浸沒式冷卻技術(shù)也就是將冷卻液質(zhì)直接接觸熱源進(jìn)行熱交換，可以大大的提高換熱效率，具備全域無(wú)死角散熱、能效協(xié)同優(yōu)化、適配小型化設(shè)計(jì)等優(yōu)勢(shì)。其最初被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能電池包領(lǐng)域，在車載電源及功率器件場(chǎng)景的規(guī)?；瘧?yīng)用尚處于探索階段，核心難點(diǎn)集中于三大維度：均熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜度高、冷卻工質(zhì)與材料的兼容性把控難、整體方案成本偏高，其中成本因素更是制約其在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)推廣的關(guān)鍵。

在電機(jī)領(lǐng)域，浸沒式冷卻也已展開相關(guān)研究，其與當(dāng)前主流的槽內(nèi)油冷技術(shù)還是有一定區(qū)別的，包括如上海電驅(qū)動(dòng)、聯(lián)合動(dòng)力、馬勒等企業(yè)均已在此方向進(jìn)行布局。

01.

電源浸沒式冷卻，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)熱控

聯(lián)合電子針對(duì)車載場(chǎng)景需求，構(gòu)建了浸沒式冷卻電源的核心設(shè)計(jì)體系，涵蓋高效導(dǎo)熱、組件抗沖擊、材料兼容、熱管理系統(tǒng)及機(jī)械小型化五大方向，多維度協(xié)同突破技術(shù)瓶頸。

為平衡散熱性能與空間利用率，聯(lián)合電子搭建三維熱設(shè)計(jì)模型，采用“中間進(jìn)液、兩側(cè)出液”布局，確保冷卻工質(zhì)全域覆蓋。針對(duì)濾波電容內(nèi)側(cè)滯止區(qū)問(wèn)題，優(yōu)化結(jié)構(gòu)重構(gòu)流路，提升局部散熱效率。熱分析模型可精準(zhǔn)覆蓋發(fā)熱部件，尤其能捕捉流體穿過(guò)電感線圈縫隙的細(xì)節(jié)，通過(guò)優(yōu)化進(jìn)口布置解決磁件散熱難題。

測(cè)試顯示，浸沒式冷卻對(duì)電容、PFC電感等元器件降溫優(yōu)勢(shì)顯著，最高溫較間接液冷下降約60℃。聯(lián)合電子團(tuán)隊(duì)以入口流速為變量，采用熵權(quán)法多目標(biāo)優(yōu)化，在提升散熱的同時(shí)控制泵功率，實(shí)現(xiàn)能效最大化。

為確保方案在真實(shí)工況下的可靠性，聯(lián)合電子搭建了專屬浸沒冷卻測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，通過(guò)開發(fā)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍M實(shí)際運(yùn)行中的流動(dòng)傳熱性能。實(shí)驗(yàn)采用加熱片模擬器件發(fā)熱、直流油泵驅(qū)動(dòng)冷卻工質(zhì)循環(huán)，借助數(shù)據(jù)采集儀實(shí)時(shí)捕捉壓力傳感器數(shù)據(jù)，并通過(guò)紅外熱像儀精準(zhǔn)觀測(cè)各器件溫度分布。

測(cè)試結(jié)果表明：隨著冷卻工質(zhì)流量的提升，各測(cè)點(diǎn)溫度呈顯著下降趨勢(shì)，且初始溫度越高的點(diǎn)位，降溫效果越明顯；整個(gè)系統(tǒng)流阻控制在工程標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可范圍內(nèi)，溫度分布均勻性優(yōu)異，局部熱點(diǎn)在流量?jī)?yōu)化后實(shí)現(xiàn)大幅降溫，有效降低了電源產(chǎn)品因局部過(guò)熱引發(fā)的熱失控風(fēng)險(xiǎn)，驗(yàn)證了方案的工程可行性。

02.

電機(jī)浸沒式冷卻，密封與循環(huán)并重

電機(jī)的浸沒式冷卻，其核心是將電機(jī)核心發(fā)熱部件（定子繞組、定子鐵芯，部分方案含轉(zhuǎn)子）直接浸沒于特定冷卻介質(zhì)（多為絕緣油）中，通過(guò)介質(zhì)與發(fā)熱部件的直接接觸，結(jié)合介質(zhì)的對(duì)流循環(huán)（自然對(duì)流或強(qiáng)制循環(huán)）及相變吸熱（部分方案），快速帶走電機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量，實(shí)現(xiàn)溫升控制的冷卻技術(shù)。

上海電驅(qū)動(dòng)的浸沒式冷卻方案，是通過(guò)兩個(gè)密封油罩分別扣合在繞組兩端，配合鐵芯內(nèi)部油道形成冷卻回路。這樣設(shè)計(jì)主要難點(diǎn)還是密封設(shè)計(jì)，需把油環(huán)底板和定子組件用膠封或注塑固定，支架也注塑在鐵芯里，再加上油環(huán)蓋與油環(huán)底板、接線座的激光焊接，形成一個(gè)全封閉的空間，能有效防止?jié)櫥吐┏鰜?lái)，保證內(nèi)部油路循環(huán)穩(wěn)定。

其核心由主油腔、油泵、濾清器、油冷器構(gòu)成基礎(chǔ)循環(huán)，同時(shí)搭配補(bǔ)油腔、透氣閥以及單向閥來(lái)保障油路穩(wěn)定與壓力平衡。其基礎(chǔ)循環(huán)流程簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：底部潤(rùn)滑油在油泵壓力作用下，經(jīng)濾清器過(guò)濾雜質(zhì)，進(jìn)入油冷器降溫；冷卻后的油液分為兩路，分別流向定子油路和轉(zhuǎn)子油路，為電機(jī)關(guān)鍵部件降溫，最終流回主油腔，完成一次循環(huán)。

馬勒的SCT電機(jī)，也是采用的浸沒式冷卻方案，只不過(guò)它是將整個(gè)電機(jī)繞組都泡在油中，效率之高，在同級(jí)別中首屈一指。極其緊湊的設(shè)計(jì)也帶來(lái)了材料成本和重量上的優(yōu)勢(shì)，配合其油冷技術(shù)可以確保其電機(jī)可以無(wú)限期地以高輸出運(yùn)行，根據(jù)其測(cè)試結(jié)果，可以永久提供93%到 100% 的峰值功率。

03.

電控浸沒式冷卻，賦能高功率運(yùn)行

電控方面，采用浸沒式冷卻傳熱更加直接，可同時(shí)冷卻低熱量組件，避免混合冷卻方案，一次性解決大多數(shù)發(fā)熱元件的散熱問(wèn)題。其實(shí)浸沒式冷卻系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器等領(lǐng)域已有成功的應(yīng)用案例，富士通服務(wù)器PRIMERGY采用完全浸沒在冷卻液中來(lái)有效均勻地冷卻服務(wù)器，系統(tǒng)在服務(wù)器系統(tǒng)(包括冷卻設(shè)備)的節(jié)能減排方面效果提升約40%。

國(guó)創(chuàng)中心推出的浸沒式電控，則通過(guò)絕緣工質(zhì)浸沒功率芯片實(shí)現(xiàn)直冷散熱，大幅縮短芯片到冷卻液的散熱路徑，顯著提升散熱效率；經(jīng)第三方測(cè)試驗(yàn)證，該方案下模塊上下開關(guān)管熱阻低至0.06K/W，為高壓大功率電控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了核心支撐。

總結(jié).