電動汽車驅動電機功率密度

⑴ 滿足NVH和效率及功率密度要求的電動車橋

考慮到當前汽車動力總成系統的電氣化進程，對車橋提出了全新的技術要求。在進一步開發電動車橋時，法雷奧-西門子電動車公司推出了可對變流器、發動機和變速器等子系統實現機械、電氣和功能集成的電動車橋，並能滿足雜訊-振動-平順性（NVH）、效率以及功率密度等方面的要求。
1?產品要求及其生產業務的調整
根據研究人員的預測，在近10年間，約有25%以上的新車型將裝備電驅動裝置，其中一半是純電動汽車或燃料電池汽車。
汽車製造商為了使其品牌車型具有較高的市場份額，必須開發滿足所有功率等級需求的電驅動方案，因此其應用車型範圍包括最小的純電動汽車、銷售量不斷增長的混合動力汽車以及高級跑車。對於像法雷奧-西門子電動車公司等具有較高技術水平的整車驅動裝置供應商而言，則必須要採用可縮放的高級開發平台以及具有合理結構空間的模塊化解決方案，以便能使其適用於採用不同布局方式的汽車底盤和電路系統。
在進行由變流器、發動機和變速器等子系統組成的電動車橋（圖1）的產品開發過程時，研究人員必須有針對性地利用基於動力總成系統電氣化進程而提出的新要求和自由度。由於車輛結構新穎，須充分利用結構空間，只有通過3個子系統的高度系統集成才能達到該目標，其在機械、電氣和功能介面等方面可提供顯著的優化潛力 。
對於裝備電驅動裝置的車輛而言，使續航里程最大化是其開發的重點，因此產品性能除了具有較高的功率密度以及對電動車橋系統效率提出的較高要求之外，例如減輕動力總成系統質量以降低行駛阻力也有著重要意義。這些性能必須在滿足對電磁兼容性（EMV）、功能安全性和雜訊-振動-平順性（NVH）等要求的同時予以同步優化，但由此往往會產生技術爭議，從而要求對子系統及其介面進行全面的考慮，這些對開發電驅動系統提出的最重要的要求可分成6個基本標准，如圖2所示。

2 電動車橋的系統設計
在低功率等級中，研究人員通常選擇三相結構，以便使最大功率達到75～170 kW。無論是變流器功率模塊中的半導體數量以及由此帶來的電流承載能力對於可縮放性都是至關重要的。同時，研究人員應對冷卻系統結構進行優化，使其在最小的流通阻力下可實現最大的散熱量。
電機能通過其有效長度和定子中繞組的數量實現可縮放性，以便能按照所需的扭矩以確定電機的尺寸。
此外，最新一代的電機是按高轉速方案而設計的，其轉速可高達18 000 r/min。為了能將電機參數與車輪轉速和所需的扭矩相匹配，法雷奧-西門子電動汽車公司為最新的變速器選用了9～11的固定傳動比，並在成本和效率等方面有著顯著優勢。為了能通過提高生產數量以降低成本，平台所採用的策略目標是在寬廣的功率范圍中將殼體件、軸承、轉軸和冷卻通道結構等機械零部件以及板材截面均作為通用件而實現統一利用。盡管只有功率模塊和繞組等部件可實現尺寸的縮放，但是同時研究人員也應避免個別零部件尺寸過大。因此，研究人員在設計過程中需要注意，那些在高功率范圍也有著較高機械強度要求的構件（例如齒輪傳動級）在使用時應統一幾何尺寸，由此可通過高強度材料或相應的材料處理工藝以實現強化。

3 電動驅動單元
為了在400 V汽車電路情況下實現設備供應商（OEM）所提出的高功率需求，系統設計規定將6相驅動系統布局作為唯一的目標導向方案，從而能實現高達300 kW的最大功率。6相變流器-電機的結構布置示於圖3。

