【摘要】介紹了電動汽車用電機的基本性能，并從汽車行駛動力學(xué)出發(fā)建立了純電動汽車用電動機性能參數(shù) 的數(shù)學(xué)模 型 ,，探討 總結(jié)了對電機基本特性 參數(shù) 的初步確 定原 則,。然后 以 目前 所要 開發(fā) 的一輛 純電動 汽車 的基本參數(shù)及 目標(biāo)性能要求為例 ，按以上原則確定 電機參 數(shù)并 繪制符合要求 的電機性 能曲線 ,，為 電機 的快速選擇和后續(xù)車輛 動力傳 動系統(tǒng)匹配優(yōu)化提供 了依 據(jù),。

0  引言

20 世紀(jì) 70 年代 的石油能源危機 、80 年代人們對環(huán)境保護(hù)的 日益關(guān)注 ,，促 使 了電動汽車科研工作的復(fù)蘇,。以美 國和 日本等發(fā)達(dá)國家為首 ，許多國家都投巨資用于 電動 汽車的研發(fā) ,，尤 其 日本的 Prius 及 Insight 等在全球 的成功上市 銷售 ,，更是在全世界引起 了新一輪 的電動汽車開發(fā) 熱潮。電動汽車正在 以其 清潔,、高效和可持續(xù) 的概念吸引著越來越多的人,。

電驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的心臟 ，從功 能角度看 ,，它可以分為 電氣和機械兩大部分 ,，其 詳細(xì)結(jié)構(gòu)分類如 圖 1 所示 ，系統(tǒng) 中機械傳動機構(gòu) 是可選的,。電氣和機械系統(tǒng) 的邊界形成 電動機 的氣隙 ,，用來完成 電動機能量 的轉(zhuǎn)化,。電動機是純 電動車輛唯一動力元件 ，它與能量 源之間的能量流動是通過功率轉(zhuǎn)化器進(jìn)行調(diào)節(jié)的,。電機 自身的性能將直接影響電動汽車 的最 高車速,、加速性 能及爬坡性能等，所以在開發(fā)整車之前初 步確定 電機類型及其參數(shù)進(jìn)而對 電機進(jìn)行選擇至關(guān)重要,。

1  純電動汽車用電機性能要求

電動車用驅(qū)動 電機通常要求能夠 頻繁啟動／停車,、加速／減速 ，低 速和爬 坡時要求高轉(zhuǎn)矩 ,，高速行駛時要求低轉(zhuǎn)矩 ,，并要 求變速范圍大 。其 主要參數(shù)包括 ：電動機類型 ,、額定電壓,、機械特性 、效率,、尺寸參數(shù),、可靠性和成本等。另外為電動機所配置的電子控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)也會影響驅(qū)動電動機的性能,。

(1)高電壓,。在允許范圍內(nèi)盡量采用高電壓 ，可減小 電動機 的尺寸和導(dǎo)線等裝備 的尺寸 ,，特 別是可降低逆變器的尺寸,。

(2 )高轉(zhuǎn)速 。高轉(zhuǎn)速 電動機體積小,、質(zhì)量輕 ,，有利于降低電動汽車的整車整備質(zhì)量。

(3 )質(zhì)量輕,。電動機采用鋁合金外殼 ,，以降低電動機質(zhì)量 ，各 種控制器裝備 的質(zhì)量 和冷卻 系統(tǒng)的質(zhì)量等也要求盡可能輕 ,。

(4 )較大的起動轉(zhuǎn)矩和較大范圍的調(diào)速性能 ,。這樣使 電動汽車有 良好 的啟動性能 和加速性能。電動機有 自動調(diào)速功能 ,，因此可 以減輕駕駛員 的操縱強度 ,，提高駕駛的舒適性 ，并且能達(dá)到與 內(nèi)燃機汽車加速踏板 同樣的控制響應(yīng),。

(5 )效率高 ,、損耗少 ，并具有制動能量回收功能。電動汽車應(yīng)具有最優(yōu)化 的能量利用 ,，以在車載總能量不變 的情 況下最 大限度地增 加續(xù)駛 里程 ,，再生制 動 回收 的能量一 般可達(dá) 到總能量 的10％ ～20％ ，這在 內(nèi)燃機汽車上是不能實現(xiàn)的,。

