基于標(biāo)準(zhǔn)化的新能源汽車電機(jī)應(yīng)用研究

王凱 王亭亭 王繼源

摘 要：本文探討標(biāo)準(zhǔn)化對新能源汽車電機(jī)各方面的要求。列舉當(dāng)前汽車電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)中的不足及需要改進(jìn)之處，介紹當(dāng)前行業(yè)高端產(chǎn)品性能特點(diǎn)。并對標(biāo)準(zhǔn)化對今后新能源汽車電機(jī)應(yīng)用，包括電機(jī)的設(shè)計(jì)與制造、測試和驗(yàn)證、集成和系統(tǒng)優(yōu)化等問題，進(jìn)行了深入地論證。通過論證，認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)化是我國新能源汽車電機(jī)發(fā)展必要環(huán)節(jié)，對促進(jìn)了新能源汽車電機(jī)行業(yè)的健康發(fā)展、提高生產(chǎn)效率、增強(qiáng)產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性、推動技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級都有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)化，新能源汽車，電機(jī)

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.04.011

0 引 言

新能源汽車電機(jī)的性能、安全性和效率標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，這對新能源汽車電機(jī)的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用帶來了巨大的挑戰(zhàn)。不同的地區(qū)、不同的制造商可能會有各自的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這不利于新能源汽車電機(jī)的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展。在這種情況下，通過標(biāo)準(zhǔn)化可以對電機(jī)各項(xiàng)參數(shù)、安全性能和效率進(jìn)行明確要求，能有效保證新能源汽車電機(jī)的性能和安全，也能夠提高新能源汽車電機(jī)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。標(biāo)準(zhǔn)化為電機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、測試和驗(yàn)證提供了統(tǒng)一的準(zhǔn)則，因此標(biāo)準(zhǔn)化越來越被重視。

1 新能源汽車電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)要求

1.1 電機(jī)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化要求

標(biāo)準(zhǔn)化要求電機(jī)應(yīng)能在各種工況下保持較高的運(yùn)行效率，以提高新能源汽車的行駛里程和能源利用效率，應(yīng)對電機(jī)效率進(jìn)行嚴(yán)格的測試和驗(yàn)證，確保其符合相關(guān)的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1]。當(dāng)前我國新能源汽車電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)主要參照GB/T 18488.1-2015《電動汽車用驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng) 第1部分：技術(shù)條件》。在技術(shù)條件上，目前只對750 V及以下電壓等級電機(jī)進(jìn)行了規(guī)定，但現(xiàn)在800 V甚至更高電壓等級的電機(jī)已經(jīng)面世。因此，在電機(jī)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化上，應(yīng)當(dāng)跟上市場腳步并帶有行業(yè)前瞻性。另外電機(jī)的最大功率和最大扭矩也是需要標(biāo)準(zhǔn)化的重要參數(shù)，這兩個(gè)參數(shù)直接影響新能源汽車的加速性能和爬坡性能。為此應(yīng)對電機(jī)的最大功率和最大扭矩進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定，使其滿足各種駕駛工況的需求。此外，電機(jī)的噪聲和X＼Y＼Z三軸振動不僅影響駕駛者的駕駛體驗(yàn)，也影響電機(jī)的穩(wěn)定性和壽命，應(yīng)對電機(jī)的噪聲和振動進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定，使其在各種工況下都能保持低噪聲和低振動的性能。電機(jī)掃頻振動嚴(yán)酷等級見表1。

