電動物流汽車驅(qū)動電機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

李樹金

摘 要：隨著我國快遞業(yè)務(wù)井噴式的發(fā)展，物流車輛的數(shù)量也在快速增長。在能源制約、環(huán)境污染等大背景下，我國政府把發(fā)展電動物流汽車作為解決能源及環(huán)境問題、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重大舉措之一，各汽車生產(chǎn)企業(yè)也將電動物流車作為搶占未來汽車產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)的重要戰(zhàn)略方向。電機(jī)作為電動物流汽車的關(guān)鍵部件，目前使用較多的是交流異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)，這些電機(jī)各自都有優(yōu)缺點(diǎn)。從技術(shù)發(fā)展角度來看，永磁化電機(jī)將是一個發(fā)展趨勢。同時，從車用電機(jī)的安裝方便性等方面來看，輪轂電機(jī)將是電動物流汽車的最理想的驅(qū)動方式。

關(guān)鍵詞：電動物流汽車；電機(jī)；現(xiàn)狀與趨勢

中圖分類號：F253.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： With the development of China's express delivery business blowout， a rapid growth in the number of logistics vehicles. In the context of energy constraints， environmental pollution， our government put the development of electric vehicles as a logistics solution to energy and environmental problems and realize the sustainable development of one of the major initiatives， the auto production enterprises will also electric car logistics as an important strategic direction grab the commanding heights of the auto industry in the future， the key components of the motor for electric vehicle logistics is currently using more ac asynchronous motor， permanent magnet synchronous motor and switched reluctance motor， the motor has advantages and disadvantages of each. From the angle of technological development， permanent magnetic motor will be a development trend. At the same time， from the point of automotive electrical installation convenience， etc， will be electric logistics hub motor car driving mode of the ideal.

Key words： electric automobile logistics； the motor； current situation and trend

電動物流汽車是新能源汽車中發(fā)展較快的一個類型。新能源汽車用的驅(qū)動電機(jī)要滿足頻繁啟/停、加減速，爬坡或低速時能提供較大轉(zhuǎn)矩，在高速行駛時提供小轉(zhuǎn)矩高轉(zhuǎn)速，而且變速范圍要寬。由于新能源汽車車載能源為動力電池，容量有限，為獲得最大的行駛里程，大多數(shù)車輛都采用了能量回饋技術(shù)，即在汽車制動時，通過控制器將車輪損耗的動能反饋到電池中，并使電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，將發(fā)出的電輸送到電池中[1]。因此，電動汽車的驅(qū)動機(jī)不能單純的稱為電動機(jī)，而應(yīng)稱為電機(jī)。

科技部要求新能源汽車技術(shù)研發(fā)將重點(diǎn)圍繞電機(jī)驅(qū)動與電力電子、動力電池與電池管理等6個技術(shù)方向展開?？己酥笜?biāo)為電機(jī)控制器峰值功率密度≥17kW/L，最高效率≥98.5%，匹配電機(jī)額定功率20kW至60kW，功能安全滿足ISO26262標(biāo)準(zhǔn)ASCIL C級的要求，設(shè)計壽命達(dá)到15年或40萬公里；裝車應(yīng)用≥10 000套[2]。

1 電動物流汽車對電機(jī)的要求

與工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械、家用電器等的電機(jī)相比，電動物流汽車用驅(qū)動電機(jī)的工作比較特殊：

（1）電機(jī)工況復(fù)雜：電動汽車經(jīng)常啟停、加減速、上下坡等，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和功率變化頻繁。

（2）電機(jī)在沖擊、振動的環(huán)境下工作：電動汽車的顛簸和振動都會傳遞給電機(jī)，此外，電機(jī)還要承受汽車在緊急制動、急轉(zhuǎn)彎、急加速時的慣性力。

（3）車載電源能量有限：電動汽車的電源能源是有限的，當(dāng)能量用盡時，需要停止運(yùn)行，進(jìn)行充電或添加燃料來恢復(fù)其消耗的能量。

（4）電機(jī)本身也是負(fù)載：電機(jī)及其控制器本身的質(zhì)量也是車輛質(zhì)量的一部分。

與工業(yè)用電機(jī)相比，針對電動物流汽車的驅(qū)動特點(diǎn)所設(shè)計的電機(jī)有著特殊的性能要求：

（1）電動物流汽車驅(qū)動電機(jī)要滿足頻繁的啟停、加減速、轉(zhuǎn)矩控制的動態(tài)性能要求較高，電機(jī)要有自動調(diào)速功能，能減輕使用者的操作強(qiáng)度，提高駕駛的舒適性，并且控制響應(yīng)能達(dá)到與燃油車油門踏板同樣的要求。

（2）在允許范圍內(nèi)盡量采用高電壓，可減小電機(jī)和逆變器及其它裝備的尺寸。

（3）為了減少整車的重量，通常取消多級變速器，這就要求在低速或爬坡時，電機(jī)可以提供較高的轉(zhuǎn)矩，通常來說要能夠承受4～5倍的過載。

（4）調(diào)速范圍要寬，還需要在整個調(diào)速范圍內(nèi)保持較高的運(yùn)行效率。

（5）電機(jī)設(shè)計時盡量設(shè)計為高額定轉(zhuǎn)速，同時盡量采用鋁合金外殼，各種控制器裝備的質(zhì)量和冷卻系統(tǒng)的質(zhì)量等也要求盡可能小，有利于減少電動汽車的重量。