(6 )必須有高壓保護(hù)設(shè)備,。

(7 )可靠性好 、耐溫耐潮性能強及運行時噪盧低 ,。

(8)結(jié)構(gòu)簡單 ,、維修方便及價格便宜。

2  純電動汽車用電動機性能參數(shù)初步確定原則

設(shè)計內(nèi)燃機為動 力的汽車時,，一般先根據(jù)汽車預(yù)期的最高車速來初步選擇 內(nèi)燃機的功率。作為純電動汽車的動力源——電機 ,，其速度 一扭矩特性 與 內(nèi)燃機 截然不 同,，同 時電機又有過 載和“堵轉(zhuǎn)”特性 ，所 以合理選 擇 電機 的功率 和傳動比,，將對純電動汽車的動力性及整車?yán)m(xù)駛里程產(chǎn)生重大影響,。下面是確定 電機重要基本參數(shù)的數(shù)學(xué)模 型 。

(1)以最高車速確定 電機額定功率

電動機性能必須分為連續(xù)工作性能和短時工作性能 ,，其連續(xù)工作特性 曲線 由電機 的額定值來確定 ,，短時工作特性曲線是 電機過載一定倍數(shù)之后的轉(zhuǎn)矩功率特性 曲線 。由公式(1) ～(5 )計算后所得的參數(shù)便可滿足以下基本原則 ：

(1)用電機的額定工況計算 電動汽車的最高車速 ,；

(2 )用電機的短時工作性 能曲線計算車輛的最大爬 坡度 ,；

(3 )電動汽車 的常規(guī)車速應(yīng)落在 電機 的基頻匕：

(4)電動汽車最高車速功率平衡點應(yīng)落在 電機連續(xù)工作性能曲線的等功率段上。

3 計算實例

以 目前正在 開發(fā)的一輛純 電動汽車為例 ,，根據(jù)它的基本參數(shù)和 目標(biāo)性能要求 (見表 1 ～4 ) ,，以上面所述計算原 則為基礎(chǔ) ，可初步繪 出所需 電機的特性 曲線 ,，并以此為參考選擇電機,。

滿足要求的電機特性曲線如圖 2 所示。說明 ：可以圖 2 為參考選 擇 電動機 ,。圖 2 中要著重控制 電機 的連續(xù)工作特性 曲線 ,，對短時工作曲線要控制電機在622 r／m in轉(zhuǎn)速時扭矩  要達(dá)到 100 N m 。

4  結(jié)語

圖 2 電機扭 矩特性示意圖電機驅(qū) 動系 統(tǒng)是 純 電動 汽 車的核 心組 成部分 ,，所以對 電動機 的選 型就顯得 非常重要,。南于電機的低速恒扭矩高速恒 功率 的特性 ，以及一般電機在基速,、低轉(zhuǎn)矩 范圍 內(nèi)效率 和功率 因數(shù) 比較高,，故常把車輛 的常規(guī) 車速放在基 速上 ，把最高車速放在等功率線上 ?？筛鶕?jù)本文所介紹方法計算出電機的性 能參數(shù) ,，繪 出車用 電機所應(yīng)具有 的特性曲線圖 ，可用于生產(chǎn) 電機或初步快速選定電機 ,，然后根據(jù)所選 電機 實際性能 ,，確定 出車輛實 際的最高車速 、最大爬坡度及加速性能等,。

本文 的計算 實例采 用 了 固定 速 比的傳 動 系統(tǒng) ,，這是對傳動系統(tǒng)的一種簡化形式 ，在實際應(yīng)用中要綜合考慮變速器所能承受 的最大扭矩 以及所允許 的最大轉(zhuǎn)速等 ,；另外 ,，雖然通 常來說高轉(zhuǎn)速電機效率較高 ，綜合 性能也較好 ,，但高轉(zhuǎn)速會帶來 電機控制系統(tǒng)實現(xiàn)的難度 ,，因此這對矛盾也是需要統(tǒng)籌考慮的。