純電動汽車驅動系統的案例
某純電動汽車驅動系統24階振動噪聲的分析與優化
作者：馬敬丨湖南獵豹汽車股份有限公司
本文分析了純電動汽車驅動系統振動噪聲來源、傳遞路徑及優化路徑，并以某純電動汽車蠕行起步階段驅動系統24階噪聲為研究對象，提出了優化扭矩控制策略方案，有效減弱了蠕行起步階段驅動電機系統24階振動噪聲。
1 純電動汽車驅動系統噪聲來源與優化路徑
動力輸出裝置的電動化使得整車內外的噪聲趨于減小。近些年來，國內外學者已經有大量的研究表明電動汽車驅動電機系統的電磁噪聲是車內外主要的噪聲來源。文獻［1］定性分析了低次徑向力波是引起電磁振動和噪聲的主要來源。文獻［2］從極槽配合與永磁體削角的角度計算分析了更改電機參數對電機電磁噪聲的影響規律。文獻［3］從優化驅動電機定子沖片結構設計、提升槽滿率角度并整車驗證改善了電機本體的振動噪聲。文獻［4］從驅動電機的生產工藝方面入手探討了降低電機振動噪聲的措施。文獻［5］對電動汽車動力總成的振動噪聲的特性進行了研究，將驅動電機放置在系統中同減速器、懸置、傳動軸等作為一個整體研究及解決振動噪聲問題，單單只分析驅動電機、減速器已不再合理。文獻［6］基于振動噪聲傳遞路徑分析，使用對電機及減速器進行聲學包裹的方法實際驗證對改善車內高頻嘯叫有明顯效果。文獻［7］利用解析法和有限元法對變頻器供電時永磁電機的氣隙磁場、電磁激振力和噪聲的主要頻率進行分析得出：永磁電機在變頻器供電時定子的高次時間諧波電流在氣隙磁場中產生頻率與變頻器開關頻率相關的空間氣隙磁場諧波，其振動噪聲頻率主要分布在開關頻率及其倍數附近。
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1 純電動汽車驅動系統噪聲來源與優化路徑
動力輸出裝置的電動化使得整車內外的噪聲趨于減小。近些年來，國內外學者已經有大量的研究表明電動汽車驅動電機系統的電磁噪聲是車內外主要的噪聲來源。文獻［1］定性分析了低次徑向力波是引起電磁振動和噪聲的主要來源。文獻［2］從極槽配合與永磁體削角的角度計算分析了更改電機參數對電機電磁噪聲的影響規律。文獻［3］從優化驅動電機定子沖片結構設計、提升槽滿率角度并整車驗證改善了電機本體的振動噪聲。文獻［4］從驅動電機的生產工藝方面入手探討了降低電機振動噪聲的措施。文獻［5］對電動汽車動力總成的振動噪聲的特性進行了研究，將驅動電機放置在系統中同減速器、懸置、傳動軸等作為一個整體研究及解決振動噪聲問題，單單只分析驅動電機、減速器已不再合理。
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本文分析了純電動汽車驅動系統振動噪聲來源、傳遞路徑及優化路徑，并以某純電動汽車蠕行起步階段驅動系統24階噪聲為研究對象，提出了優化扭矩控制策略方案，有效減弱了蠕行起步階段驅動電機系統24階振動噪聲。
1 純電動汽車驅動系統噪聲來源與優化路徑
動力輸出裝置的電動化使得整車內外的噪聲趨于減小。近些年來，國內外學者已經有大量的研究表明電動汽車驅動電機系統的電磁噪聲是車內外主要的噪聲來源。文獻［1］定性分析了低次徑向力波是引起電磁振動和噪聲的主要來源。文獻［2］從極槽配合與永磁體削角的角度計算分析了更改電機參數對電機電磁噪聲的影響規律。文獻［3］從優化驅動電機定子沖片結構設計、提升槽滿率角度并整車驗證改善了電機本體的振動噪聲。文獻［4］從驅動電機的生產工藝方面入手探討了降低電機振動噪聲的措施。文獻［5］對電動汽車動力總成的振動噪聲的特性進行了研究，將驅動電機放置在系統中同減速器、懸置、傳動軸等作為一個整體研究及解決振動噪聲問題，單單只分析驅動電機、減速器已不再合理。
展開 淺析純電動汽車驅動電機控制系統的控制過程
純電動汽車的使用已經走進我們的生活，它已成為當前這一時期汽車的典型轉型。純電動汽車從結構上來說主要體現在動力總成控制系統、電機控制系統和電池及其管理系統三個方面。從工作原理上來講，純電動汽車主要是通過高壓蓄電池直接供電，再由驅動電機控制模塊控制汽車驅動電機起動運轉。本文主要對純電動汽車電機的結構、電機控制系統過程進行分析。
