《新能源汽車概論》項目三新能源汽車核心技術(shù)任務(wù)二新能源汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)電機驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車中把電能轉(zhuǎn)換為機械能的動力部件。

本任務(wù)主要介紹新能源汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)。ONTENTSC學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)實施任務(wù)評價知識擴展目標(biāo)了解電機驅(qū)動系統(tǒng)的組成掌握電機驅(qū)動系統(tǒng)的基本術(shù)語12掌握電機驅(qū)動系統(tǒng)的類型3一、電機驅(qū)動系統(tǒng)認(rèn)知1驅(qū)動系統(tǒng)概述電機驅(qū)動系統(tǒng)電機將電機控制器傳輸過來的電能轉(zhuǎn)換成機械能傳輸給動力分配裝置電機控制器將外界輸入的信號進行處理并轉(zhuǎn)換成能驅(qū)動電機功率信號動力分配裝置將電機傳輸過來的機械能分配給車輪行駛冷卻系統(tǒng)給整個電機驅(qū)動系統(tǒng)進行冷卻，保證電機驅(qū)動系統(tǒng)在正常的工作范圍內(nèi)新能源汽車的電機驅(qū)動系統(tǒng)電氣系統(tǒng)電機電機控制器高壓線束機械系統(tǒng)動力分配裝置等構(gòu)成一、電機驅(qū)動系統(tǒng)認(rèn)知2電機驅(qū)動系統(tǒng)相關(guān)術(shù)語額定功率在額定條件下的輸出功率。峰值功率在規(guī)定的持續(xù)時間內(nèi)，電機允許的最大輸出功率。額定轉(zhuǎn)速額定功率下電機的轉(zhuǎn)速。最高工作轉(zhuǎn)速相應(yīng)于電動汽車最高設(shè)計車速的電機轉(zhuǎn)速。額定轉(zhuǎn)矩電機在額定功率和額定轉(zhuǎn)速下的輸出轉(zhuǎn)矩。峰值轉(zhuǎn)矩電機在規(guī)定的持續(xù)時間內(nèi)允許輸出的最大轉(zhuǎn)矩。電機及控制器整體效率電機轉(zhuǎn)輸軸輸出功率除以控制器輸入率再乘以100%。一、電機驅(qū)動系統(tǒng)認(rèn)知2電機驅(qū)動系統(tǒng)相關(guān)術(shù)語以2t型環(huán)衛(wèi)車電機參數(shù)為例。額定功率：30kW；峰值功率：60kW；額定轉(zhuǎn)速：3000r/min；最大轉(zhuǎn)速：8000r/min；額定轉(zhuǎn)矩：96N·m；峰值轉(zhuǎn)矩：200N·m；額定效率（包括控制器）：≥93%；效率如圖所示。電機在超過額定范圍條件下工作時，將有一定的時間限制，如15min峰值工況、30min峰值工況等。3新能源電動汽車對電機驅(qū)動系統(tǒng)的要求一、電機驅(qū)動系統(tǒng)認(rèn)知1新能源電動汽車在運行時要滿足帶負載起步要求，同時，在汽車加速和加速時，還應(yīng)有較強的短時過載能力，這是汽車能夠正常行駛的必要條件。起動力矩大且過載能力強234峰值電流應(yīng)小于動力電池最大放電允許電流以避免電機損壞。普通電機起動電流較大，需設(shè)法改善電機的起動特性，促進電機驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)揮最大性能。限制電機過大的峰值電流當(dāng)電機有較寬的調(diào)速范圍，高、低速各工況均能高效運行，并保持理想調(diào)速特性。調(diào)速范圍寬當(dāng)電機正反兩個方向都可以正常運行時，汽車倒車時就不必切換齒輪來實現(xiàn)倒擋，使汽車操縱行駛更加流暢。電機能夠正反轉(zhuǎn)兩個方向運行5使汽車降速制動和下坡滑行時經(jīng)電機，將更多動能轉(zhuǎn)化為電能回饋給動力電池來提高續(xù)駛里程。方便、高效地實現(xiàn)發(fā)電反饋678當(dāng)電磁制動的動態(tài)響應(yīng)極快時，可及時準(zhǔn)確地的對前、后、左、右車輪制動力適宜分配，提高汽車安全性。設(shè)法使電機同時具有電磁制動功能提高電機的動態(tài)響應(yīng)性可改善行駛中可控制性能。