電動汽車驅(qū)動電機選型探討

董銘

摘 要：隨著能源、環(huán)境問題越來越突出，純電動汽車的研究越來越被人們重視。驅(qū)動電機對于純電動汽車而言，是不可缺少的一部分，在純電動汽車中扮演著重要的角色。驅(qū)動電機的動力輸出對汽車的動力性能有著直接的影響。因此在純電動汽車中，驅(qū)動電機動力參數(shù)選型至關(guān)重要。文章討論了純電動汽車驅(qū)動電機參數(shù)選型的基本要求、純電動汽車用電動機性能參數(shù)初步確定的原則。

關(guān)鍵詞：純電動汽車；驅(qū)動電機；動力；選型

汽車作為當(dāng)今世界上的主要交通工具，其數(shù)量一直在持續(xù)增加。眾所周知，汽車尾氣的排放是造成大氣污染的主要原因之一，同時隨著汽車數(shù)量的不斷增加，對石油等能源的需求越來越大。純電動汽車作為低消耗零污染的新能源汽車得到國家和政府的大力支持。純電動汽車與傳統(tǒng)汽車在動力輸出上有很大的差別，本人在多年的研究過程中，通過實踐和分析總結(jié)了一些關(guān)于純電動汽車在動力系統(tǒng)匹配中驅(qū)動電機選型的基本原則。

1 純電動汽車驅(qū)動電機參數(shù)選型的基本要求

對于純電動汽車而言，其經(jīng)濟(jì)、動力性能指標(biāo)主要包括：最高時速（km/h）、百米加速時間（s）、連續(xù)爬坡速度（km/h）、最大的爬坡度（%）以及續(xù)航公里數(shù)（km）等。所以，在對純電動汽車的動力系統(tǒng)進(jìn)行匹配時主要針對上面提到的幾個指標(biāo)進(jìn)行匹配。

純電動汽車的驅(qū)動電機與燃油發(fā)動機有很大的不同，其中最主要的不同之處在于純電動汽車的驅(qū)動電機在額定轉(zhuǎn)速附近效率是最高的，并且能夠承受短時間內(nèi)的過載輸出。以下是純電動汽車驅(qū)動電機的主要特性：

（1）功率恒定區(qū)與扭矩恒定區(qū)：與傳統(tǒng)汽車的燃油發(fā)動機相比，純電動汽車的驅(qū)動電機在達(dá)到額定的轉(zhuǎn)速之前，驅(qū)動電機的扭矩是一個恒定的數(shù)值，其轉(zhuǎn)速與功率成正比例關(guān)系；當(dāng)驅(qū)動電機達(dá)到額定轉(zhuǎn)速之后，其功率變成額定值，轉(zhuǎn)速與扭矩成反比例關(guān)系。

（2）高效率區(qū)：在純電動汽車的中，最高的運行效率是在額定轉(zhuǎn)速附近的。

（3）零轉(zhuǎn)速扭矩的輸出：傳統(tǒng)汽車的燃油發(fā)動機其扭矩的輸出是在一定轉(zhuǎn)速下才能實現(xiàn)的，沒有轉(zhuǎn)速扭矩就無法輸出，并且輸出的扭矩也不能立刻達(dá)到最大值。而驅(qū)動電機能夠在零轉(zhuǎn)速時就能輸出扭矩并且達(dá)到最大值。

（4）過載輸出：在短時間內(nèi)（一般情況下為3min左右，與電機的設(shè)計以及散熱性能的好壞有關(guān)）驅(qū)動電機可以過載輸出，其λ（過載系數(shù)）在2附近波動。

由于純電動汽車受到技術(shù)（電池的續(xù)航能力等）、配套設(shè)施（充電樁等）的限制，目前主要是在城市區(qū)域內(nèi)使用，高速路上很少。因此其最高時速一般在100km/h之內(nèi)。在汽車的行駛過程中，急加速以及高速行駛時需要大功率的，而對于中低速的勻速行駛需要的功率是很小的，因此在設(shè)計的過程中充分的利用電機過載輸出的特性以此來提高加速性能，與此同時要使阻力功率保持早額定功率范圍之內(nèi)。因此，對于純電動汽車的驅(qū)動電機動力參數(shù)的選型要滿足以下幾點要求：

