關于新能源汽車的驅動電機系統(tǒng)設計與研究

董靜 潘江如 茍春梅

摘 要：為了有效提升新能源汽車電機系統(tǒng)運作效率，大幅降低汽車行業(yè)的能源消耗，當前急需對新能源汽車的驅動電機系統(tǒng)進行優(yōu)化設計。本文在分析當前我國新能源汽車的基本驅動電機系統(tǒng)現(xiàn)狀基礎上，從設計標準、評價體系等方面出發(fā)，進一步對其進行優(yōu)化設計與研究，以改善新能源汽車的電機結構，提升系統(tǒng)的輸出效率。

關鍵詞：新能源汽車；驅動電機；系統(tǒng)設計；研究

驅動電機系統(tǒng)具有驅動性特征，可決定汽車的行駛軌跡、方向等，是新能源汽車的核心部件之一。近幾年，新能源汽車快速生產(chǎn)，規(guī)模不斷擴大，其對更為高效的驅動電機系統(tǒng)要求日漸凸顯，高效、高可靠性、小型輕量、轉矩特性強、使用壽命長、低價和噪聲等，成為新能源汽車驅動電機發(fā)展的主要趨勢。因此，低碳經(jīng)濟背景下，關于新能源汽車驅動電機系統(tǒng)的設計與研究，變得極為重要。

一、新能源汽車及驅動電機的發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)過數(shù)十年的積累，以及國家政策的扶持與引導，現(xiàn)階段，我國新能源汽車進入了發(fā)展快車道，行業(yè)規(guī)模不斷擴大。據(jù)電動汽車資源網(wǎng)報道顯示，2016年，我國新能源汽車的產(chǎn)銷已成為全球第一，其中自主品牌汽車超過90%。截至2017年末，我國我國新能源汽車累計銷量已達180萬輛，在全球的占比超過了50%。其中，全國充電樁達45萬個，公共充電樁21萬個，較上年增長51%，樁比約為3.8：1；動力電池裝機總電量為36.24GWh，同比2016年增長了29%以上，主要公司包括寧德時代、沃特瑪、比亞迪、智航和孚能等。且我國新能源汽車的市場份額、銷量與增速，均位列全球第一。

為此，新能源汽車對驅動電機的要求不斷增加，主要體現(xiàn)為以下幾點。第一，體積小、重量輕；第二，價格相對較低；第三，保持運行范圍內(nèi)的高速運轉；第四，在任何情況下均具有較高的安全性與可靠性；第五，款范圍內(nèi)功率恒定不變，低速大轉矩；且即使缺乏變速器，電機本身也會滿足所需扭矩特性。綜合上述五點要求可知，當前，國內(nèi)對新能源汽車驅動點擊提出了新的、更高的需求。包括優(yōu)化設計電機電磁性能；合理選擇熱管理、冷卻方式；應用相適應的材料；深入研究車新能源汽車用車工況的電機工藝。

然而目前，我國雖已成為電機制造與應用大國，但新能源汽車驅動電機的起步較晚，發(fā)展也較為緩慢，產(chǎn)品質量和安全問題頻發(fā)。再加上我國相關研究深入較為不足，致使我國新能源汽車驅動電機與國外相比，仍有較大差距。主要表現(xiàn)在DC轉換器和電機控制器質量與體積較大；車用環(huán)境適應性較差等。因此，當前急需設計和研究一套全新的驅動電機系統(tǒng)，并形成一個完善的標準體系支撐。

二、新能源汽車的驅動電機系統(tǒng)設計

（一）新能源汽車驅動電機系統(tǒng)的標準設計

我國相關部門與新能源汽車企業(yè)應相互合作，共同設計、制定新能源汽車驅動電機系統(tǒng)的標準，用以規(guī)范和解決新能源汽車驅動電機的開發(fā)關鍵點和技術問題。具體而言，新能源汽車驅動電機系統(tǒng)的標準設計，應保持傳統(tǒng)標準制定方案，從基礎類、產(chǎn)品類和通用要求類三方面出發(fā)，進行標準框架的整體設計。在此過程中，相關部門應注意著重設計驅動電機系統(tǒng)的基礎標準，包括接口與互換性、可靠性試驗方法、系統(tǒng)噪聲與電磁兼容等。除此以外，相關部門還應根據(jù)驅動電機的外特性、升溫、高壓安全和環(huán)境適應性等共性，制定新能源汽車行業(yè)可采用的通用標準，用以支持行業(yè)整體發(fā)展。

（二）新能源汽車驅動電機系統(tǒng)的評價體系設計

新能源汽車驅動電機系統(tǒng)不能忘記評價體系的設計，因此新能源汽車廠商或行業(yè)協(xié)會等組織應建立多指標考量體系，全面評價驅動電機系統(tǒng)性能。具體而言，行業(yè)協(xié)會應從驅動電機系統(tǒng)的轉矩響應時間、控制精度、控制其溫度、系統(tǒng)可靠性與耐久性等方面出發(fā)，建立驅動電機系統(tǒng)的基礎性能評價指標。并與新能源汽車企業(yè)應建立進一步的能源消耗、環(huán)境影響評價指標，以及節(jié)能減排綜合評價指標，包括碳排放量等。通過建立新能源汽車驅動電機系統(tǒng)的基礎性能評價指標，以及生態(tài)環(huán)境評價指標，形成驅動系統(tǒng)的全方位評價體系，精準評估新能源汽車驅動電機系統(tǒng)綜合性能。

（三）新能源汽車驅動電機系統(tǒng)的外部匹配設計

在新能源汽車驅動電機系統(tǒng)的設計過程中，還應注重驅動電機系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的匹配性問題。第一，新能源汽車廠商應注意匹配與電機參數(shù)相適應的選型。在選型過程中，一定要注意新能源汽車驅動電機系統(tǒng)的功能與參數(shù)是否匹配、對應。第二，新能源汽車廠商應注意匹配與冷卻系統(tǒng)相適應的電機。應充分考慮與汽車冷卻系統(tǒng)的適應性，以免汽車在運行途中因溫度過高而發(fā)生時度或帶來損失。第三，新能源汽車廠商應注意匹配與控制器相適應的電機。新能源汽車驅動電機系統(tǒng)還應考慮到與控制器相的適應性，以此實現(xiàn)靈活操控，降低安全事故發(fā)生幾率。

（四）新能源汽車驅動電機系統(tǒng)的新功能設計

新能源汽車驅動電機系統(tǒng)應不斷創(chuàng)新功能，設計更為多樣、豐富的新結構和新概念系統(tǒng)。例如，可參照新型永磁無刷電機的設計，學習該電機的雙定子型、混合勵磁型、記憶型、輪轂型和磁性齒輪復合型等電機。借助各類型電機的優(yōu)勢，包括電勵磁電機氣隙磁場的平滑可調、高空間利用率、驅動靈活和高結構材料利用率等，創(chuàng)新電機系統(tǒng)新功能。可將鐵心材料由傳統(tǒng)硅鋼片轉變?yōu)榉蔷Ш辖?，形成高效、?jié)能、低碳的新型電機系統(tǒng)，以此提高新能源汽車的能源與資源利用效率。

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作者簡介：董靜（1987-），女，新疆烏魯木齊人，本科，助教，研究方向：新能源汽車；潘江如（1978-），男，新疆烏魯木齊人，教授，博士，研究方向：交通新能源與節(jié)能工程；茍春梅（1985-），女，新疆烏魯木齊人，講師，研究方向：新能源汽車技術，汽車電子技術。