純電動汽車電機選型問題的探討

潘慧寬

摘要：驅(qū)動電機作為電動汽車最核心部件之一，它的選型對于電動汽車而言非常重要。本文將從電機類型、功率、效率、可靠性、工藝難度、成本等方面來考慮，并依據(jù)市場現(xiàn)有市場狀況，充分討論電動汽車電機的選型問題，可用于相關企業(yè)在根據(jù)自己需求選擇電動汽車驅(qū)動電機時參考。

關鍵詞：純電動汽車：電動機；永磁同步電機

中國大力發(fā)展電動汽車產(chǎn)業(yè)對于汽車行業(yè)而言，傳統(tǒng)汽車行業(yè)落后于歐美國家，但新能源汽車方面，大有彎道超車的趨勢。作為電動汽車的關鍵技術之一，電機驅(qū)動及其控制技術的研究具有極其重要的位置，不同的電機決定電動汽車不同的性能，直接影響用戶的駕駛體驗。所以，對于電動汽車，選擇合適的驅(qū)動系統(tǒng)顯得十分重要。

1、純電動汽車介紹

純電動汽車，它是完全由可充電電池提供動力源的汽車。按照用途不同分類，純電動汽車可分為電動轎車、特種電動車和電動客車等。

（1）電動轎車是目前最常見的純電動汽車，就國內(nèi)而言，除了一些概念車，如蔚來ES8，純電動轎車已經(jīng)有了大批量生產(chǎn)，尤其在中大型城市，比較廣泛的進入汽車市場。例如比亞迪E6，北汽E150，長安C206等。

（2）特種電動車主要包括電動環(huán)衛(wèi)車，電動灑水車，電動垃圾車，電動物流車等。例如2013年，長沙中聯(lián)重科量產(chǎn)28KW環(huán)衛(wèi)車，北汽福田量產(chǎn)16噸電動灑水車均交付成都環(huán)衛(wèi)部門使用，客戶使用效果良好。

（3）純電動客車已經(jīng)開始大批量進入市場，按車長分主要包括6.5米、8.5米、10.5米、12米，主要生產(chǎn)企業(yè)為鄭州宇通客車，北汽福田客車，金龍客車，中通客車，珠海銀隆客車等等，各大城市電動客車，尤其是電動公交車保有量直線上升。

2、電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的選擇

2.1電動汽車對驅(qū)動系統(tǒng)的要求

電機驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的核心，電動汽車的電動機應性能優(yōu)越，一般而言應具備瞬時功率大，過載能力強，加速性能優(yōu)越，較長的使用壽命等特點。此外，電動機的調(diào)速范圍應較寬，特別是恒轉(zhuǎn)矩區(qū)與恒功率區(qū)。

圖1所示為純電動汽車電機控制系統(tǒng)機械特性曲線，這條特性曲線分為兩個區(qū)域：I區(qū)為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，功率隨轉(zhuǎn)速的提高線性增加：Ⅱ區(qū)為恒功率區(qū)，轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的提高呈雙曲線衰減。對于城市工況和山區(qū)旅游用汽車，經(jīng)常處于起動、停車，加速、減速的狀態(tài)，轉(zhuǎn)速小，但要求輸出轉(zhuǎn)矩的變化較大，需要克服慣性阻力，這種工況下的汽車絕大多數(shù)時間運行于恒轉(zhuǎn)矩區(qū)中；而對于行駛于高速公路上的汽車而言，汽車行駛比較平穩(wěn)，車速高，沒有特別大的加、減速情況，轉(zhuǎn)矩消耗比較小，主要用來克服行駛阻力，大多數(shù)時間運行于恒功率區(qū)。根據(jù)上述需要和現(xiàn)有的研究，可以將純電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的主要要求歸納如下：

1.在恒轉(zhuǎn)矩和恒功率區(qū)域，有較寬的調(diào)速范圍和快速的轉(zhuǎn)矩響應；

2.基速以下輸出大轉(zhuǎn)矩；

3.盡可能全速運行范圍內(nèi)的效率優(yōu)化；

4.高功率密度和高恒功率比、良好的環(huán)境適應性、高可靠性和強魯棒性；

5.有高效的制動能量回收能力，提高車輛的續(xù)航里程；

6.電機轉(zhuǎn)矩模式運行時轉(zhuǎn)矩控制精度高，轉(zhuǎn)速模式運行時轉(zhuǎn)速控制精度高，要求有較高的標定水平，適應整車控制器對電機的精確控制；

