終篇 純電動汽車電能驅動系統技術及設計

純電動汽車結構和設計不同于傳統的內燃機驅動汽車，作者在梳理新能源動力總成開發過程中的關鍵技術，為動力總成的設計和測試生產提供理論基礎和參考。計劃分為3個篇章來分析純電動汽車動力總成中電驅動關鍵技術，今天首先介紹一下電驅系統技術及設計。

●電機驅動系統定義

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

●電能驅動系統技術及設計

電能驅動系統技術參數設計的任務是合理匹配電驅動系統相關部件技術參數，滿足整車動力性能要求高效工作。電能驅動系統主要包括電動機、傳動機構和電機控制器等部件；電能驅動系統技術參數設計主要包括電動機的功率、 扭矩、轉速、電壓設計，減速機構傳動比和動力電源電容量、輸出功率、電壓、電流等設計。

新能源汽車動力性設計

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

◎最大爬坡度

●驅動力計算

●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。

驅動電機技術

●電機設計基本要求：◎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，因此，對電動機的選擇及參數匹配是設計純電動車輛動 力系統的關鍵之一?！驗榱烁咝阅艿仳寗榆囕v，在性能上要求驅動電機能夠頻繁起動/停車、加速／減速、轉矩控制的動態性能高?！蛟诘退倩蚺榔聲r，轉矩要高，在高速行駛時，轉矩要低?！螂姍C的調速范圍要寬，既要工作在恒轉矩區，又要運行在恒功率 區，同時在整個調速范圍內還得保持較高的運行效率。

◎純電動汽車的電機應有較高的轉矩／慣量比，盡可能寬的高效率 區和良好的轉矩轉速特性；目前永磁無刷電機系統具有最高的效率和轉矩慣量比，在電動車 輛中得到了較廣泛的應用。

●永磁直流無刷電機

采用半導體開關器件實現電子換向，即用電子開關器件代替傳統的接觸式換向和電刷，定子磁場與轉子永磁磁場之間的相互作用產生電 磁轉矩。可靠性高、無換向火花、機械噪聲低。

圖.永磁無刷直流電機結構

●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子，在磁路結構和繞組分布上感應電動勢波形為正弦，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。

兩者區別：◎無刷直流電機是一個系統－無刷直流電機系統，電機和控制器一體 化設計，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，變頻調速則需要一定算法。

●電機技術參數設計原則◎電機峰值參數應滿足車輛短時極限工況?！螂姍C常用轉速應處于高效區?！驅τ谂来箝L坡車輛不能用電機過載工況完成，應選擇額定 工況爬大長坡要求。◎電機額定電壓和電流應與電池組輸出電壓和電流相匹配。

◎電機電壓和電流應與電機控制器技術參數相匹配。

●電動機峰值功率及額定功率設計

設計時通常依據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。

●電動機額定轉速及最高轉速設計◎對經常啟動、制動和反轉的電動車輛，選擇額定轉速時則 應主要考慮縮短啟動、制動時間以提高生產率。

◎啟動、制動時間的長、短主要取決于電機的飛輪矩和額定 轉速，應選擇較小的飛輪矩和額定轉速。

●電機額定電壓設計

電機額定電壓一般由所選取的電機參數決定，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。

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

編輯：何安