終篇 純電動汽車電能驅動系統(tǒng)技術及設計
純電動汽車結構和設計不同于傳統(tǒng)的內燃機驅動汽車,作者在梳理新能源動力總成開發(fā)過程中的關鍵技術,為動力總成的設計和測試生產提供理論基礎和參考。計劃分為3個篇章來分析純電動汽車動力總成中電驅動關鍵技術,今天首先介紹一下電驅系統(tǒng)技術及設計。
●電機驅動系統(tǒng)定義
根據(jù)車輛動力電池狀態(tài)和整車動力需求,把車載儲能或發(fā)電裝置輸出的電能轉成機械能,并通過傳動裝置將能量傳遞到驅動輪,并在車輛制動時把部分車輛機械能轉化成電能回饋到儲能裝置中。
●電能驅動系統(tǒng)技術及設計
電能驅動系統(tǒng)技術參數(shù)設計的任務是合理匹配電驅動系統(tǒng)相關部件技術參數(shù),滿足整車動力性能要求高效工作。電能驅動系統(tǒng)主要包括電動機、傳動機構和電機控制器等部件;電能驅動系統(tǒng)技術參數(shù)設計主要包括電動機的功率、 扭矩、轉速、電壓設計,減速機構傳動比和動力電源電容量、輸出功率、電壓、電流等設計。
新能源汽車動力性設計
●動力性參數(shù)◎最高車速水平良好路面上能夠達到的最高行駛車速?!蚣铀贂r間原地起步加速時間:以最大加速度達到某一預定車速所 需的時間。
◎最大爬坡度
●驅動力計算
●行駛力計算
車輛的行駛阻力包括滾動阻力,空氣阻力,坡度阻力和加速阻力等因素。
驅動電機技術
●電機設計基本要求:◎電機是純電動車輛的唯一動力源,其性能與電動車輛整車性能密 切相關,因此,對電動機的選擇及參數(shù)匹配是設計純電動車輛動 力系統(tǒng)的關鍵之一?!驗榱烁咝阅艿仳寗榆囕v,在性能上要求驅動電機能夠頻繁起動/停車、加速/減速、轉矩控制的動態(tài)性能高?!蛟诘退倩蚺榔聲r,轉矩要高,在高速行駛時,轉矩要低。◎電機的調速范圍要寬,既要工作在恒轉矩區(qū),又要運行在恒功率 區(qū),同時在整個調速范圍內還得保持較高的運行效率。
◎純電動汽車的電機應有較高的轉矩/慣量比,盡可能寬的高效率 區(qū)和良好的轉矩轉速特性;目前永磁無刷電機系統(tǒng)具有最高的效率和轉矩慣量比,在電動車 輛中得到了較廣泛的應用。
●永磁直流無刷電機
采用半導體開關器件實現(xiàn)電子換向,即用電子開關器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向和電刷,定子磁場與轉子永磁磁場之間的相互作用產生電 磁轉矩。可靠性高、無換向火花、機械噪聲低。
圖.永磁無刷直流電機結構
●永磁同步交流電機
與永磁無刷直流電機基本相同。定子三相分布繞組和永磁轉子,在磁路結構和繞組分布上感應電動勢波形為正弦,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:◎無刷直流電機是一個系統(tǒng)-無刷直流電機系統(tǒng),電機和控制器一體 化設計,相互依存度高,電機和控制器不能獨立存在并獨立工作, 考核的是整體技術性能。永磁同步交流電機指的是一臺電機,電機 和控制器可以獨立存在獨立工作,考核的是電機本身性能。
◎無刷直流電機反電勢多為方波,控制基本上不用什么算法,只依靠 轉子位置考慮給哪個繞組通電流即可。永磁同步交流電機反電勢多 為正弦波,變頻調速則需要一定算法。
●電機技術參數(shù)設計原則◎電機峰值參數(shù)應滿足車輛短時極限工況?!螂姍C常用轉速應處于高效區(qū)。◎對于爬大長坡車輛不能用電機過載工況完成,應選擇額定 工況爬大長坡要求?!螂姍C額定電壓和電流應與電池組輸出電壓和電流相匹配。
◎電機電壓和電流應與電機控制器技術參數(shù)相匹配。
●電動機峰值功率及額定功率設計
設計時通常依據(jù)電動汽車的最高車速vmax(km/h)、初速度v0、 末速度v,加速時間和最大爬坡度來確定電機的功率。
●電動機額定轉速及最高轉速設計◎對經常啟動、制動和反轉的電動車輛,選擇額定轉速時則 應主要考慮縮短啟動、制動時間以提高生產率。
◎啟動、制動時間的長、短主要取決于電機的飛輪矩和額定 轉速,應選擇較小的飛輪矩和額定轉速。
●電機額定電壓設計
電機額定電壓一般由所選取的電機參數(shù)決定,并與電動機 額定功率成正比,電機額定電壓越高電機的額定功率越大;電機的額定電壓一般在 300~650V范圍內。
總結:電機設計要求復雜,精度高。尤其在低速或爬坡時,轉矩要高,在高速行駛時,轉矩要低;電機的調速范圍要寬,既要工作在恒轉矩區(qū),又要運行在恒功率區(qū),同時在整個調速范圍內還得保持較高的運行效率;純電動汽車的電機應有較高的轉矩/慣量比,盡可能寬的高效率區(qū)和良好的轉矩轉速特性,目前交流異步電機和永磁同步電機在純電動汽車應用較廣,各大主機廠在集成化,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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原文標題:讀者投稿|純電動汽車電能驅動系統(tǒng)技術及設計
文章出處:【微信號:QCDZSJ,微信公眾號:汽車電子設計】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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