終篇 純電動(dòng)汽車電能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)及設(shè)計(jì)
純電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車,作者在梳理新能源動(dòng)力總成開發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù),為動(dòng)力總成的設(shè)計(jì)和測(cè)試生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)和參考。計(jì)劃分為3個(gè)篇章來(lái)分析純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成中電驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù),今天首先介紹一下電驅(qū)系統(tǒng)技術(shù)及設(shè)計(jì)。
●電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)定義
根據(jù)車輛動(dòng)力電池狀態(tài)和整車動(dòng)力需求,把車載儲(chǔ)能或發(fā)電裝置輸出的電能轉(zhuǎn)成機(jī)械能,并通過(guò)傳動(dòng)裝置將能量傳遞到驅(qū)動(dòng)輪,并在車輛制動(dòng)時(shí)把部分車輛機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能回饋到儲(chǔ)能裝置中。
●電能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)及設(shè)計(jì)
電能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)的任務(wù)是合理匹配電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)部件技術(shù)參數(shù),滿足整車動(dòng)力性能要求高效工作。電能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和電機(jī)控制器等部件;電能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)主要包括電動(dòng)機(jī)的功率、 扭矩、轉(zhuǎn)速、電壓設(shè)計(jì),減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比和動(dòng)力電源電容量、輸出功率、電壓、電流等設(shè)計(jì)。
新能源汽車動(dòng)力性設(shè)計(jì)
●動(dòng)力性參數(shù)◎最高車速水平良好路面上能夠達(dá)到的最高行駛車速?!蚣铀贂r(shí)間原地起步加速時(shí)間:以最大加速度達(dá)到某一預(yù)定車速所 需的時(shí)間。
◎最大爬坡度
●驅(qū)動(dòng)力計(jì)算
●行駛力計(jì)算
車輛的行駛阻力包括滾動(dòng)阻力,空氣阻力,坡度阻力和加速阻力等因素。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)
●電機(jī)設(shè)計(jì)基本要求:◎電機(jī)是純電動(dòng)車輛的唯一動(dòng)力源,其性能與電動(dòng)車輛整車性能密 切相關(guān),因此,對(duì)電動(dòng)機(jī)的選擇及參數(shù)匹配是設(shè)計(jì)純電動(dòng)車輛動(dòng) 力系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。◎?yàn)榱烁咝阅艿仳?qū)動(dòng)車輛,在性能上要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠頻繁起動(dòng)/停車、加速/減速、轉(zhuǎn)矩控制的動(dòng)態(tài)性能高?!蛟诘退倩蚺榔聲r(shí),轉(zhuǎn)矩要高,在高速行駛時(shí),轉(zhuǎn)矩要低?!螂姍C(jī)的調(diào)速范圍要寬,既要工作在恒轉(zhuǎn)矩區(qū),又要運(yùn)行在恒功率 區(qū),同時(shí)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)還得保持較高的運(yùn)行效率。
◎純電動(dòng)汽車的電機(jī)應(yīng)有較高的轉(zhuǎn)矩/慣量比,盡可能寬的高效率 區(qū)和良好的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性;目前永磁無(wú)刷電機(jī)系統(tǒng)具有最高的效率和轉(zhuǎn)矩慣量比,在電動(dòng)車 輛中得到了較廣泛的應(yīng)用。
●永磁直流無(wú)刷電機(jī)
采用半導(dǎo)體開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)電子換向,即用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向和電刷,定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)之間的相互作用產(chǎn)生電 磁轉(zhuǎn)矩??煽啃愿摺o(wú)換向火花、機(jī)械噪聲低。
圖.永磁無(wú)刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)
●永磁同步交流電機(jī)
與永磁無(wú)刷直流電機(jī)基本相同。定子三相分布繞組和永磁轉(zhuǎn)子,在磁路結(jié)構(gòu)和繞組分布上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形為正弦,外加的定子電壓和 電流也為正弦波,靠交流變壓變頻器提供。
兩者區(qū)別:◎無(wú)刷直流電機(jī)是一個(gè)系統(tǒng)-無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng),電機(jī)和控制器一體 化設(shè)計(jì),相互依存度高,電機(jī)和控制器不能獨(dú)立存在并獨(dú)立工作, 考核的是整體技術(shù)性能。永磁同步交流電機(jī)指的是一臺(tái)電機(jī),電機(jī) 和控制器可以獨(dú)立存在獨(dú)立工作,考核的是電機(jī)本身性能。
◎無(wú)刷直流電機(jī)反電勢(shì)多為方波,控制基本上不用什么算法,只依靠 轉(zhuǎn)子位置考慮給哪個(gè)繞組通電流即可。永磁同步交流電機(jī)反電勢(shì)多 為正弦波,變頻調(diào)速則需要一定算法。
●電機(jī)技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)原則◎電機(jī)峰值參數(shù)應(yīng)滿足車輛短時(shí)極限工況?!螂姍C(jī)常用轉(zhuǎn)速應(yīng)處于高效區(qū)?!?qū)τ谂来箝L(zhǎng)坡車輛不能用電機(jī)過(guò)載工況完成,應(yīng)選擇額定 工況爬大長(zhǎng)坡要求?!螂姍C(jī)額定電壓和電流應(yīng)與電池組輸出電壓和電流相匹配。
◎電機(jī)電壓和電流應(yīng)與電機(jī)控制器技術(shù)參數(shù)相匹配。
●電動(dòng)機(jī)峰值功率及額定功率設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)時(shí)通常依據(jù)電動(dòng)汽車的最高車速vmax(km/h)、初速度v0、 末速度v,加速時(shí)間和最大爬坡度來(lái)確定電機(jī)的功率。
●電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速及最高轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)◎?qū)?jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的電動(dòng)車輛,選擇額定轉(zhuǎn)速時(shí)則 應(yīng)主要考慮縮短啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間以提高生產(chǎn)率。
◎啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)、短主要取決于電機(jī)的飛輪矩和額定 轉(zhuǎn)速,應(yīng)選擇較小的飛輪矩和額定轉(zhuǎn)速。
●電機(jī)額定電壓設(shè)計(jì)
電機(jī)額定電壓一般由所選取的電機(jī)參數(shù)決定,并與電動(dòng)機(jī) 額定功率成正比,電機(jī)額定電壓越高電機(jī)的額定功率越大;電機(jī)的額定電壓一般在 300~650V范圍內(nèi)。
總結(jié):電機(jī)設(shè)計(jì)要求復(fù)雜,精度高。尤其在低速或爬坡時(shí),轉(zhuǎn)矩要高,在高速行駛時(shí),轉(zhuǎn)矩要低;電機(jī)的調(diào)速范圍要寬,既要工作在恒轉(zhuǎn)矩區(qū),又要運(yùn)行在恒功率區(qū),同時(shí)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)還得保持較高的運(yùn)行效率;純電動(dòng)汽車的電機(jī)應(yīng)有較高的轉(zhuǎn)矩/慣量比,盡可能寬的高效率區(qū)和良好的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性,目前交流異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)在純電動(dòng)汽車應(yīng)用較廣,各大主機(jī)廠在集成化,成本節(jié)約和效率提升還在不斷的尋求突破。
編輯:何安
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