促使車輛操作更加順暢，行駛更加穩(wěn)定。調(diào)速響應(yīng)快車輛行駛時，突發(fā)狀況不可避免。所以，應(yīng)利用故障容錯性，確保電動汽車故障時，仍能夠“坡腳回家”以避免交通堵塞及不可預(yù)計的人身傷害。運行平穩(wěn)及可靠性高二、電機驅(qū)動系統(tǒng)的分類1直流電機驅(qū)動系統(tǒng)直流電機驅(qū)動系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速調(diào)整器、電流調(diào)整器、觸發(fā)電路、驅(qū)動電路、測速電路、整流電路、H橋型電路、電機組成。電機控制器一般采用脈寬調(diào)制（PWM）斬波控制模式。在驅(qū)動電機部分，永磁式直流電機的定子磁極是永久磁體組成的，利用永磁提供磁場，使轉(zhuǎn)子在磁場的作用下旋轉(zhuǎn)。二、電機驅(qū)動系統(tǒng)的分類2交流異步電機驅(qū)動系統(tǒng)交流異步電機驅(qū)動系統(tǒng)由高壓動力電池、升壓轉(zhuǎn)換器、變頻器、電機等組成。電機控制器采用PWM方式實現(xiàn)直流到三相交流的電源變換，采用變頻調(diào)速方式實現(xiàn)電機調(diào)速，采用矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制策略實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)矩控制的快速響應(yīng)。二、電機驅(qū)動系統(tǒng)的分類3交流永磁電機驅(qū)動系統(tǒng)正弦波永磁同步電機控制器采用PWM方式實現(xiàn)高壓直流到三相交流的電源變換，采用變頻調(diào)速方式實現(xiàn)電機調(diào)速；梯形波無刷直流電機控制通常采用“弱磁調(diào)速”方式實現(xiàn)電機的控制。正弦波永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)低速轉(zhuǎn)矩脈動小且高速恒動率區(qū)調(diào)速更穩(wěn)定。梯形波無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)正弦波永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)交流永磁電機驅(qū)動系統(tǒng)二、電機驅(qū)動系統(tǒng)的分類4開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)電機控制方法：模糊滑模。開關(guān)磁阻電機：系統(tǒng)的主要組成部分，實現(xiàn)由電能向機械能的轉(zhuǎn)化。結(jié)構(gòu)最為簡單，定、轉(zhuǎn)子均為普通硅鋼片疊壓而成的雙凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子上沒有繞組，定子裝有簡單的集中繞組，具有結(jié)構(gòu)簡單堅固、可靠性高、質(zhì)量輕、成本低、效率高、溫升低、易于維修等諸多優(yōu)點。目前純電動汽車所用電機均為永磁同步電機。交流永磁電機采用稀土永磁體勵磁，與感應(yīng)電機相比不需要勵磁電路，具有效率高、功率密度大、控制精度高、轉(zhuǎn)矩脈動小等特點。開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)功率變化器控制器開關(guān)磁阻電機傳感器三、新能源汽車電驅(qū)動的發(fā)展方向1純電驅(qū)動汽車用電機及其控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化研究目標(biāo)：掌握電驅(qū)動汽車用電機及其控制系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)；提高系統(tǒng)功率密度、轉(zhuǎn)矩密度、效率和可靠性等性能；開發(fā)系列化產(chǎn)品，實現(xiàn)批量化生產(chǎn)。