燃油汽車在使用過程中燃燒排放出熱量，同時廢氣排放也在同步增加，這就讓我們的環境持續受到污染，空氣指數也受到嚴重影響，隨著我們對燃油的使用，燃油能源也在逐漸的減少，人類將會面對能源危機所帶來的影響。為了我們的生存環境不再受到污染，為了讓生態資源與人類需求保持平衡，純電動汽車的發展逐漸取代現在使用的燃油汽車，將成為我們的迫切需要。
純電汽車與傳統汽車相比，主要是用蓄電池取代傳統汽車的發動機。電動汽車電動機驅動系統所需要的電能由車載蓄電池提供，并將車載蓄電池輸出的電能轉化為電動汽車所需要的機械能，而驅動電機的輸出軸便連接至該電 動汽車的驅動系統，經過驅動系統基本結構的傳動裝置， 傳動裝置把驅動電機傳來的力轉化為驅動力，從而驅動汽車驅動輪，完成行駛。
純電動汽車的核心部件主要由驅動電機和電機的控制模塊組成，驅動電機模塊主要是根據駕駛員的操作，把電動汽車動力電池所產生的電能最大化的轉化為車輪旋轉所需要的動能，或者是在制動時，車輪上所產生的動能 反饋給電動車電池。電動汽車的動力性、經濟性和舒適性直接受驅動電機的特性影響，驅動電機的特性也就成為評價汽車性能的主要指標。
汽車驅動電機系統主要通過驅動電機、各種傳感器、 驅動電機控制模塊、高壓線束、低壓線束、冷卻系統與電動汽車的其它系統連在一起。
純電動汽車電機廣泛采用三相交流永磁電動機。
展開 
純電動汽車電控系統參數匹配
純電動汽車的電機控制器（MCU）響應整車控制器（VCU）的控制和輸出的扭矩值，負責驅動電機的控制并對電機狀態進行實時檢測，電池管理系統（BMS）對電池的荷電狀態（SOC）、電壓、電流及溫度等參數進行測量，VCU通過采集、接收MCU及BMS等信息實現整車驅動模式控制、能量優化控制及制動回饋控制等功能。因此，純電動汽車的整車動力性主要依賴于驅動電機、動力電池組、傳動系統及電控系統的參數匹配。在電動汽車動力系統設計初期，汽車的續航里程、加速性能、最高車速及爬坡能力等能夠反應系統的動力性，可根據動力系統指標選擇合理的電機參數和動力電池參數等，以滿足整車的動力需求。
2 驅動電機參數的選擇和匹配
電機是純電動汽車的核心功能模塊，它將電能轉變為機械能，并通過傳動系統將能量傳遞到車輪來驅動汽車行駛。合理地選擇電機參數能夠更合理的使用動力電池的儲存能量，從而提高汽車續航里程等性能。電機和MCU組成了純電動汽車的驅動系統。MCU是一種能將動力電池輸入的電能轉變為適合于目標電機運行需求的另一種電能形式的電能轉化裝置。因此，整車的動力性能主要取決于MCU選擇的合理性。可以根據動力系統設計需求目標匹配電機的峰值功率、額定功率、最高轉速、額定轉速及最大扭矩等參數。
2.1 驅動方程
根據汽車的驅動力和行駛阻力之間的力學平衡關系，估算電機的基本性能。汽車的驅動力-行駛阻力平衡關系的方程，如式（1）所示。
純電動汽車傳動系統傳動比與效率、車輪半徑、空氣阻力系數、迎風面積及汽車的質量等性能指標確定后，可確定汽車的驅動力-行駛阻力平衡關系方程組，如式（2）所示。
將式（2）代入式（1）可得汽車的驅動力-行駛阻力平衡關系方程，如式（3）所示。
通過式（4）計算純電動汽車在平衡狀態下的功率大小，為后續電機功率選擇提供基礎數據。
展開 【熱點】純電動汽車800V是蛻變？還是嘩眾取寵？800V電驅動系統詳細解析！
電驅動系統效率提升
純電動汽車 (BEV) 的成功取決于兩個主要方面。汽車的購置成本和客戶可用性。BEV 的電池續航里程仍然是客戶可用性最重要的特征之一。
電池續航里程定義了每次電池充電的最大行駛距離和長途旅行的充電時間。這兩個標準都會受到牽引系統電壓水平的影響。更高的 800 V 系統電壓而不是 400 V 的通用電壓允許在恒定電纜橫截面下更快地為電池充電（大功率充電、超快速充電）。
目前的產品中，IGBT用作逆變器中的開關元件，在 800 V 的電壓下表現出效率劣勢，因為IGBT開關損耗太大。要高效使用更高的電壓，需要更高效的開關技術，請參見圖1.
