전기모터, 전기차] 수냉, 유냉 장단점 + 오일 냉각방식에 대해

 

- 오일 냉각방식에 대해

- 수냉 방식 장단점

- 유냉 방식 장단점

 

오일 냉각방식에 대해

 

오일 냉각 방식은 오일쿨러, 오일펌프 그리고 이를 연결하는 배관 혹은 오일관련 유로 부품이 별도로 구성되어야 하기 때문에 열전달 시스템 전체적으로 볼 때 구조가 복잡해진다.

+ 관련 부품이 차지하는 체적과 무게가 증가

+ 추가 부품에 의한 비용 상승이 발생

 

 

라고 할 수도 있지만

냉각효율 상승으로 비교적 무게와 체적이 줄어들 수도 있다.

 

 

유냉방식은 수냉방식이 갖는 한계를 극복

-> 수냉방식 대비 열전달 성능이 우수

= 모터 다운사이징(downsizing)과 고출력화(high power density)에 유리한 장점

 

뒤짚힌 모양

 

오일 섬프(oil sump): 오일이 머무는 공간

전동 오일 펌프(EOP: Electric Oil Pump): 오일을 순환

오일쿨러(oil cooler): 열교환기 역할

 

오일냉각은 테슬라에서 특허를 풀음으로써

이제는 많은 모터/차량업체가 주된 냉각방식으로 채택하고 있다고 알고 있다

그럼에도 추가적인 특허/기술장벽 만들기의 경쟁은 있다고 알고 있다 :)

 

 

수냉 방식 장단점

 

수냉 방식

 

장점 :

• 구조가 간단하며 모터(정확히는 내부의 스테이터)를 감싸고 있는 하우징 단면의 유로에 냉각수가 흐르고 있기 때문에 하우징과 직접 접촉되어 있는 스테이터의 냉각에 유리
• 기존 차량의 라이디에터 시스템에 흐르는 냉각수를 그대로 활용할 수 있는 장점

단점 :

• 코일일의 직접적인 냉각이 안되고
• 스테이터를 깊숙히 파서 냉각하기엔 자기성능 감소를 야기하기에
• 냉각수 - 스테이터ㅓㅓㅓ - 절연지/절연물 - 코일로의 긴 열교환 루트 = 효율 떨어짐

• 냉각성능의 치명적인 단점이기에 수냉 방식은 이러한 한계가 있다.
• 절연이 안되는 수냉, 반면 절연이 되는 오일
• 관련기술 포화로 냉각성능 향상에 한계

 

유냉 방식 장단점

 

유냉 방식

 

장점 :

• 오일을 열원인 코일에 직접 흘리거나(dripping) 뿌려서(spray) 냉각하는 방식으로
• 수냉에 비해 냉각효과가 상대적으로 크다. 
• 절연지의 열저항이 있지만, 스테이터까지 지나와야 하는 수냉보다 코일 냉각에서 효과적이다
• 같은 이유로 로터코어 및 영구자석 온도 관리가 용이
• 차량에 장착되어 있는 오일을 활용하는 방안이 가능 ~ 하이브리드 자동차는 엔진오일 및 감속기(모터와 차축의 연결기어) 오일 / BEV는 감속기 오일을 사용할 수 있다.

Thermal performance of oil spray cooling system for in-wheel motor in electric vehicles

Experimental Study on Behavior of Coolants, Particularly the Oil-Cooling Method, in Electric Vehicle Motors Using Hairpin Winding

** 특히 엔드코일 (스테이터 바깥으로 나와있는 코일 뭉치)의 온도가 높은데, 해당 부분을 효율적으로 냉각 가능

 

단점 :

• 오일쿨러와 추가적인 배관이 필요하여 하우징의 가공 및 제작 그리고 레이아웃이 복잡해질 가능성이 커지게 된다.
• 냉각 후 상승된 오일온도 관리 및 오일의 흐름제어 기술이 추가되어야 한다.
• 오일은 수냉에 비해 Pressure drop이 크다