電驅傳動系統的案例
電驅傳動系統關鍵技術挑戰與仿真分析
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電驅傳動系統關鍵技術挑戰與仿真分析
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SMT丨電驅傳動系統關鍵技術挑戰與仿真
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電驅系統-電驅系統圖解
電驅系統-電驅系統圖解
DANA(德納)電驅橋&電驅系統介紹
產品特性：
滿載重量：19T
最大軸荷：12.5T
最高車速：55mhp
峰值功率：235kW
最大輸出扭矩：19000Nm
eS1100r 48V e-Axle(特殊車輛)
eS2000i e-Drive(乘用車)
產品特性：
超緊湊型中電壓驅動系統
峰值功率：90kW
峰值扭矩：2140Nm
最高電機轉速：14000rpm
減速比：12.24
電機+減速器重量：45-57kg
高扭矩和功率密度
傳動比和封裝高度模塊化
TM4系統(集成電機電控驅動系統)
產品特性：
峰值功率：180kW
峰值扭矩：360Nm
最高電機轉速：15000rpm
基礎化方案：控制器比上一代小33%
預德納減速器和車橋易于集成
eS2500i-TV e-Drive(高性能車)
產品特性：
400V雙電機驅動系統
峰值功率：162kW
最大輸出扭矩：2500Nm
最高輸入轉速：25000rpm
減速比：14.58
系統重量：60kg
扭矩矢量控制能力
全集成高性能智能電磁斷開系統
SUMO LD Motor+CO150 Inverter
產品特性：
電驅橋匹配應用
三相電機
最高電壓：750V
峰值功率：200-275kW
持續功率：100-160kW
SUMO MD Motor
展開 電驅傳動效率關鍵技術
作者：胡松丨重慶長安新能源汽車科技有限公司
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動力性與電機傳動系統– 矢量控制4驅
動力性與電機傳動系統– 矢量控制4驅
某電驅冷卻系統的一維及三維聯合仿真
圖2 散熱器水阻
圖3 散熱器風阻
3 電驅冷卻系統計算
3.1 分析模型說明
該機型電驅系統采用單獨冷卻回路進行冷卻，其中待冷卻的原件有高壓盒、控制器、發電機、驅動電機，降溫方式采用的是液冷[4]。其中空氣側系統的散熱器和風扇均布置在車身底盤的側面，與整車其他換熱系統相對獨立。
3.2 分析邊界
空氣側系統所需的性能邊界參數為風扇性能和散熱器性能，這些數據已在風扇性能求解和散熱器性能求解中得到。而冷卻側系統除水泵外均為行業內量產產品，其各元件流阻如圖4所示。
圖4 電驅系統中不同元件的流阻曲線
3.3 計算結果
在高溫極限工況（環境溫度為45℃，總發熱功率為8 kW），電驅冷卻系統流量為12 L/min時，散熱器進、出水溫度及進、出空氣溫度隨時間的變化關系如圖5所示，可見電驅冷卻系統在平衡后的最高溫度為111℃。
圖5 12 L/min時溫度變化
電驅冷卻系統流量為14 L/min時，散熱器前后各處溫度隨時間的變化關系如圖6所示，可以看出電驅冷卻系統在平衡后的最高溫度為102℃。
圖6 14 L/min時溫度變化
電驅冷卻系統流量為16 L/min時，散熱器前后各處溫度隨時間的變化關系如圖7所示，可以看出電驅冷卻系統在平衡后的最高溫度為98℃，滿足系統最高溫度低于100℃的要求。因此，可以確認為滿足系統冷卻需求，流量最低應達到16 L/min。
圖7 16 L/min時溫度變化
4 總結
本機型設計開發之初，在僅有設計數模的情況下，首先利用三維仿真求解出相關零部件的性能曲線，這極大地縮減了項目開發周期，同時采用了一維仿真將發動機機艙熱管理簡化，可以進一步縮短仿真時間，最終確定了電機冷卻系統所需的最小流量，并對比了不同流量下對系統溫度的影響。
展開 DISCOM | 電驅系統下線測試