7.電機體積小、質(zhì)量輕、能量密度高，具有抗撞擊、抗振動及抗腐蝕能力、外觀設計良好，且價格合理；

8.工藝要求，電機及控制結(jié)構(gòu)設計要求，符合目前工業(yè)加工制造水平，具備大批量生產(chǎn)的可行性。

2.2驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)的比較

電機驅(qū)動及其控制系統(tǒng)包括電機本體、控制器兩大部分，是電動汽車的核心組成部分之一。目前，正在應用或開發(fā)的電動汽車驅(qū)動電機主要有直流電機、交流感應電機、永磁同步電機三類。各種電機的性能、工藝、成本等特點，將在下面做出較為詳細的介紹，從而來選擇合適電機系統(tǒng)。

1.直流電機驅(qū)動系統(tǒng)

直流電機的制造技術較為成熟、調(diào)速性能平滑并且精確、結(jié)構(gòu)簡單，電磁轉(zhuǎn)矩控制特性優(yōu)良，一般采用脈寬調(diào)制控制方式，控制簡單、成本低。但直流電機驅(qū)動系統(tǒng)體積大，效率低，可靠性低，需要經(jīng)常維護，限制了電動機的過載能力和速度的進一步提高。目前很多純電動汽車上已經(jīng)基本不用直流電動機，但在低速車，由于控制技術及制造工藝較為成熟，比如觀光巡邏車上還有部分使用直流電機系統(tǒng)，例如廣州朗晴電動車有限公司，仍有大部分低速車產(chǎn)品采用直流電機系統(tǒng)。

2.交流異步電機驅(qū)動系統(tǒng)

交流感應電機具有堅實可靠、免維護、體積小、重量輕、價廉、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、比功率較高、轉(zhuǎn)速高、易冷卻、對環(huán)境的適應性好、功率容量范圍寬廣、使用壽命長和功率因素變化大等許多優(yōu)點。目前，矢量控制獲得動、靜態(tài)性能優(yōu)良，可與直流調(diào)速相媲美；直接轉(zhuǎn)矩控制因其控制簡單，動態(tài)性能好，受電機參數(shù)影響小，在機車牽引等領域顯示了廣闊的應用前景。

3.交流永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)

永磁同步電機系統(tǒng)具有效率高、功率密度大、可靠性高以及調(diào)速范圍寬等優(yōu)點，還具有低噪聲，體積小，轉(zhuǎn)動慣量小，脈動轉(zhuǎn)矩小，高控制精度的特點，在轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速控制精度上，國內(nèi)先進的電機制造廠商可以達到轉(zhuǎn)矩誤差在0.5NM以內(nèi)，轉(zhuǎn)速誤差在1RPM以內(nèi)。特別適用于純電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)。電動汽車所用的永磁同步電機正在向大功率、高轉(zhuǎn)速、高效率和小型化方向發(fā)展。當今世界已研制出功率密度超過0.8KW/kg且額定效率大于94%的車用永磁同步電動機系統(tǒng)，并且滿足低速大扭矩和高速衡功率的牽引控制要求。

3.對于純電動汽車電機系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)建議

目前，純電動汽車的動力系統(tǒng)基本都是采樣永磁同步電機。應用品種包括大巴車、公交車、轎車、物流車，甚至部分低速車市場，大有統(tǒng)占純電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的趨勢。市場上保有量比較大產(chǎn)品，比如有長安逸動電動版，吉利帝豪電動版，北汽E150、大巴車類型有宇通、中通、金龍、福田、海格等廠家得產(chǎn)品，低速車比如雷丁汽車，均采用永磁同步電機系統(tǒng)為主要驅(qū)動方式。目前低速車領域廣泛選用交流異步電機驅(qū)動系統(tǒng)，國際最知名的電動汽車廠商美國特斯拉電動汽車也選用交流異步電機系統(tǒng)作為驅(qū)動電機系統(tǒng)。

據(jù)統(tǒng)計，永磁同步電機系統(tǒng)市場占有率超過95%，在國內(nèi)，比較知名的永磁同步電機系統(tǒng)供應商有中山大洋電機、上海大郡、上海電驅(qū)動（已被大洋電機收購）、北京精進電動、深圳匯川技術、深圳英威騰、深圳藍海華騰等等。

4.結(jié)語

在中國，政府已經(jīng)將發(fā)展電動汽車列為重要國策加入到國家發(fā)展規(guī)劃中去，各大車企及零配件制造商紛紛響應。期待電動汽車有一個美好的未來，更好的造福人類。