2台分別具有2個獨立三相繞組系統的電機由功率半導體器件進行控制，並布設於同一個殼體單元的同一根軸上。正如圖3所示，功率半導體器件可使用具有整體式門電路電極的硅雙極晶體管（IGBT），或使用通過門電路控制的硅碳化物場效應晶體管。另外，2個繞組系統彼此均按照規定的角度實現安裝。通過對繞組系統的置換控制，除了減小電機的電流波動和取消功率模塊的並聯布置方式之外，還能有效提升其效率和功率密度。研究人員通過選擇合理的結構布置方式，就能調整中間電路電容器的大小，再與相應的調節策略和模塊化策略相配合就能使這種變流器的尺寸減小約30%，從而減輕了系統質量和結構空間，並相應降低了成本。
圖4示出了電驅動單元的結構分解圖，並將在下文中予以介紹。能量流從蓄電池經過高電壓插頭（1）被導入變流器（2），直流接觸軌（3）通過電磁兼容性（EMV）濾波器（4）傳輸電流，以保證其他電控單元的電磁兼容性。液體冷卻的整流盒（7）由功率模塊（5）和中間電路電容器（6）組成，並被集成在一個壓鑄鋁殼體（8）中。車輛的低電壓接頭（9）位於1個匯總電控單元（10）上，並且半導體器件由1個同樣的匯總驅動單元（11）控制。通過交流電流進行測量（12）後，接線盒（13）中的電流接觸軌與6相電機連接（14）。另外，轉子位置感測器（16）的信號經過低電壓接頭（15）傳送，繞組頭部（17）中的電機溫度感測器控制分開的繞組。盡管採用了這種整體式結構型式，但由此可實現介面功能分開，並且有望在車輛使用周期內更換功率電子器件。

由於研究人員對扭矩密度、靈活性和效率提出了較高的要求，因而選用了永磁式同步電機。這種電機具有轉子內冷卻系統（18），因此即使在持續運作的情況下，該類同步電機仍能保持較為穩定的熱狀態，同時在其連續運轉時具有良好的效率。
定子（19）的冷卻過程是通過在過載電流與徑向環流之間設定1個最佳值來實現的，一方面通過該方式將電機調節到最好的熱狀況，另一方面使動力總成冷卻系統中的壓降保持在較低的狀態，以此減少了對車載水泵的功率需求。
電機與變速器共用1個中央軸承端蓋（20），這樣顯著優化了系統質量和功率密度，該2項數值明顯優於同類產品。
研究人員通過採用兩級圓柱斜齒輪傳動（21）實現了固定的傳動比，另外差速器（22）集成在緊湊的變速器殼體中。停車止動器執行機構通過變速器輸入軸（23）旁的1個手柄起作用，並且通過變流器來進行控制。
研究人員通過採用水-乙二醇作為冷卻液的高效冷卻系統（25），並對較低的壓力損失進行了優化，由此串聯冷卻變流器、電機和變速器。
本文所介紹的方案可使30 s內的峰值功率達到300 kW（a），傳遞至車輪的最大扭矩能達到5 700 N·m（b），持續扭矩為2 600 N·m（c），持續功率為120 kW（d）。在最低中間電路電壓為325 V的情況下，電機運行時的轉速-扭矩特性曲線包括所選擇的拐點都如圖5所示。

4 NVH和效率的優化潛力
除了功率密度和效率之外，電驅動裝置的雜訊特性也是最重要的參數之一，因此驅動裝置應具有盡可能好的靜音性，這對於產品開發而言就意味著必須降低電機與變速器的激勵頻率。電機的結構必須在功能和機械方面與變速器的結構進行整體考慮，以便在結構上達到最佳的設計方案，在早期開發階段就對模擬工具進行合理應用是成功的關鍵，同時可採用如下措施：增強易產生雜訊的零件的剛度、實現變速器的微觀嚙合，調整電機齒輪螺旋角的匹配方式以及電機轉子的電磁設計方案等。法雷奧-西門子電動車公司的NVH開發過程示於圖6。
最後，在系統整個運行范圍內開關頻率的變動和調制方法的變化也是目標導向措施，以便優化整個系統的聲學性能。提高開關頻率不僅能減小電流的波動，而且也能減小扭矩的波動，從而改善NVH特性，並同時提高電機的效率，但是過大地提高脈寬調制（PWM）頻率會導致過大比例的變流器損失和總傳動損失，因此在系統層面上，NVH與效率之間存在著1個最佳狀況，並且與部分文獻中所述的情況不同，這兩方面的性能並非必然會使彼此之間存在矛盾。
作者：[德] A.H?FER等
整理：范明強
編輯：伍賽特
本文來源於汽車之家車家號作者，不代表汽車之家的觀點立場。