主要研究內(nèi)容：研究高密度、高集成度、高效率電機及其控制系統(tǒng)；研究電機與機電耦合裝置的集成技術(shù)；研究車載環(huán)境下電機系統(tǒng)熱管理與減震降噪技術(shù)；研究電機系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性、可靠性與耐久性預(yù)測和評估方法；研究電機系統(tǒng)的產(chǎn)品化應(yīng)用技術(shù)；研究批量生產(chǎn)的先進制造技術(shù)和質(zhì)量控制技術(shù)。三、新能源汽車電驅(qū)動的發(fā)展方向2下一代電驅(qū)動系統(tǒng)的研究與開發(fā)研究目標(biāo)：開發(fā)新一代電驅(qū)動總成系統(tǒng)，掌握產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)的核心關(guān)鍵技術(shù)。主要研究內(nèi)容：開展電機、減速裝置、制動器和輪轂的一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)研究，研究高密度高效率控制技術(shù)、冷卻與熱管理技術(shù)、NVH技術(shù)、新結(jié)構(gòu)新材料應(yīng)用技術(shù)等。研究多相電機高密度高效率設(shè)計技術(shù)、電機驅(qū)動及控制技術(shù)、系統(tǒng)集成設(shè)計、熱管理及容錯技術(shù)等。研究機電耦合動力系統(tǒng)總成及其控制單元、電機協(xié)調(diào)控制技術(shù)、電機與變速箱結(jié)構(gòu)集成及其附件設(shè)計、系統(tǒng)熱分析預(yù)熱管理系統(tǒng)設(shè)計等。研究電力電子集成封裝與互聯(lián)技術(shù)、機-電-熱-磁多領(lǐng)域驗證技術(shù)、層疊目排與電解電容/膜電容模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)、多功能全數(shù)字控制電路小型化與EMC技術(shù)、集成控制器多參量測試方法等。主要考核指標(biāo)：重點考核系統(tǒng)和總成的功率密度、轉(zhuǎn)矩密度、系統(tǒng)效率等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的先進性和可行性，提供下一代電驅(qū)動系統(tǒng)樣機，并完成相應(yīng)的測試與評價，完成相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的提案等。以比亞迪秦為例，講述新能源高壓驅(qū)動系統(tǒng)模塊一高壓驅(qū)動系統(tǒng)指的是由動力電池為整車提供驅(qū)動力的一整套裝置總稱。提供電壓電流到高壓配電箱。一、動力電池包在車上的位置分配高壓電流給電機控制器。二、高壓配電箱在車上的位置1.將動力電池包提供的高壓直流電逆變成高壓交流電，通過三相線供給驅(qū)動電機，同時通過低壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，將高壓電轉(zhuǎn)化為12V的低壓電，為整車所有低壓電器供電。三、電機控制器在車上的位置2.在起動電池虧電時，DC會給起動電池充電保證起動電池一直有電。三、電機控制器在車上的位置提供的動力轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動系統(tǒng)的傳遞作用于驅(qū)動輪，促進車輪行駛。四、電機在車上的位置所有電壓電流的傳遞。五、動力線在車上的位置以北汽EV160為例，講述新能源高壓驅(qū)動系統(tǒng)模塊二啟動車輛為車輛提供動力，并進行能量回收。一、電機動力分配；汽車加速時，驅(qū)動電機控制器根據(jù)相應(yīng)油門信號增大輸出給電機的電流，電機加速轉(zhuǎn)動，增加轉(zhuǎn)矩并通過傳動系統(tǒng)驅(qū)動車輪加速行駛；反之汽車減速時，電機控制信號根據(jù)減速信號，將車輪在減速過程中的動能通過電機產(chǎn)生反向電動勢回饋給動力電池。二、驅(qū)動電機控制器將電能轉(zhuǎn)化為機械能傳遞車輪，促使車輛行駛。三、減速器總成能夠冷卻電機驅(qū)動系統(tǒng)部件，能保持電機驅(qū)動系統(tǒng)在適宜溫度下工作。四、電驅(qū)冷卻系統(tǒng)2.