電動汽車的驅動系統對下線測試系統提出了更高的要求：安靜的電動汽車中的電驅控制系統，電機及其機械傳動系統，在零部件制造誤差的相互作用下，都可能制造各種振動能量。這些能量經由特定的傳遞路徑進入駕駛室，并被主觀感受為明顯的異常噪音。
聲學質量控制
得益于軟硬件的整體協調設計，DISCOM聲學測試能夠精確分析生產中的錯誤原因，并提供高精度的質量控制。系統能夠精確量化每個齒輪副的嚙合能量，并分析其中對應的故障。借助于該“預警系統”，用戶能夠在批量生產中預防這些錯誤。因此，使用聲學測量技術，能夠幫助用戶提高生產效率和制造質量，往”零故障”方向不斷邁進。
高精度的測量方案
DISCOM為生產過程質量監控提供高精度系統保障，包括以下產品：
電驅和電橋
電機
變速器和減速馬達
借助聲學測試的軟硬件手段，揭露產品故障源，幫助生產者消除產品“異響”。DISCOM系統測量所有工況（升降速、變扭矩等），分析環境背景噪聲，應用大量參數算法及邊界條件自學習等機制，綜合分析和比較測量結果。測試和分析全程自動化完成，能夠有效降低人為因素干擾。
測試分析的目標
DISCOM聲學控制系統過濾，在下線臺架上表現“聲響太大”的那些零部件或者動力總成。這些異常聲響現象，對應著加工或者裝配等制造問題。例如，變速器齒輪表面缺陷，或者電機繞線等故障。
展開 電驅系統-絕緣等級
前面
文章說明了一下磁性材料溫度特性密切相關的居里溫度的概念，見文章
《
磁性材料的居里溫度與工作溫度
》
，也總結
了電機
銘牌上面工作制的含義，見文章
《
電機工作制
》
。
今天總結一下電機銘牌上面另外一個與溫度相關的概念，即絕緣材料的“
絕緣等級
”。
絕緣等級
是指
電機(或變
壓器)繞組采用的所有
絕緣材料
的耐熱等級。在發電機等電氣設備中，絕緣材料是最為薄弱的環節，絕緣材料尤其容易受到高溫的影響而加速老化并損壞，不同的絕緣材料耐熱性能有區別，采用不同絕緣材料的電氣設備，其耐受高溫的能力就有不同，因此，一般的電氣設備都規定其工作的最高溫度，電動機的絕緣等級與使用的絕緣材料密切相關，絕緣材料越好，絕緣等級越高，
電機與變壓器中常用的絕緣材料等級為A、E、B、F、H、C、N、R八種。每一絕緣等級的絕緣材料都有相應的極限允許工作溫度、繞組溫升限值和性能參考溫度，見下圖。
最高工作溫度，系指電機在設計預期壽命內，運行時繞組絕緣中最熱點的溫度。
電機或變
壓器運行時，繞組
最熱點的溫度不得超過
上圖
中的規定，否則會引起絕緣材料加速老化，縮短電機或變壓器的壽命；如果溫度超過允許值很多，絕緣會損壞，導致電機或變壓器燒毀。
允許溫升是指電機的溫度與周圍環境相比升高的限度，
是由電機發熱引起的。
運行中的電機鐵芯處在交變磁場中會產生鐵損，繞組通電后會產生銅損，還有其它雜散損耗等。
這些都會使電機溫度升高。
另一方面電機也會散熱。
當發熱與散熱相等時即達到平衡狀態，溫度不再上升而穩定在一個水平上。
當發熱增加或散熱減少時就會破壞平衡使溫度繼續上升，擴大溫差，則增加散熱，在另一個較高的溫度下達到新的平衡。
但這時的溫差即溫升已比以前增大了，所以說溫升是電機設計及運行中的一項重要指標
展開 國外電動汽車三合一電驅系統
國外電動汽車三合一電驅系統
電驅系統-電機工作制
S5、包括電制動的斷續周期工作制：按一系列相同的工作周期運行，每一周期包括一段起動時間、一段恒定負載運行時間、一段快速電制動時間和一段斷能停轉時間。
S6、連續周期工作制：按一系列相同的工作周期運行，每一周期包括一段恒定負載運行時間和一段空載運行時間，但無斷能停轉時間。
S7、包括電制動的連續周期工作制：按一系列相同的工作周期運行，每一周期包括一段起動時間、一段恒定負載運行時間和一段快速電制動時間，但無斷能停轉時間。
S8、包括變速變負載的連續周期工作制：按一系列相同的工作周期運行，每一周期包括一段在預定轉速下恒定負載運行時間，和一段或幾段在不同轉速下的其它恒定負載的運行時間，但無斷能 停轉時間。
S9、負載和轉速非周期性變化工作制：負載和轉速在允許的范圍內變化的非周期工作制。這種工作制包括經常過載，其值可遠遠超過滿載。