⑵ 電動汽車用電動機性能要求有哪些

電動汽車驅動系統是電動汽車最關鍵的子系統，擔負著將電能轉變為機械能，並通過傳動裝置將能量傳遞到車輪進而驅動車輛按照駕駛員意志行駛的重任。電動汽車電動機是驅動系統的心臟。當電動機空氣質量選擇恰當時，驅動系統的新能就取決於驅動電動機。
電動汽車用驅動電機通常要求能夠頻繁啟動／停車、加速／減速，低速和爬坡時要求高轉矩，高速行駛時要求低轉矩，並要求變速范圍大。其主要參數包括：電動機類型、額定電壓、機械特性、效率、尺寸參數、可靠性和成本等。另外為電動汽車電動機所配置的電以常規車速確定電機額定轉速子控制系統和驅動系統也會影響驅動電動機的性能。
1）高電壓。在允許范圍內盡量採用高電壓，可減小電動機的尺寸和導線等裝備的尺寸，特別是可降低逆變器的尺寸。
2）高轉速。高轉速電動機體積小、質量輕
，有利於降低電動汽車的整車整備質。
3）質量輕。電動機採用鋁合金外殼
，以降低電以額定功率
／轉速確定電機額定轉矩動機質量、各種控制器裝備的質量和冷卻系統的質量等也要求盡可能輕。
4）較大的起動轉矩和較大范圍的調速性能。這樣使電動汽車有良好的啟動性能和加速性能。電動機有自動調速功能，因此可以減輕駕駛員的操縱強度，提高駕駛的舒適性
，
並且能達到與內燃機汽車加速踏板同樣的控制響應。
5）效率高、損耗少，並具有制動能量回收功能。電動汽車應具有最優化的能量利用，以在車載總能量不變的情況下最大限度的增加續駛里程，再生制動回收的能量一般可達到總能量的10％～20％，這是在內燃機汽車上不能實現的。
6）必須有高壓保護設備。
7）可靠性好、耐溫耐潮性能強及運行時雜訊低。

⑶ 純電動汽車電機選用指標有哪些

在目前所用的電動機驅動系統中，直流電機雖然具有良好的控制特性，但由於其自身固有的缺陷，在電動汽車中用的越來越少。採用鼠籠式感應電動機結構簡單，運行可靠，大量應用在電動汽車中，但功率密度和效率一般。開關磁阻電機結構更為簡單，轉矩慣量比也較高，但由於力矩波動及雜訊過大，在電動汽車上用得還不普遍。永磁無刷電動機具有最高的效率、轉矩慣量比，在電動汽車中得到了較廣泛的應用。
因為汽車使用工況比較復雜，所以電動汽車對電機的要求比較高，主要的基本要求有如下幾點：
(1)較大范圍的調速性能。
(2)高效率，低損耗。
(3)在車輛減速時實現制動能量回收並反饋蓄電池。
(4)電動機的質量、各種控制裝置的質量和冷卻系統的質量等盡可能小。
(5)對電氣系統安全性和控制系統的安全性，都必須符合國家(或國際)有關車輛電氣控制的安全性能的標准和規定，裝置高壓保護設備。
(6)可靠性好，耐溫和耐濕性能強，能夠在較惡劣的環境下長期工作。

⑷ 電動汽車對電機性能有什麼要求

汽車行駛的特點是頻繁地啟動、加速、減速、停車等，在低速或爬坡時需要高轉矩，在高速行駛時需要低轉矩。電動機的轉速范圍應能滿足汽車從零到最大行駛速度的要求，即要求電動機具有高的功率密度。
在研發電動汽車電機驅動系統時，測試電機性能在新能源汽車測試項目中，有個叫實際工況模擬實驗，這就要求測試系統的系統控制響應性能好，具體的可參考致遠電子的電機測試系統。

