技术│电动汽车驱动电机类型选择

原标题:技术│电动汽车驱动电机类型选择

根据纯电动(BEV)、混合动力汽车(HEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)电气化程度不同,结合车辆结构特点、工况中电机的需求,总结通用汽车在电动汽车生产方案中电机类型的选取。

1

概述

根据电气化程度不同,车辆可分为下列几种类型:传统燃油车、轻混、全混、插电式混合动力汽车、增程式电动汽车、纯电动汽车。

图1 车辆电气化程度分类

车辆电气化水平不同,电机的功率及电机功率损耗有很大不同。根据车辆的使用情况,电机连续运行和峰值运行存在较大区别,对电机的选型及其热电磁设计有很大影响。

常用的车用电机(永磁同步电机PMSM、感应电机IM和开关磁阻电机SRM)高效区分布如图2所示。下面分别对不同类型电动汽车电机类型选择进行分析。

图2 各类型电机高效区分布

  • 永磁同步电机:由于不需要励磁电流,永磁同步电机在标称转速范围内提供了较高的整体效率。永磁同步电动机的主要损失是铁损,主要发生在定子,可以通过机箱冷却系统来消除。永磁同步电机的功率密度和等效电流密度都超过了感应电机。其主要缺点是稀土磁体的成本相对较高。
  • 感应电机:感应的主要损失是欧姆损耗。由于磁场减弱范围内的磁化电流较低,欧姆损耗减少,因此感应电机提供了较宽的速度范围及高速区内相对较高的工作效率。缺点是转子的热损耗,需要冷却、限制过载容量;制造过程公差要小,以减少磁化电流,从而增加生产成本。
  • 开关磁阻电机:开关磁阻电机提供了与感应电机相似的功率密度和效率,且结构简单,无转子绕组,定子绕组集中,具有较好的热性能;但低速时转矩脉动大,控制相对复杂。

2

轻度混合动力汽车

轻度混合动力汽车搭载电机要满足车辆起步助力时启停需求,同时需要为车辆提供辅助动力。因此,对于轻度混合动力汽车的电机来说,在驱动模式下需要较高的启动和启动助力力矩,在较高的速度下需要相对较高的功率,以及在较宽的速度范围内能够良好的恒功率工作。在轻度混合动力系统中,电机通常是皮带驱动,时刻与发动机相连,即使不产生任何扭矩也要与发动机随转,则减小转子旋转损耗非常关键。感应电机非常适合上述要求,同时与永磁电机相比,成本更低。通用Chevrolet Lacrosse mild-hybrid正是选用的感应电机。

图3 轻度混合动力汽车电机转矩、功率需求示意

3

全混/插电式混合动力汽车

功率分流结构在全混和插电式混合动力汽车中很常见,通常有两台电机,一个电动机、一个发电机,在很大程度上决定了电机的选型和结构。

通用Cadillac CT6 PHEV功率流结构如图4所示,电机A在行星机构内随转,参与工作的情况比较少,多数时候不输出扭矩或输出很小的扭矩,因此CT6驱动系统中电机A选用感应电机。大多数情况能量流经电机B,从图5也可以看出电机转速需求不高,扭矩需求范围更宽,永磁电机能提供更高效率因而更适合,因此电机B选用永磁电机。

图4 Cadillac CT6 PHEV功率流

(a) 电机A

(b) 电机B

图5 卡迪拉克CT6在US06、Urban、Highway工况电机转速转矩

4

纯电动或增程式电动汽车

纯电动或增程式电动汽车的电机工作负荷明显高于全混合动力或插电式混合动力汽车的电机,电机转矩和功率要求也较高。

纯电动汽车:通常采用单电机驱动系统,同样驱动电机要能够满足所有车辆的加速和驱动要求。第一代通用纯电动Chevrolet Spark采用低速永磁电机,选择速比较小;第二代通用纯电动Chevrolet Bolt采用相对较高转速的永磁电机,选择速比较大。

增程式电动汽车:在第一代通用Chevrolet Volt驱动系统中,采用功率分流结构,主要驱动电机为电机B,同时单电机驱动模式也均由电机B驱动,因此电机B需要满足所有车辆的加速和驱动要求,永磁同步电机更加适合。

图6 Chevrolet Volt功率流

5

小结和展望

本文介绍了通用电动汽车电机选型,针对车辆结构特点和运行工况中电机工作特点,对电机类型的选择。后续文章我们将分析通用汽车新一代BEV/EREV相对于前一代电机设计上的优化,敬请关注。

参考文献

[1] Khwaja Rahman, et al. Retrospective of electric machines for EV and HEV traction applications at general motors[J]. IEEE Energy Conversion Congress&Exposition,2017.

[2] Michael A. Miller, et al. The GM “Voltec” 4ET50 Multi-Mode Electric Transaxle[J]. SAE 2011-01-0887.

[3] Thomas Finken, et al. Design of Electric Motors for Hybrid and Electric Vehicle Applications[J]. ICEMS 2009.

返回搜狐,查看更多

责任编辑:

声明:该文观点仅代表作者本人,搜狐号系信息发布平台,搜狐仅提供信息存储空间服务。
免费获取
今日搜狐热点
今日推荐