重點說一下S9工作制，因為該工作制正是在新能源汽車電驅系統中電機應用的工作制，如下圖所示，電機的負載與轉速在允許的范圍內非周期性變化，對應車輛使用工況就是電機扭矩與轉速在設計范圍內非周期性變化。
S10、 離散恒定負載工作制：包括不低于4種離散負載值（或等效負載）的工作制度，每一項負載運轉時間都要足夠電機達到熱穩定，最小負載值在一個工作周期內可以為零。
電機工作制是說明電機運行的具體方式，是一種為了避免電機過熱而燒壞的工作指導，更是一種用戶需求。同時也指導你根據電機的工作制，選擇合適的電機。但實際應用中很多電機的工作制是多樣化的，需同時具備一種或多種工作制，以滿足不同應用場景。
展開 電驅系統-電機四象限運行
電機的本質就是機械能與電能相互轉換的裝置。一般地，將電能轉換為機械能的電機稱為電動機，將機械能轉換為電能的電機稱為發電機。電動機與發電機的工作狀態不是絕對的，而是具有可逆性。一般用如下圖所示的平面圖表示電機的四象限工作狀態。
上圖中，橫坐標代表電機轉速，縱坐標代表電機扭矩。一般定義：轉速與轉矩的乘積為正，代表電機輸出功率為正，反之，轉速與轉矩的乘積為負，代表電機輸出功率為負。當輸出功率為正時，電能轉換為機械能，如圖中的第一、三象限，電機處于電動狀態；當輸出功率為負時，機械能轉換為電能，如圖中的第二、四象限，電機處于發電狀態。
對應到實車上，我們一般定義車輛前進時的電機轉速為正，定義使電機有正轉速趨勢的扭矩為正。所以，電機四象限運行對應的整車運行工況如下：
其中電機在第
二
、四象限工作的狀態就是所說的能量回收狀態，此時，電機是將車輛的動能轉換為電能存儲在動力電池包中。
至此，本次關于電機四象限運行的總結就可以結束了，但肯定有人會問，電機在
第
二
、四象限工作的時候為什么能夠實現能量回收？尤其是在低速的時候，電機三相反電動勢遠小于線電壓，那是怎樣實現能量回收的呢？關于這點也曾在幾年前困惑了我許久，后面在跟專家前輩交流后得到了答案，我會在后面文章專文總結。
展開 干貨丨新能源電驅系統專利剖析
電子版文檔下載方式，詳見文末
下載方式：公眾號內回復“新能源電驅”，下載電子版文檔
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開發一種 Orbitless 電動汽車主減系統 附機械傳動系統Romax Designer建模、分析
低 NVH、高傳動效率、低成本、足夠的可靠性是一款高質量動力總成必不可少的素質。
Romax Technology 已經在汽車傳動領域建立了良好的聲譽，擅長虛擬樣機、分析仿真、電動化傳動系統開發等領域。本項中的挑戰在于，Orbitless 傳動的結構和參數是否可在 Romax 仿真平臺中進行建模，完成分析和技術，并給出準確、可信的分析結果。
目標和分工
此項目有效地證明，從系統級角度對電驅傳動系統進行建模與分析更加能夠降低開發風險、加速產品應用周期。項目合作伙伴也是經過仔細挑選，皆是有所長：Orbitless 傳動公司，是項目經理公司，領導整個項目，提供傳動系統的知識產權、原始理論計算和設計輔助；利納馬公司，負責齒輪箱的制造；Romax Technology，負責軟件平臺仿真、機電系統工程設計等；NRC-IRAP 為項目提供啟動資金支持，使得項目能夠順利進行。
本項目對一級電驅傳動鏈創建了完整的系統級設計和分析，適用于 16000rpm 轉的高速電機，項目中對 Orbitless 傳動的 NVH 性能進行了分析，從而獲得其優勢性能。項目中決定采用試驗臺與驅動電機對比的方法來進行，可更加清晰地分析出 Orbitless 傳動獨立的性能和優勢。項目中還需要設計一個傳統的行星輪傳動系統，以對比 Orbitless 傳動和傳統行星傳動的優劣勢等。
圖
3:
概念設計
- 1
級
Orbitless
傳動結構
設計和分析流程
整個項目團隊系統地評估和對比不同的設計，以分析軸承性能、齒輪錯位量來獲得最小的傳動誤差和最高的傳動效率。在開發過程中，團隊做了一些設計決策，以優化 NVH 性能為主要方向，不是支持更大的扭矩能力。
展開 