“在規(guī)定的持續(xù)時間內(nèi)，電機允許的最大輸出功率”指的是（

）。峰值轉(zhuǎn)矩峰值功率額定功率最高工作轉(zhuǎn)速CBAD選擇題1.下列不是電機控制器主要部件的是（

）。驅(qū)動單元控制單元功率單元電子控制器CBAD4.下列不屬于新能源電動汽車對電機驅(qū)動系統(tǒng)要求是（

）。易實現(xiàn)轉(zhuǎn)速超過10000r/min方便、高效地實現(xiàn)發(fā)電反饋起動力矩大且過載能力強運行平穩(wěn)及可靠性高CBAD選擇題3.“相應(yīng)于電動汽車最高設(shè)計車速的電機轉(zhuǎn)速”指的是（

）。額定轉(zhuǎn)矩峰值轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)速最高工作轉(zhuǎn)速CBAD選擇題5.下列不是交流異步電機驅(qū)動系統(tǒng)的組成是（

）。高壓動力電池升壓轉(zhuǎn)換器H橋型電路電機CBAD填空題寫出箭頭所指部件的名稱：電動汽車驅(qū)動總成技術(shù)研究現(xiàn)狀1美國代表車型Model3電驅(qū)動總成Model3三合一集成電驅(qū)動系統(tǒng)采用平行軸T型結(jié)構(gòu)。電機類型選用永磁同步電機，相比ModelS采用的異步電機，效率大幅提升，與ModelS相比，電池到車輪的驅(qū)動系統(tǒng)效率提高了6%。冷卻設(shè)計上，電機和減速器采用油冷，逆變器采用水冷，提升電機性能，兼顧電池加熱，提升了車輛適應(yīng)冬季的性能。電機與減速器共用殼體深度集成，最高轉(zhuǎn)速可達到17900r/min。Model3三合一電驅(qū)動總成重量90kg，峰值功率165kW,三合一總成功率密度達到1.83kW/kg。電動汽車驅(qū)動總成技術(shù)研究現(xiàn)狀2歐洲代表車型第四代和第五代電驅(qū)動系統(tǒng)2014年，歐洲代表車型第四代電驅(qū)動總成搭載i3量產(chǎn)上市，電機、減速器、功率電子裝置輕度物理集成；逆變器、DC/DC、充電機之間深度集成為功率電子裝置。第四代電驅(qū)動總成驅(qū)動電機輸出功率達到125kW，電機功率密度達到3.81kW/kg，電驅(qū)動總成重量80.5kg。與第四代總成相比較，第五代電驅(qū)動總成從輕量化、功率密度提升、成本降低、量產(chǎn)工藝和寬禁帶半導(dǎo)體應(yīng)用等五個方面做了提升。采用模塊化架構(gòu)設(shè)計，可適配不同車型的安裝空間和功率要求；電機與減速器共用殼體，采用油冷電機設(shè)計；采用更緊湊設(shè)計、線圈制作更容易（插針繞組）；采用輕質(zhì)鋁合金制外殼電機，電機可擴充多種性能應(yīng)用，降低了稀土材料應(yīng)用比例，預(yù)計2020年量產(chǎn)。電動汽車驅(qū)動總成技術(shù)研究現(xiàn)狀3日本代表車型B-Axle“三合一”驅(qū)動系統(tǒng)2017年9月日本電產(chǎn)宣布其研發(fā)的“三合一”驅(qū)動系統(tǒng)E-Axle量產(chǎn)上市，該電驅(qū)動系統(tǒng)采用平行軸品型機構(gòu)，減速器速比11.2，最高輸出轉(zhuǎn)速達到1450rpm，最大軸端輸出轉(zhuǎn)矩3900Nm。電機輸出功率達到150kW，三合一總重量達到83kg，總成功率密度達到1.81kW/kg。同時，采用電機及減速器共油冷設(shè)計，通過SplashCooling和FlowCooling二種油冷方式提升功率密度。采用圓導(dǎo)線精密排線高槽滿率繞組工藝，縮短了線圈端部，高速渦流損耗低。電動汽車驅(qū)動總成技術(shù)研究現(xiàn)狀4國內(nèi)代表車企三合一平臺國內(nèi)代表車企比亞迪推出了e平臺電驅(qū)動系統(tǒng)采用電機、控制器、變速器高度集成，擁有A+、A、B、C共4個平臺化系列產(chǎn)品，使得不同功率的產(chǎn)品可快速開發(fā)并適配于不同車型，滿足了A00、A0、A、B級等轎車對動力性加速和爬坡的需求。電動汽車驅(qū)動總成技術(shù)研究現(xiàn)狀4國內(nèi)代表車企三合一平臺2018年，一汽奔騰X40EV搭載的CAM210PT1型電驅(qū)動系統(tǒng)采用三合一軸向