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電動汽車驅動電機類型選擇

2019-07-12 23:16:11·  來源：中國汽研汽車工程研發(fā)中心  
　
根據(jù)純電動（BEV）、混合動力汽車（HEV）、插電式混合動力汽車（PHEV）電氣化程度不同，結合車輛結構特點、工況中電機的需求，總結通用汽車在電動汽車生產方案中

根據(jù)純電動（BEV）、混合動力汽車（HEV）、插電式混合動力汽車（PHEV）電氣化程度不同，結合車輛結構特點、工況中電機的需求，總結通用汽車在電動汽車生產方案中電機類型的選取。

1、概述

根據(jù)電氣化程度不同，車輛可分為下列幾種類型：傳統(tǒng)燃油車、輕混、全混、插電式混合動力汽車、增程式電動汽車、純電動汽車。

圖1 車輛電氣化程度分類

車輛電氣化水平不同，電機的功率及電機功率損耗有很大不同。根據(jù)車輛的使用情況，電機連續(xù)運行和峰值運行存在較大區(qū)別，對電機的選型及其熱電磁設計有很大影響。

常用的車用電機（永磁同步電機PMSM、感應電機IM和開關磁阻電機SRM）高效區(qū)分布如圖2所示。下面分別對不同類型電動汽車電機類型選擇進行分析。

圖2 各類型電機高效區(qū)分布

- 永磁同步電機：由于不需要勵磁電流，永磁同步電機在標稱轉速范圍內提供了較高的整體效率。永磁同步電動機的主要損失是鐵損，主要發(fā)生在定子，可以通過機箱冷卻系統(tǒng)來消除。永磁同步電機的功率密度和等效電流密度都超過了感應電機。其主要缺點是稀土磁體的成本相對較高。

- 感應電機：感應的主要損失是歐姆損耗。由于磁場減弱范圍內的磁化電流較低，歐姆損耗減少，因此感應電機提供了較寬的速度范圍及高速區(qū)內相對較高的工作效率。缺點是轉子的熱損耗，需要冷卻、限制過載容量；制造過程公差要小，以減少磁化電流，從而增加生產成本。

- 開關磁阻電機：開關磁阻電機提供了與感應電機相似的功率密度和效率，且結構簡單，無轉子繞組，定子繞組集中，具有較好的熱性能；但低速時轉矩脈動大，控制相對復雜。

2、輕度混合動力汽車

輕度混合動力汽車搭載電機要滿足車輛起步助力時啟停需求，同時需要為車輛提供輔助動力。因此，對于輕度混合動力汽車的電機來說，在驅動模式下需要較高的啟動和啟動助力力矩，在較高的速度下需要相對較高的功率，以及在較寬的速度范圍內能夠良好的恒功率工作。在輕度混合動力系統(tǒng)中，電機通常是皮帶驅動，時刻與發(fā)動機相連，即使不產生任何扭矩也要與發(fā)動機隨轉，則減小轉子旋轉損耗非常關鍵。感應電機非常適合上述要求，同時與永磁電機相比，成本更低。通用Chevrolet Lacrosse mild-hybrid正是選用的感應電機。

圖3 輕度混合動力汽車電機轉矩、功率需求示意

3、全混/插電式混合動力汽車

功率分流結構在全混和插電式混合動力汽車中很常見，通常有兩臺電機，一個電動機、一個發(fā)電機，在很大程度上決定了電機的選型和結構。

通用Cadillac CT6 PHEV功率流結構如圖4所示，電機A在行星機構內隨轉，參與工作的情況比較少，多數(shù)時候不輸出扭矩或輸出很小的扭矩，因此CT6驅動系統(tǒng)中電機A選用感應電機。大多數(shù)情況能量流經電機B，從圖5也可以看出電機轉速需求不高，扭矩需求范圍更寬，永磁電機能提供更高效率因而更適合，因此電機B選用永磁電機。

圖4 Cadillac CT6 PHEV功率流

(a) 電機A

(b) 電機B
圖5 卡迪拉克CT6在US06、Urban、Highway工況電機轉速轉矩

4、純電動或增程式電動汽車

純電動或增程式電動汽車的電機工作負荷明顯高于全混合動力或插電式混合動力汽車的電機，電機轉矩和功率要求也較高。

純電動汽車：通常采用單電機驅動系統(tǒng)，同樣驅動電機要能夠滿足所有車輛的加速和驅動要求。第一代通用純電動Chevrolet Spark采用低速永磁電機，選擇速比較?。坏诙ㄓ眉冸妱覥hevrolet Bolt采用相對較高轉速的永磁電機，選擇速比較大。

增程式電動汽車：在第一代通用Chevrolet Volt驅動系統(tǒng)中，采用功率分流結構，主要驅動電機為電機B，同時單電機驅動模式也均由電機B驅動，因此電機B需要滿足所有車輛的加速和驅動要求，永磁同步電機更加適合。

圖6 Chevrolet Volt功率流

5、小結和展望

本文介紹了通用電動汽車電機選型，針對車輛結構特點和運行工況中電機工作特點，對電機類型的選擇。后續(xù)文章我們將分析通用汽車新一代BEV/EREV相對于前一代電機設計上的優(yōu)化，敬請關注。
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