終篇 純電動汽車電能驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)及設(shè)計

純電動汽車結(jié)構(gòu)和設(shè)計不同于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機驅(qū)動汽車，作者在梳理新能源動力總成開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，為動力總成的設(shè)計和測試生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)和參考。計劃分為3個篇章來分析純電動汽車動力總成中電驅(qū)動關(guān)鍵技術(shù)，今天首先介紹一下電驅(qū)系統(tǒng)技術(shù)及設(shè)計。

●電機驅(qū)動系統(tǒng)定義

根據(jù)車輛動力電池狀態(tài)和整車動力需求，把車載儲能或發(fā)電裝置輸出的電能轉(zhuǎn)成機械能，并通過傳動裝置將能量傳遞到驅(qū)動輪，并在車輛制動時把部分車輛機械能轉(zhuǎn)化成電能回饋到儲能裝置中。

●電能驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)及設(shè)計

電能驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)設(shè)計的任務(wù)是合理匹配電驅(qū)動系統(tǒng)相關(guān)部件技術(shù)參數(shù)，滿足整車動力性能要求高效工作。電能驅(qū)動系統(tǒng)主要包括電動機、傳動機構(gòu)和電機控制器等部件；電能驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)設(shè)計主要包括電動機的功率、 扭矩、轉(zhuǎn)速、電壓設(shè)計，減速機構(gòu)傳動比和動力電源電容量、輸出功率、電壓、電流等設(shè)計。

新能源汽車動力性設(shè)計

●動力性參數(shù)◎最高車速水平良好路面上能夠達到的最高行駛車速。◎加速時間原地起步加速時間：以最大加速度達到某一預(yù)定車速所 需的時間。

◎最大爬坡度

●驅(qū)動力計算

●行駛力計算

車輛的行駛阻力包括滾動阻力，空氣阻力，坡度阻力和加速阻力等因素。

驅(qū)動電機技術(shù)

●電機設(shè)計基本要求：◎電機是純電動車輛的唯一動力源，其性能與電動車輛整車性能密 切相關(guān)，因此，對電動機的選擇及參數(shù)匹配是設(shè)計純電動車輛動 力系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。◎為了高性能地驅(qū)動車輛，在性能上要求驅(qū)動電機能夠頻繁起動/停車、加速／減速、轉(zhuǎn)矩控制的動態(tài)性能高。◎在低速或爬坡時，轉(zhuǎn)矩要高，在高速行駛時，轉(zhuǎn)矩要低。◎電機的調(diào)速范圍要寬，既要工作在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，又要運行在恒功率 區(qū)，同時在整個調(diào)速范圍內(nèi)還得保持較高的運行效率。

◎純電動汽車的電機應(yīng)有較高的轉(zhuǎn)矩／慣量比，盡可能寬的高效率 區(qū)和良好的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性；目前永磁無刷電機系統(tǒng)具有最高的效率和轉(zhuǎn)矩慣量比，在電動車 輛中得到了較廣泛的應(yīng)用。

●永磁直流無刷電機

采用半導(dǎo)體開關(guān)器件實現(xiàn)電子換向，即用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向和電刷，定子磁場與轉(zhuǎn)子永磁磁場之間的相互作用產(chǎn)生電 磁轉(zhuǎn)矩。可靠性高、無換向火花、機械噪聲低。

圖.永磁無刷直流電機結(jié)構(gòu)

●永磁同步交流電機

與永磁無刷直流電機基本相同。定子三相分布繞組和永磁轉(zhuǎn)子，在磁路結(jié)構(gòu)和繞組分布上感應(yīng)電動勢波形為正弦，外加的定子電壓和 電流也為正弦波，靠交流變壓變頻器提供。

兩者區(qū)別：◎無刷直流電機是一個系統(tǒng)－無刷直流電機系統(tǒng)，電機和控制器一體 化設(shè)計，相互依存度高，電機和控制器不能獨立存在并獨立工作， 考核的是整體技術(shù)性能。永磁同步交流電機指的是一臺電機，電機 和控制器可以獨立存在獨立工作，考核的是電機本身性能。

◎無刷直流電機反電勢多為方波，控制基本上不用什么算法，只依靠 轉(zhuǎn)子位置考慮給哪個繞組通電流即可。永磁同步交流電機反電勢多 為正弦波，變頻調(diào)速則需要一定算法。

●電機技術(shù)參數(shù)設(shè)計原則◎電機峰值參數(shù)應(yīng)滿足車輛短時極限工況。◎電機常用轉(zhuǎn)速應(yīng)處于高效區(qū)。◎?qū)τ谂来箝L坡車輛不能用電機過載工況完成，應(yīng)選擇額定 工況爬大長坡要求。◎電機額定電壓和電流應(yīng)與電池組輸出電壓和電流相匹配。

◎電機電壓和電流應(yīng)與電機控制器技術(shù)參數(shù)相匹配。

●電動機峰值功率及額定功率設(shè)計

設(shè)計時通常依據(jù)電動汽車的最高車速vmax（km/h）、初速度v0、 末速度v，加速時間和最大爬坡度來確定電機的功率。

●電動機額定轉(zhuǎn)速及最高轉(zhuǎn)速設(shè)計◎?qū)?jīng)常啟動、制動和反轉(zhuǎn)的電動車輛，選擇額定轉(zhuǎn)速時則 應(yīng)主要考慮縮短啟動、制動時間以提高生產(chǎn)率。

◎啟動、制動時間的長、短主要取決于電機的飛輪矩和額定 轉(zhuǎn)速，應(yīng)選擇較小的飛輪矩和額定轉(zhuǎn)速。

●電機額定電壓設(shè)計

電機額定電壓一般由所選取的電機參數(shù)決定，并與電動機 額定功率成正比，電機額定電壓越高電機的額定功率越大；電機的額定電壓一般在 300～650V范圍內(nèi)。

總結(jié)：電機設(shè)計要求復(fù)雜，精度高。尤其在低速或爬坡時，轉(zhuǎn)矩要高，在高速行駛時，轉(zhuǎn)矩要低；電機的調(diào)速范圍要寬，既要工作在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，又要運行在恒功率區(qū)，同時在整個調(diào)速范圍內(nèi)還得保持較高的運行效率；純電動汽車的電機應(yīng)有較高的轉(zhuǎn)矩／慣量比，盡可能寬的高效率區(qū)和良好的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性，目前交流異步電機和永磁同步電機在純電動汽車應(yīng)用較廣，各大主機廠在集成化，成本節(jié)約和效率提升還在不斷的尋求突破。

編輯：何安