（6）電動汽車應(yīng)具有最優(yōu)化的能量利用，具有制動能量回收功能，再生制動回收的能量一般要達(dá)到總能量的10%～20%。

（7）電機(jī)工作環(huán)境較差，要求電機(jī)要有很好的可靠性、耐高低溫和耐潮性好、噪聲低運(yùn)行，同時還要保證電機(jī)的制造成本低。

（8）為保證安全，需要安裝高壓保護(hù)設(shè)備。

（9）結(jié)構(gòu)要簡單以便于維修，價格還要低廉。

2 電動物流汽車常用電機(jī)類型

直流電機(jī)、交流異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)是電動物流汽車常用的驅(qū)動電機(jī)。直流電機(jī)應(yīng)用最早，這種電機(jī)的特點(diǎn)是控制性能好、成本低，但其重量過大、效率低、電刷和滑環(huán)的存在增加維護(hù)成本，尤其是電刷的磨損會帶來安全隱患。

電動物流汽車對車用電機(jī)的要求不斷提出新的要求，隨著電控、機(jī)械制造和材料等技術(shù)的進(jìn)步，交流異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)的性能將更為優(yōu)越，是目前應(yīng)用較為廣泛的電動物流汽車用電機(jī)。電動物流汽車常用電機(jī)的性能和優(yōu)缺點(diǎn)比較及應(yīng)用車型如表1、表2所示。

3 電動物流汽車用電機(jī)發(fā)展趨勢

3.1 永磁同步電機(jī)

由于永磁同步電機(jī)效率高、轉(zhuǎn)矩密度高、高效區(qū)寬、調(diào)速范圍寬、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，電機(jī)永磁化是未來電機(jī)的發(fā)展趨勢之一[4]。

3.2 輪轂電機(jī)

輪轂電機(jī)技術(shù)又稱為車輪內(nèi)裝式電機(jī)技術(shù)，是一種將電機(jī)、傳動系統(tǒng)和制動系統(tǒng)融為一體的輪轂裝置技術(shù)。輪轂電機(jī)可采用永磁無刷、直流無刷、開關(guān)磁阻等電機(jī)類型。由于電機(jī)處于車輪輪轂內(nèi)，受體積限制，要求電機(jī)為扁形結(jié)構(gòu)，即電機(jī)短而粗。

輪轂電機(jī)具有：更方便的底盤布置，更靈活的供電系統(tǒng)，更好的汽車底盤主動控制性能，最優(yōu)的驅(qū)動力分配等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。

由于采用了電動輪驅(qū)動的形式，沒有了機(jī)械傳動系，使車廂的空間更大，底盤布置更靈活，底盤通用性增強(qiáng)。同時，汽車的電源供電系統(tǒng)無論是采用燃料電池、超級電容或者蓄電池，或者是它們的組合，都不受限制，原來的機(jī)械硬連接動力傳動形式也變?yōu)殡娎|進(jìn)行供電的軟連接形式。

輪轂電機(jī)的控制響應(yīng)快、精度高，并且每個驅(qū)動輪由各自的控制器控制，可以實(shí)現(xiàn)最理想的控制效果。輪轂電機(jī)也有比如密封和起步電流/扭矩間的平衡關(guān)系，以及轉(zhuǎn)向時驅(qū)動輪的差速問等題，但從電機(jī)驅(qū)動技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢來看，輪轂電機(jī)將是電動物流汽車最理想的驅(qū)動方式。

4 結(jié)束語

2015年，我國快遞業(yè)務(wù)總量達(dá)到211億件，同比增長54%，相比去年提高8%。隨著整個快遞業(yè)務(wù)量的爆發(fā)，物流車輛的增長數(shù)量也得到了快速增長。在能源制約、環(huán)境污染等大背景下，我國政府把發(fā)展電動物流汽車作為解決能源及環(huán)境問題、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重大舉措之一，各汽車生產(chǎn)企業(yè)也將電動物流汽車作為搶占未來汽車產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)的重要戰(zhàn)略方向[5]。在政府與企業(yè)的共同努力下，我國電動物流汽車近幾年展現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭。電機(jī)作為電動物流汽車上的關(guān)鍵零部件，其技術(shù)、產(chǎn)品品質(zhì)等還要提升，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還不完善，整個行業(yè)還處于起步階段，關(guān)鍵技術(shù)方面還落后于發(fā)達(dá)國家。因此，加快新一代電機(jī)等技術(shù)研發(fā)，已成為我國“十三五”規(guī)劃的重點(diǎn)突破方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李登辰. 輪邊驅(qū)動電動汽車高速齒輪系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D]. 青島：青島科技大學(xué)（碩士學(xué)位論文），2014.

[2] 劉重才. 電動物流車放量催生電機(jī)需求[N]. 上海證券報，2015-12-10（A06）.

[3] 陳藝端. 改進(jìn)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)互感耦合開關(guān)磁阻電機(jī)性能的研究[D]. 北京：北京交通大學(xué)（碩士學(xué)位論文），2014.

[4] 佚名. 電動物流汽車驅(qū)動電機(jī)技術(shù)挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢聚焦[EB/OL]. （2015-04-20）[2016-12-05]. http：//www.caam.org.

[5] 高國華. 強(qiáng)力扶持促電動物流汽車行業(yè)高成長[N]. 金融時報，2014-07-11（007）.