⑸ 新能源汽車的電池能量密度一般有多少

現在新能源汽車的電池有兩種，一種是磷酸鐵鋰電池。一種是三元鋰電池，它的能量密度都不同，一般在100左右。

⑹ 新能源汽車電機

永磁交流電動機需要將位置信號傳給電機控制器，以便實現閉環控制。以前用光學編碼器，現在用旋轉變壓器。旋轉變壓器是一種輸出電壓隨轉子轉角變化的信號元件。以上回答希望對你有用。

⑺ 電動汽車有哪幾種驅動電機

直流電動機、交流電動機、永磁同步電動機交流非同步電動機等等

⑻ 電動汽車一般用什麼驅動電機呢

新能源汽車的主流電機有直流電機，非同步電機，永磁同步電機三種。永磁同步電動機其具有轉速范圍廣、功率密度高、工藝簡單、體積小且運行可靠耐用的特點，成為主流實至名歸。非同步電機雖然成本低、維修方便，但效率低、調速性差。只是少量車型選用，但也不乏主流車型，從目前來看，該類電機不會成為趨勢。永磁同步電動機的結構與直流電動機相似，這樣便可具備無刷直流電動機結構簡單、運行可靠、功率密度大、調速性能好等特點。與此同時，由於永磁同步電動機採用的驅動方式不同於直流電動機，所以，在噪音以及控制環節上，永磁同步電動機更勝一籌。

⑼ 新能源汽車驅動電機與工業驅動電機有何不同

相似之處：

1.它們都是馬達

看似廢話，我想說的是，電動車的電機只是一種電機，沒什麼特別的。分析方法逃不過常見的電磁分析方法，計算工具都是有限元軟體，模擬求解器都是基於瞬態求解器，電磁方程逃不過麥克斯韋方程。沒什麼大不了的，是有特殊負載要求的電機。

2.分類和控制是一樣的

電動汽車也分為感應電機和永磁電機，控制理論和方法與工業電機沒有區別。

差異：

1.嚴格的體積和重量要求

因為是車載，所以這個要求比較突出。普通工業電機對尺寸和重量沒有這么嚴格的要求，因為工業場地巨大，一般都是先達到工業目標。不同的電動汽車，其尺寸和重量決定了其動力性能和駕駛體驗，直接影響產品質量。所以電動車電機的難點在於提高功率重量密度和功率體積密度。電機越小越輕越厲害越好。

2.獨特的扭矩特性

啟動或低速時需要超高扭矩，這樣汽車的速度才能以最快的方式提高到所需的速度。通用工業電機沒有這么高的啟動速度要求。同時，需要在高速時提供足夠的動力，使汽車能夠高速巡航。

3.調速范圍寬

最大速度可能是電機基本速度的四倍甚至更高。目前電動車的最佳解決方案是省去多速變速箱，只使用固定齒輪組。這樣電機的轉速范圍越寬越好。以特斯拉的S型為例，電機最高轉速可以達到18000轉/分，相當可怕。這是對電力電子調速器的一個巨大考驗。

4.全面的效率要求

與電力機車不同，電力機車由受電弓供電，電動汽車由電池供電，續航里程完全取決於電機效率。電機效率每增加1%，續航里程可增加1%。因此，電機的效率非常高。再高一點就是勝利，每一點能量都要優化。

5.其他人

至於低噪音、高穩定性、合理散熱、性價比等等，我就不提了。這些是基本要求。

技術細節：

1.扭矩-速度效率分布圖：

電動汽車電機的效率分布圖應如下：

電動車電機和工業電機有什麼異同？

整機的設計目前已經基本達到了電機設計的極限，可以稱之為手工藝。

⑽ 為什麼國家規定十三五新能源汽車的電機峰值功率密度到達4KW/kg

功率密度是指電機單位質量所能提供的功率，要求電機質量變得越來越小，二峰值功率要越來越大，這樣可以節省製造和使用成本。