batteria. Ma mentre la temperatura operativa ottimale per la batteria è simile a quella umana (~15-30°C), le temperature operative ottimali per i motori e l'elettronica di potenza sono più elevate, con un funzionamento spesso superiore a 60°C.

Ciò significa generalmente che i motori e l'inverter si trovano su un circuito di raffreddamento separato dalla batteria, sebbene questi possano interagire per trasferire calore tra loro per un'efficienza ottimale del veicolo. Il modo in cui viene gestito il calore all'interno del motore varia da produttore a produttore, con le opzioni generalmente suddivise in motori con acqua glicole e/o raffreddati a olio.

Una camicia d'acqua è un metodo comunemente utilizzato in cui il refrigerante acqua-glicole scorre in una camicia attorno all'esterno dello statore. Ciò aiuta a raffreddare gli avvolgimenti di rame nello statore che generano i campi elettrici utilizzati per azionare il rotore. Alcuni hanno adottato geometrie alternative di raffreddamento ad acqua; ad esempio, Audi utilizza un canale raffreddato ad acqua attraverso il centro del rotore e la camicia d'acqua, consentendo un controllo termico più efficace del rotore.

La principale limitazione dell'acqua glicole è la sua conduttività elettrica; questo ne limita l'utilizzo tanto da non poter essere utilizzato a diretto contatto con componenti elettrici. È qui che entra in gioco il raffreddamento dell'olio.

L'olio può essere utilizzato all'interno del motore elettrico per raffreddare direttamente gli avvolgimenti del rotore o dello statore. Ciò può essere fatto in alcune geometrie e la camicia d'acqua può rimanere, ma il vantaggio generale è che il contatto diretto significa che il calore può essere rimosso dai componenti interni del motore in modo più efficace e l'olio fornisce anche la lubrificazione. Se si elimina la camicia d'acqua, ciò può anche portare ad un motore più piccolo e, quindi, con una maggiore densità di potenza.

Invertitori. Mentre il raffreddamento dell'olio è ora la strategia termica dominante per i motori elettrici, gli IGBT Si o i MOSFET SiC dell'inverter sono quasi sempre raffreddati da piastre fredde acqua-glicole su uno o entrambi i lati dei moduli inverter. Tuttavia, c'è stato un certo interesse nel raffreddamento diretto dell'olio dell'inverter.

Poiché l'inverter è generalmente assemblato insieme al motore in un'unità di azionamento, si potrebbe immaginare che eliminando la necessità di un circuito acqua-glicole all'interno dell'unità di azionamento semplificherebbe il sistema di azionamento e fornirebbe comunque i vantaggi del raffreddamento diretto dell'olio all'interno del motore e dell'inverter. , nota IDTechEx.

È stato formato un consorzio per studiare questa strategia. Il progetto si chiama SingleOilCnL e mira a sviluppare sistemi di azionamento a densità più elevata eliminando il sistema acqua-glicole e raffreddando motore e inverter direttamente con l'olio di lubrificazione. Questo progetto include Dana, Diabatix, Lubrizol, Siemens e Flanders Make. Il progetto è iniziato a settembre 2020 e durerà fino ad agosto 2023.

IDTechEx ritiene che questo sia un approccio promettente, soprattutto perché il mercato dei veicoli elettrici continua a svilupparsi verso una trasmissione integrata in modo più efficiente. Sebbene questo approccio non sia stato adottato e IDTechEx non prevede che diventi la strategia dominante nel prossimo futuro, esiste una promessa per questo approccio.