關于電動汽車用電機的選型探討

摘 要：電動汽車設計中很重要的一環就是選擇電驅動電機，電機類型、功率、效率、轉速、峰值功率等的選擇直接影響電機成本及整車成本，甚至影響電池選型及電池PACK等。本文將從動力計算的角度，并綜合考慮各種電機的特性的前提下探討了在電動汽車設計時如何進行電機的選型設計。

關鍵詞：純電動汽車；電動機；性能參數

1 概述

純電動汽車的心臟是電驅動系統，電氣與機械是電驅動系統的兩個部分，純電動車輛只有一個動力元件即電動機，功率轉化器起著調節能量源之間能量流動的作用，電機的性能決定著電動汽車的性能，確定電機類型與參數并選擇合適的電機對開發整車至關重要，本文主要對電動汽車設計階段的電機選擇進行探討，以提高電動汽車的動力性與經濟性。

2 電動汽車用電動機的選擇

電機驅動系統是電動汽車的核心，電動汽車的電動機應性能優越，一般而言應具備瞬時功率大，過載能力強，加速性能優越，較長的使用壽命等特點。此外，電動機的調速范圍應較寬，特別是恒轉矩區與恒功率區。電動機還應滿足在不同環境下長期工作的條件，結構不應復雜，便于維修，價格適中。驅動電機決定著電動汽車的驅動系統性能，電動汽車在選擇電動機時，應遵循以下原則：①性能高，重量輕、尺寸小；②電磁輻射小；③價格適中，維修方便；④寬轉速，高效率。當前電動汽車的主流驅動系統為交流驅動系統，異步電機、永磁同步電機、開關磁阻電機是常見的交流驅動電機。其中異步電機工作高效區范圍小，功率因數低，同等功率下所需逆變器容量大，但其具有結構簡單，運行可靠，調速范圍寬且無需使用昂貴的稀土資源等優點，因此在電動汽車驅動系統中也有應用。而永磁同步電機雖然采用了稀土永磁體成本高，調速范圍相對較窄，但其具有效率高，功率密度大，運行可靠等特點，也不失為一款節能選擇。而開關磁阻電機因其控制系統復雜，存在較大的轉矩波動以及噪聲，因此目前還處于研發階段，技術尚未成熟。

3 電動汽車驅動電機性能參數確定

3.1 最高車速下，電機的額定功率

P=

mgf+U（1）

在（1）式中，P是電機的額定功率，單位是KW；η是電機的傳動系效率；C是風阻系數，m是電動車的最大車重，單位是Kg；f是滾動摩擦系數；A是電動汽車的迎風面積，單位是m2，Umax則是電動汽車的最高車速，單位是km/h。

3.2 電機的額定/最高轉速的確定

電機的額定轉速一般是根據在車輛持續工作時速度，采用如下公式折算： n=（2）

在（2）公式中，n為電機的額定轉速，單位是r/min；i是電機的傳動比；i是電機的主減速比；μ是電機的常規車速，單位是km/h；r是滾動車輪半徑，單位是m。同理，在計算電機最高轉速時只需將最高車速代入時（2）計算即可。根據計算得到的最高轉速和額定轉速即可確定電機的速比，然后根據速比大小選用適用的電機。

3.3 電機額定轉矩為額定功率 在按照以上步驟確定電機的類型，以及額定功率和轉速后，采用如下所示公式即可得到電機的額定轉矩：M=（3）

此后需根據電機額定點校核電機效率和高效區范圍，以確保電機工作時處于效率較高的特性區域內，從而提高能量利用率，增加車輛續航里程。

3.4 電機爬坡扭矩的計算 假設電動汽車勻速爬坡，電動汽車所受阻力項中無加速阻力，則電機的驅動力應滿足：Ft=Ff+Fw+Fi（4）

在公式（4）中，Ft為電動汽車所受阻力；Ff為電動汽車行駛時的滾動阻力；Fw位電動汽車行駛時的空氣阻力；Fi為電動汽車行駛時的坡道阻力。由電機輸出軸轉矩與電動汽車驅動力關系，可得：

M=（5）

3.5 電機加速扭矩的計算 根據設計要求，電動汽車需滿足一定的加速性能，則電機的驅動力應滿足：Ft=Ff+Fw+Fa（6）

在公式（6）中，Fa為電動汽車行駛的加速阻力，其余參數含義同式（5）。將按（6）計算得到的加速牽引力代入式（5）即可得到電機在滿足加速性能的條件下所需的最大扭矩。電動機性能有連續工作性能與短時工作性能之分，根據電機的額定值可以確定電機的連續工作特性曲線。根據電機的爬坡轉矩和加速轉矩的計算，則可得到電機的短時工作特性曲線，并確定出電機的過載倍數，然后再根據過載倍數要求確定所選電機的類型及最大外特性參數。由公式（1）-（6）可得：電動汽車的最高車速應根據用電機的額定工況計算；電動汽車的最大爬坡度和加速性計算應以用電機的短時工作性能曲線為根據，計算結果取大值；電機的額定轉速決定電動汽車的續航車速，根據公式（2）即可求得；電機連續工作性能曲線的等功率段為電動汽車最高車速功率的平衡點位置。根據以上初步分析和計算即可得到電動汽車電機類型的初步參數要求，在此基礎上進行電機設計后可進一步根據電機的效率Map和整車的工況進行仿真分析，并進一步優化，最終確定電機的詳細參數。

4 結論

電動汽車的核心部分即電機驅動系統，電動機的選型對電動汽車整車設計至關重要。在選擇電動機時，首先應根據整車性能設計要求，確定電機的基本參數，然后根據整車速比和過載能力要求確定電動機種類，最后進行優化分析。此外，電機在選型和結構設計中還需充分考慮底盤結構件對電機的接口尺寸、可靠性和散熱能力的要求，因這些參數同整車布置，動力系統布置和冷卻系統的設計相關，本文將不再展開論述。

參考文獻：

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作者簡介：程波，男，1974/7月，重慶市江津區人，漢族，重慶瑞馳汽車實業有限公司，主要從事電動汽車驅動系統的集成開發與研究。