展開 純電動汽車的性能指標
純電動汽車對驅動電動機的基本要求如下:
1）較大的起動轉矩；
2）較寬的恒功率范圍；
3）較大范圍的調速功能，在低速時具有較大的轉矩，在高速時具有高功率；
4）要求電動機的外形尺寸盡可能小，質量盡可能輕；
5）電動機的可靠性好，耐溫和耐潮性能強，能夠在較惡劣的環境下長期工作，運行時噪聲低，維修方便。
（2）純電動汽車適用的電動機驅動電動機的性能直接決定著純電動汽車驅動系統的性能。
目前純電動汽車采用較多的電動機主要是:
2. 電動機功率的選擇
電動機具有一定的效率特性，即一定的轉速和功率對應一定的效率。
（1）根據純電動汽車的最高車速選擇
在選擇電動機功率時既要使整車具有一定的車速；
電動機經常在較滿負載狀態下運行；
（2）根據純電動汽車的加速性能要求選擇
電動機的功率越大，純電動汽車的后備功率就越大，加速性能也就越好。
式中Vb—電動機基速時的汽車車速（Kw/h）
（3）根據車輛的爬坡性能要求選擇
電動汽車以某一車速Va（單位為Kw/h）爬上一定坡度i消耗的功率Pi（單位為Kw）為
電動汽車電動驅動機的最大功率應能同時滿足汽車對最高車速、加速度以及爬坡度的要求。
所以電動機電動的額定功率為：
3. 電動機額定電壓的選擇
在相同輸出功率條件下，如果蓄電池組電壓高，
優點：電流小，對導線和開關等電器元件要求較低；
缺點：需要數量較多的蓄電池串聯。
蓄電池組串聯的蓄電池越多，對蓄電池不均勻性的影響也就越大;
車載設備的安全保護級別也需要提高。
在相同輸出功率條件下，額定電壓低，
優點：需要數量較少的蓄電池串聯。
展開 純電動汽車的基本結構和原理
與燃油汽車相比，純電動汽車的結構特點是靈活，這種靈活性源于純電動汽車具有以下幾個獨特的特點。
首先，純電動汽車的能量主要是通過柔性的電線而不是通過剛性聯軸器和轉動軸傳遞的，因此，純電動汽車各部件的布置具有很大的靈活性。
其次，純電動汽車驅動系統的布置不同，如獨立的四輪驅動系統和輪轂電動機驅動系統等，會使系統結構區別很大；采用不同類型的電動機，如直流電動機和交流電動機，會影響到純電動汽車的重量、尺寸和形狀；不同類型的儲能裝置，如蓄電池，也會影響純電動汽車的重量、尺寸及形狀。
另外，不同的能源補充裝置具有不同的硬件和機構，例如，蓄電池可通過感應式和接觸式的充電機充電，或者采用更換蓄電池的方式，將替換下來的蓄電池再進行集中充電。
純電動汽車的結構主要由電力驅動控制系統、汽車底盤、車身以及各種輔助裝置等部分組成。除了電力驅動控制系統，其他部分的功能及其結構組成基本與傳統汽車相同，不過有些部件根據所選的驅動方式不同，已被簡化或省去了。所以電力驅動控制系統既決定了整個純電動汽車的結構組成及其性能特征，也是純電動汽車的核心，它相當于傳統汽車中的發動機與其他功能以機電一體化方式相結合，這也是區別于傳統內燃機汽車的最大不同點。
1、電力驅動控制系統
電力驅動控制系統的組成與工作原理如圖5.1所示，按工作原理可劃分為車載電源模塊、電力驅動主模塊和輔助模塊三大部分。
1)車載電源模塊
車載電源模塊主要由蓄電池電源、能源管理系統和充電控制器三部分組成。
(1)蓄電池電源。
蓄電池是純電動汽車的唯一能源，它除了供給汽車驅動行駛所需的電能外，也是供應汽車上各種輔助裝置的工作電源。蓄電池在車上安裝前需要通過串并聯的方式組合成所要求的電壓一般為12V或24V的低壓電源，而電動機驅動一般要求為高壓電源，并且所采用的電動機類型不同，其要求的電壓等級也不同。
展開 汽車試驗：電動汽車用驅動電機系統電磁兼容性試驗方法
電動汽車上的電力電子變換裝置無論數量還是功率都遠遠超過傳統汽車，電磁兼容問題的嚴重性和復雜性也遠高于傳統汽車。電機驅動系統是電動汽車的三大關鍵系統之一，也是最重要的功率變換裝置，其電磁兼容性能（electromagneTIccompaTIbility，簡稱為EMC）不僅關系到自身的工作可靠性，而且會影響整車的安全運行能力和工作可靠性。從目前已有的電動汽車整車產品的檢測過程來看，大部分車型都是經過多次整改才能夠達到國標的相關規定。鑒于電磁兼容問題的重要性，基于電磁騷擾耦合和傳播的一般機制。