1.2 電機(jī)安全性能標(biāo)準(zhǔn)化要求

安全是電機(jī)最重要的指標(biāo)，而絕緣性能標(biāo)準(zhǔn)化是首要考慮的安全參數(shù)。高級別的絕緣材料的使用以及絕緣等級的嚴(yán)格控制在電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造過程中至關(guān)重要。同時(shí)，電機(jī)的工作溫度范圍和過載能力也需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，工作中的電機(jī)會產(chǎn)生熱量，如果無法及時(shí)散熱，可能會引發(fā)安全事故，電機(jī)需要裝配過熱保護(hù)裝置，一旦電機(jī)溫度超過閾值，應(yīng)立即啟動保護(hù)裝置并切斷電源，避免過熱[2]。電機(jī)在使用過程中會暴露在灰塵、水等環(huán)境中，可能會對電機(jī)的絕緣性能造成損害并引發(fā)安全事故，因此電機(jī)需進(jìn)行有效的防塵和防濕處理，具備一定的防護(hù)等級。此外，電機(jī)的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)化也是必需的，工作過程中的電機(jī)會產(chǎn)生電磁干擾，不僅影響其他電子設(shè)備的正常運(yùn)行，也影響駕駛者的健康，因此電機(jī)需降低電磁干擾以滿足電磁兼容性的標(biāo)準(zhǔn)。電機(jī)重要安全性能指標(biāo)見表2。

1.3 電機(jī)效率和能耗標(biāo)準(zhǔn)化要求

電機(jī)效率是電機(jī)輸出功率與輸入功率之比，它直接影響新能源汽車的能源利用率和行駛續(xù)航里程，電機(jī)應(yīng)在全工況范圍內(nèi)盡可能保持高效率，以降低能源消耗并提高行駛續(xù)航里程，還要對電機(jī)效率進(jìn)行嚴(yán)格的測試和驗(yàn)證，以確保其滿足相關(guān)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。電機(jī)的能耗標(biāo)準(zhǔn)化也非常關(guān)鍵，電機(jī)的能耗與新能源汽車的運(yùn)行成本和碳足跡密切相關(guān)，應(yīng)在滿足性能需求的同時(shí)盡可能降低，以提高能源效率并降低運(yùn)營成本，對電機(jī)的能耗進(jìn)行精確的測試和評估，以滿足節(jié)能減排的目標(biāo)[3]。此外，電機(jī)的能量損失也是電機(jī)效率和能耗標(biāo)準(zhǔn)化中的重要參數(shù)，電機(jī)的能量損失主要包括銅損、鐵損、機(jī)械損和其他損失，應(yīng)對電機(jī)的各種能量損失進(jìn)行詳細(xì)地測試和分析，以找出改進(jìn)的方向并提高電機(jī)效率。主流高端新能源電動車電機(jī)效率見表3。

2 標(biāo)準(zhǔn)化對新能源汽車電機(jī)應(yīng)用的影響

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化對電機(jī)設(shè)計(jì)和制造的影響

從設(shè)計(jì)角度看，標(biāo)準(zhǔn)化為電機(jī)的性能參數(shù)（如功率、扭矩、效率等）設(shè)定了明確的標(biāo)準(zhǔn)，這為設(shè)計(jì)工程師提供了明確的設(shè)計(jì)目標(biāo)，對電機(jī)的噪聲、振動、工作溫度等也有明確的限制，這將影響電機(jī)的設(shè)計(jì)方案和材料選擇，從安全性能考慮，絕緣性能、防護(hù)等級和電磁兼容性等，將確保電機(jī)在使用過程中的安全和穩(wěn)定。從制造角度看，標(biāo)準(zhǔn)化不僅對電機(jī)的性能有要求，也對電機(jī)的制造工藝有明確的規(guī)范，包括電機(jī)的組裝、測試等，這將影響電機(jī)的制造過程和制造成本，也對提高電機(jī)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量有著積極的推動作用[4]。以華為DriveOne三合一電機(jī)為例，該電機(jī)深度集成電機(jī)控制器（MCU）、永磁電機(jī)和減速器。其設(shè)計(jì)和制造嚴(yán)格遵循了國際和國家的電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，使得DriveOne三合一電機(jī)在性能上有著優(yōu)越的表現(xiàn)，輸出峰值扭矩達(dá)3400 Nm，峰值效率達(dá)90%，噪聲值低至78dBA。標(biāo)準(zhǔn)化在新能源汽車電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造過程中起到了決定性的作用，它不僅保證了電機(jī)的性能和安全，也提高了電機(jī)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，推動了新能源汽車行業(yè)的發(fā)展。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)化對電機(jī)測試和驗(yàn)證的影響

