【干货】纯电动汽车驱动电机选择方法

20 世纪 70 年代 的石油能源危机 、80 年代人们对环境保护的 日益关注 ，促 使 了电动汽车科研工作的复苏。以美 国和 日本等发达国家为首 ，许多国家都投巨资用于 电动 汽车的研发,尤其日本的 Prius 及 Insight 等在全球 的成功上市 销售 ，更是在全世界引起 了新一轮 的电动汽车开发 热潮。电动汽车正在以其清洁、高效和可持续 的概念吸引着越来越多的人。

电驱动系统是电动汽车的心脏 ，从功 能角度看 ，它可以分为 电气和机械两大部分 ，其 详细结构分类如 图 1 所示 ，系统 中机械传动机构 是可选的。电气和机械系统 的边界形成 电动机 的气隙 ，用来完成 电动机能量 的转化。电动机是纯 电动车辆唯一动力元件 ，它与能量 源之间的能量流动是通过功率转化器进行调节的。电机 自身的性能将直接影响电动汽车 的最 高车速、加速性 能及爬坡性能等，所以在开发整车之前初 步确定 电机类型及其参数进而对 电机进行选择至关重要。

1  纯电动汽车用电机性能要求

电动车用驱动 电机通常要求能够 频繁启动／停车、加速／减速 ，低 速和爬 坡时要求高转矩 ，高速行驶时要求低转矩 ，并要 求变速范围大 。其 主要参数包括 ：电动机类型 、额定电压、机械特性 、效率、尺寸参数、可靠性和成本等。另外为电动机所配置的电子控制系统和驱动系统也会影响驱动电动机的性能。

(1)高电压。在允许范围内尽量采用高电压 ，可减小 电动机 的尺寸和导线等装备 的尺寸 ，特 别是可降低逆变器的尺寸。

(2 )高转速 。高转速 电动机体积小、质量轻 ，有利于降低电动汽车的整车整备质量。

(3 )质量轻。电动机采用铝合金外壳 ，以降低电动机质量 ，各 种控制器装备 的质量 和冷却 系统的质量等也要求尽可能轻 。

(4 )较大的起动转矩和较大范围的调速性能 。这样使 电动汽车有 良好 的启动性能 和加速性能。电动机有 自动调速功能 ，因此可 以减轻驾驶员 的操纵强度 ，提高驾驶的舒适性 ，并且能达到与 内燃机汽车加速踏板 同样的控制响应。

(5 )效率高 、损耗少 ，并具有制动能量回收功能。电动汽车应具有最优化 的能量利用 ，以在车载总能量不变 的情 况下最 大限度地增 加续驶 里程 ，再生制 动 回收 的能量一 般可达 到总能量 的10％ ～20％ ，这在 内燃机汽车上是不能实现的。

(6 )必须有高压保护设备。

(7 )可靠性好 、耐温耐潮性能强及运行时噪卢低 。

(8)结构简单 、维修方便及价格便宜。

2  纯电动汽车用电动机性能参数初步确定原则

设计内燃机为动 力的汽车时，一般先根据汽车预期的最高车速来初步选择 内燃机的功率。作为纯电动汽车的动力源——电机 ，其速度 一扭矩特性 与 内燃机 截然不 同，同 时电机又有过 载和“堵转”特性 ，所 以合理选 择 电机 的功率 和传动比，将对纯电动汽车的动力性及整车续驶里程产生重大影响。下面是确定 电机重要基本参数的数学模 型 。

(1)以最高车速确定 电机额定功率

电动机性能必须分为连续工作性能和短时工作性能 ，其连续工作特性 曲线 由电机 的额定值来确定 ，短时工作特性曲线是 电机过载一定倍数之后的转矩功率特性 曲线 。由公式(1) ～(5 )计算后所得的参数便可满足以下基本原则 ：

(1)用电机的额定工况计算 电动汽车的最高车速 ；

(2 )用电机的短时工作性 能曲线计算车辆的最大爬 坡度 ；

(3 )电动汽车 的常规车速应落在 电机 的基频匕：

(4)电动汽车最高车速功率平衡点应落在 电机连续工作性能曲线的等功率段上。

3 计算实例

以 目前正在 开发的一辆纯 电动汽车为例 ，根据它的基本参数和 目标性能要求 (见表 1 ～4 ) ，以上面所述计算原 则为基础 ，可初步绘 出所需 电机的特性 曲线 ，并以此为参考选择电机。

满足要求的电机特性曲线如图 2 所示。说明 ：可以图 2 为参考选 择 电动机 。图 2 中要着重控制 电机 的连续工作特性 曲线 ，对短时工作曲线要控制电机在622 r／m in转速时扭矩  要达到 100 N m 。

4  结语

图 2 电机扭 矩特性示意图电机驱 动系 统是 纯 电动 汽 车的核 心组 成部分 ，所以对 电动机 的选 型就显得 非常重要。南于电机的低速恒扭矩高速恒 功率 的特性 ，以及一般电机在基速、低转矩 范围 内效率 和功率 因数 比较高，故常把车辆 的常规 车速放在基 速上 ，把最高车速放在等功率线上 。可根据本文所介绍方法计算出电机的性 能参数 ，绘 出车用 电机所应具有 的特性曲线图 ，可用于生产 电机或初步快速选定电机 ，然后根据所选 电机 实际性能 ，确定 出车辆实 际的最高车速 、最大爬坡度及加速性能等。

本文的计算实例采用了固定速比的传动系统,这是对传动系统的一种简化形式 ，在实际应用中要综合考虑变速器所能承受 的最大扭矩 以及所允许 的最大转速等 ；另外 ，虽然通 常来说高转速电机效率较高 ，综合 性能也较好 ，但高转速会带来 电机控制系统实现的难度 ，因此这对矛盾也是需要统筹考虑的。