（1）電機的最大功率既要滿足電動汽車加速性能的要求又要滿足最高時速的要求。

（2）要保證驅(qū)動電機的額定功率滿足在車輛連續(xù)行駛過程中所需的功率，并且要剩余一定的電量（大約在10%左右）。

（3）要保證驅(qū)動電機的最大扭矩滿足急加速時所需的扭矩以及爬坡時最大爬坡度的要求，與此同時驅(qū)動電機的額定扭矩要滿足純電動汽車在市區(qū)行駛時連續(xù)爬坡的要求。

（4）驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速要盡可能在電機運行的高效率區(qū)附近工作，并且盡可能在使電機處在或者接近滿負(fù)載。

2 純電動汽車用電動機性能參數(shù)初步確定的原則

傳統(tǒng)汽車內(nèi)燃機的設(shè)計一般是依據(jù)汽車所達(dá)到的最高車速來對內(nèi)燃機的功率進(jìn)行初步的選擇。而對于純電動汽車來說，其動力是依靠電機來輸送的。電機的過載、“堵轉(zhuǎn)”以及速度-扭矩的特性使得它與內(nèi)燃機有著很大的區(qū)別。因此要想保證純電動汽車的動力以及續(xù)航能力，必須要選擇合理的驅(qū)動電機功率以及傳動比率。為了確定驅(qū)動電機的重要參數(shù)，下面介紹幾種重要的數(shù)學(xué)模型。

2.1 驅(qū)動電機額定功率的確定

純電動汽車驅(qū)動電機的額定功率是由汽車在行駛過程中最高的車速來確定的。

其中：PN為汽車電機的額定功率，其單位為kW；？濁T汽車行駛過程中的傳遞效率；m為汽車的最大質(zhì)量，其單位為kg；f為汽車行駛過程中的滾動摩擦系數(shù)；Cd為汽車行駛過程中的風(fēng)阻系數(shù)；A為汽車行駛過程中的迎風(fēng)面積，其單位為m2；Umax為汽車行駛過程中的最高車速，其單位為km/h。

2.2 驅(qū)動電機額定轉(zhuǎn)速的確定

純電動汽車的驅(qū)動電機額定轉(zhuǎn)速是由汽車在正常行駛過程中的常規(guī)車速來確定的。其公式為：nN=其中：nN為電機的額定轉(zhuǎn)速，其單位為r/min；ig為傳動比率；io為主減速比率；uN為常規(guī)的車速，其單位為km/h；r為滾動車輪的半徑，其單位為m。

2.3 驅(qū)動電機額定轉(zhuǎn)矩的確定

純電動汽車的驅(qū)動電機額定轉(zhuǎn)矩是由電機的額定功率與轉(zhuǎn)速的比值來確定的。MN=，其中MN為額定轉(zhuǎn)矩，其單位為N·m。

2.4 驅(qū)動電機低速轉(zhuǎn)矩的確定

在汽車爬坡過程中，假設(shè)是勻速行駛的，所受到的阻力中不考慮加速阻力，那么汽車所需要的電機驅(qū)動力的大小為：Ft=Ff+Fw+Fi其中：Ft為純電動汽車的驅(qū)動力，也就是爬坡所受的阻力；Ff為汽車行駛過程中所受的滾動阻力；Fw為汽車行駛過程中所受的空氣阻力；Fi為汽車行駛過程中所受的爬坡阻力。

3 結(jié)束語

純電動汽車作為一種新能源汽車，逐漸被越來越多的使用，而驅(qū)動電機作為純電動汽車的核心部分，其動力參數(shù)的選型對于純電動汽車來說至關(guān)重要。只有選擇正確的動力參數(shù)，純電動汽車才能在動力性能以及續(xù)航能力上滿足人們的需要。

參考文獻(xiàn)

[1]徐戰(zhàn)林，李博.純電動汽車驅(qū)動電機動力參數(shù)選型淺探[A].第六屆河南省汽車工程科技學(xué)術(shù)研討會論文集[C].2009.

[2]徐林勛，趙小羽，張送.純電動汽車驅(qū)動電機選型方法研究與計算界面設(shè)計[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2014，02：37-39.