本文給出了電動汽車用驅動電機系統電磁兼容性試驗方法。適用于純電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車用驅動電機系統。
注：電動汽車電源系統通常分為2種類型：第一種普通LV(低壓)系統，其典型結構特點為非屏蔽，第二種HV系統，其典型結構特點為屏蔽。
試驗方法如下：
一、電磁輻射發射試驗
1、寬帶電磁輻射發射試驗
試驗方法：本方法用于測試EUT產生的寬帶電磁輻射發射， 若無其他規定， 在30MHz-1000MHz頻率范圍內，則按GB/T18655-2010中規定的方法進行試驗。
試驗狀態：EUT應處于正常工作狀態， 且轉速為額定轉速的50%， 扭矩為額定扭矩的50%， 機械輸出負載達到持續功率的25%。
當轉速或扭矩達不到EUT試驗狀態時， 可調整扭矩或轉速以達到持續功率的25%， 并在試驗報告中注明。
如EUT包含多個單元， 單元之間的連接線宜使用原車上使用的連接線束；如果無法實現， 電子控制單元和人工電源網絡(AN)間的連接線長度應符合本標準規定.線束應按實際情況端接，并帶實際負載和激勵。
試驗布置：試驗布置圖見圖3.
屏蔽配置應按照車輛的實際情況布置，通常所有屏蔽的HV部件應低阻抗正常接地(例如AN、電纜、連接器等狀態) EUT和負載均應接地。
展開 純電動汽車驅動形式與應用
純電動汽車驅動形式與應用
【對比】主流純電動SUV 電池和驅動系統分析
本文討論對象：緊湊型純電動SUV。
1、整車：
2、電池：
電池類型都是三元鋰離子。
電池都位于底盤底部。
宋EV電池能量比其他品牌多10度電以上，
也是其整車較重的原因之一。
電池能量密度達到140Wh/kg，
可以拿到1.1倍補貼。
（榮威ERX5是2017年車型，
所以沒有達到140Wh/kg。）
（比亞迪宋EV電池能量密度
161Wh/kg的車型已經通過公告。）
綜合工況續航里程達到400km，
可以獲得5萬國補、2.5萬地補。
百公里耗電量最高水平達到14.2、13.3，
這和車重、車身尺寸、風阻系數、
電池能量與車重匹配、電池放電效率、
電機驅動效率、傳動效率、
能量回收率等有關。
如果優于標準25%，
還可再拿1.1倍補貼。
3、電動總成：
電機都是前驅布置，
永磁同步電機。
單擋減速箱，
最高的減速比達到10.5，
電機最高轉速12000rpm。
4、歐拉iQ底盤：
5、歐拉iQ 博格華納驅動系統：
6、威馬EX5底盤：
7、威馬EX5驅動系統：
8、榮威ERX5驅動系統：
展開 
基于NEDC的純電動汽車兩擋變速器傳動比設計
圖2 驅動系統效率分布圖
Fig.2 Efficiency distribution of drive system
由文獻[6]可知汽車的行駛方程為
式中，Ttq為驅動電機的輸出轉矩，N·m；ii為汽車傳動系傳動比，下標i 為擋位，i=1，2；ηT為傳動系統傳動效率；r 為車輪動態半徑，m；m 為汽車質量，kg；f 為滾動阻力系數；α 為坡度角；CD為空氣阻力系數；A 為迎風面積，m2；υt為汽車速度，km∕h；ζ為旋轉質量換算系數。
圖3 NEDC循環工況
Fig.3 NEDC cycle condition
NEDC整個工況內都沒有坡度變化，并且在停車時，整個系統斷電，純電動汽車沒有怠速能耗。不考慮復雜的制動能量回收，則汽車在NEDC 下的能耗可分為勻速工況和勻加速工況兩個部分[7]。
勻速工況：假設某t 時間間隔內汽車以ua（km∕h）的車速勻速行駛，由式（7）可推導出此狀態下的汽車驅動系統輸出功率為