標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定了一套明確、統(tǒng)一的測試和驗(yàn)證方法，確保了各類電機(jī)產(chǎn)品在不同的場合、不同的地區(qū)和不同的制造商之間都能有公平、公正的比較基礎(chǔ)。從測試角度來看，它明確了電機(jī)性能參數(shù)的測試方法，包括電機(jī)效率、功率、扭矩等，還有對電機(jī)工作溫度、噪聲、振動等進(jìn)行測試的規(guī)定，這些都要求使用特定的測試設(shè)備和測試條件，確保了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性，對于安全性能，如電機(jī)的絕緣性能、防護(hù)等級和電磁兼容性等也有嚴(yán)格的測試要求[5]。從驗(yàn)證角度來看，標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定了電機(jī)的驗(yàn)證程序和標(biāo)準(zhǔn)，確保了電機(jī)在設(shè)計(jì)和制造后的性能能滿足設(shè)計(jì)要求和用戶需求，標(biāo)準(zhǔn)化的驗(yàn)證程序?qū)μ嵘姍C(jī)的可靠性和安全性起到了關(guān)鍵作用。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)化對電機(jī)集成和系統(tǒng)優(yōu)化的影響

標(biāo)準(zhǔn)化為電機(jī)集成提供了規(guī)范和要求，確保了電機(jī)與車輛系統(tǒng)的高效配合，同時(shí)也對系統(tǒng)優(yōu)化提供了參考和依據(jù)，為提升整車性能和安全性提供了支持。對于電機(jī)集成，它規(guī)定了電機(jī)接口的標(biāo)準(zhǔn)，包括物理接口和通信接口，以確保電機(jī)能夠與車輛的其他系統(tǒng)如控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等順利配合。此外，電機(jī)的尺寸、形狀、重量等也有明確的標(biāo)準(zhǔn)，為電機(jī)的布局和安裝提供了指導(dǎo)。在電機(jī)集成的過程中，標(biāo)準(zhǔn)化還要求對電機(jī)的性能、安全性和耐久性進(jìn)行驗(yàn)證，以確保電機(jī)在車輛系統(tǒng)中的正常運(yùn)行。對于系統(tǒng)優(yōu)化，通過對電機(jī)性能參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)人員可以對電機(jī)的效率、功率、扭矩等進(jìn)行優(yōu)化，以提高整車的動力性能和能源利用率。通過對電機(jī)安全性能的標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)人員可以對電機(jī)的絕緣性能、防護(hù)等級和電磁兼容性進(jìn)行優(yōu)化，以提高整車的安全性能。以華為DriveOne多合一電機(jī)為例，該電機(jī)集成電機(jī)控制器（MCU）、永磁同步電機(jī)、減速器、車載充電機(jī)（OBC）、電壓變換器（DC/DC）及電源分配單元（PDU）等部件。其在電機(jī)的集成和系統(tǒng)優(yōu)化過程中，嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)化要求，預(yù)留多功能接口、縮小尺寸，確保了電機(jī)能夠與多種類型車輛系統(tǒng)高效配合，通過對電機(jī)性能參數(shù)和安全性能的優(yōu)化，成功提升了整車的性能和安全性。

3 結(jié) 語

綜上所述，標(biāo)準(zhǔn)化在新能源汽車電機(jī)的應(yīng)用中扮演著至關(guān)重要的角色，它引導(dǎo)并規(guī)范了電機(jī)設(shè)計(jì)、制造、測試、驗(yàn)證以及集成和系統(tǒng)優(yōu)化等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，保證了電機(jī)性能的一致性和可比較性。標(biāo)準(zhǔn)化也促進(jìn)了新能源汽車電機(jī)行業(yè)的健康發(fā)展，提高了生產(chǎn)效率，增強(qiáng)了產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性，同時(shí)還推動了技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級。然而，隨著新能源汽車技術(shù)的快速發(fā)展和市場需求的變化，標(biāo)準(zhǔn)化需要不斷地進(jìn)行更新和完善，以滿足新的技術(shù)和市場需求，新能源汽車電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化也需要在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)和一致，以推動新能源汽車電機(jī)的全球應(yīng)用和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

王凱，本科，工程師，研究方向?yàn)殡姎猱a(chǎn)品檢測與設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：袁文靜）