車速ua勻速行駛過程中，汽車傳動系傳動比為ii，驅動系統的輸出轉速和輸出轉矩分別為
將式（9）和式（10）代入式（6），可得到以車速ua勻速行駛時系統效率與傳動系傳動比的關系為
則在t時間間隔內電動汽車的整車能耗為
整個NEDC 工況下汽車用于勻速行駛所消耗的總能量為各個勻速行駛工況能耗的總和，即
式中，m為整個NEDC工況下所有勻速工況的數目。
展開 技術丨純電動重型電驅動系統匹配設計
作者：袁磊丨北京特種車輛研究所
1 引言
當前，國內對純電動汽車的研究主要集中以乘用車為主，對重型純電動卡車的研究較少。本文以車輛主要性能參數的要求為基本依據，研究純電動重型卡車的結構型式，動力電池、驅動電機和減速機構的選型和匹配方法，以為純電動重型卡車的方案設計提供支撐。
2 純電動重型卡車結構和動力性指標
純電動汽車采用動力蓄電池作為動力源，電動機作為驅動裝置，并配有減速機構，其結構型式可根據驅動電機的布置方案分為集中式驅動或分布式驅動兩種。集中式驅動主要是將內燃機替換為動力電池和一臺驅動電機，并進一步將傳統車輛的減速器、差速器與驅動電機進行集成化設計，而形成集中式車橋式驅動系統方案；分布式驅動采用驅動電機直接驅動車輪，驅動輪之間也沒有差速器，簡化了車輛結構但提高了控制系統的復雜程度。
為簡化車輛結構，提高空間利用率，某四軸純電動重型卡車采用分布式輪轂電機驅動式結構，整車主要結構參數如表1所示。
車輛的機動性指標要求為：最大車速vmax為120 km/h；最大爬坡度為30°；0～30 km/h加速時間t為5 s；以70 km/h在城市道路上行駛的續航里程s不小于100 km。
表1 整車主要結構參數
3 純電動重型卡車驅動力與行駛阻力
汽車性能通常根據汽車牽引力與車速之間的關系得出，通常假設其最大牽引力受制于動力裝置的最大轉矩，而不受制于路面的附著力。
展開 純電動汽車驅動電機NVH開發
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純電動汽車雙電機驅動構型大盤點
1 單電機方案與雙電機方案的對比
對于電動汽車來說，雙電機相對于單電機加主減速器或變速箱的方案在提高驅動效率方面的優勢：
第一，單電機在低速、高速輕載等情況下，效率降低比較嚴重。
電動機的高效區間雖然比內燃機大得多，但是汽車的轉速和轉矩要求太寬了：強大的加速性能和爬坡能力需要大的扭矩，而速度從零到上百km/h則對轉速范圍有非常高的要求。
雖然大部分中高速工況下電動機的效率都能很高，但是在低速重載、高速輕載等情況下，電動機的效率會比高效率的區間下降20-30%。
雙電機則可以通過不同的搭配，讓系統的高效區擴大，提升效率。
第二，雙電機可以提高制動能量回收的效率。
在雙電機耦合驅動系統中，有四個可能的操作模式：單電機驅動模式、雙電機驅動模式、單電機再生制動模式、雙電機再生制動模式。
驅動效率和回收效率其實是一回事，當電動機工作在電動模式的時候就是驅動效率，工作在發電模式的時候就是回收效率，兩臺電機擁有更多的高回收效率空間，可以提高制動能量回收的效率。
第三，雙電機無動力中斷。
單個電機要想達到更高的效率可以通過搭配多檔位變速箱實現，但是如果搭配變速箱，就會有換檔動力中斷的問題，而使用雙電機協調控制則不會出現動力中斷。
第四，單個電機如果要滿足高性能（高扭矩）和高轉速范圍，設計制造難度大，總重量也大。
通過把單個電機分解為兩個電機，可以讓電機的制造難度降低，總重量也可以降低。
實際上，一臺100kW的電機性能不需要由一臺60kW的電機和另一臺40kW的電機加起來提供，一般情況下，一臺40kW左右和一臺30kW左右的電機組成的雙電機系統就可以提供甚至超過一臺100kW電機的性能，同時總重量一般可以降低30%甚至更多。
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