純電動重型電驅動系統的案例
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 【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！
因此，SiC是通往更高系統電壓的關鍵技術。
如果可以找到電機和逆變器的兩條隨開關頻率相反運行的損耗曲線之間的最佳平衡，則 WLTP 系統級（800 V Si 系統與 800 V SiC 系統相比）的效率可能提高 4 % 至 8 %）。效率描述了存儲在電池中的能量與用于產生牽引力的能量之比。
因此，更高的效率可以實現在電池容量相同的情況下更長的里程，或者在電池容量降低的情況下產生里程不變。因此，提高效率是優化 BEV 成本的最大措施。SiC 技術應用帶來的是系統成本優勢，因為它們可以節省更多的電池。
Vitesco Technologies 正在開發一種模塊化逆變器概念，用于從 400 V 到 800 V 的過渡。該開發的技術平臺是基于高度集成的電驅動系統EMR4（ 第 4 代）。EMR4 電驅動橋是 EMR3 的進一步發展，目前已在中國進行大規模批量生產。EMR3 已集成到歐洲和亞洲 OEM 的多款車輛中。
EMR4 的電力電子控制器（逆變 ）基于第四代電力電子控制器平臺(EPF4.0)。Vitesco Technologies 可以利用其在逆變器技術開發方面的廣泛和長期經驗來實現具有低雜散電感和優化 dv/dt 的技術。
展開 【ATC會議】徐向陽《純電動重型商用車雙電機電驅總成（eDMT）能量管理策略》等
編者：
今天是【ATC會議】資料連載的最后一天，有兩篇資料分享給大家：
徐向陽《純電動重型商用車雙電機電驅總成（eDMT）能量管理策略》等
高炳釗《電動汽車動力傳動系統發展趨勢》
02
高炳釗
電動汽車動力傳動系統發展趨勢
電動汽車用三合一電驅動系統設計與驗證
圖8 三合一電驅動系統臺架測試圖
4.1 系統性能測試
在290 V電壓工況下，分別對樣機進行系統輸出外特性、系統效率、系統溫升的測試。
系統輸出特性如圖9所示，三合一電驅動系統在電動和發電工況下均可以穩定輸出峰值功率55kW和峰值轉矩150N·m。三合一電驅動效率測試結果，如圖10所示，電動工況下，系統最高效率為95.5%，控制器最高效率為98%，電機最高效率為97.5%；發電工況下，系統最高效率為94.5%，控制器最高效率為97.5%，電機最高效率為97.5%。經過軟件計算，系統效率大于80%的面積占比81.0876%，控制器效率大于80%的面積占比93.1055%，電機效率大于80%的面積占比91.172 7%。
展開 
電動汽車電驅動系統動力性匹配設計
電動汽車動力特性通常由加速性、爬坡能力、最高車速等性能來評價。驅動電機性能參數設計成為滿足整車動力性能首要考慮的問題，而所有驅動電機的這些性能參數都取決于電驅動電機轉速-轉矩 （功率）特性。本文以某款純電動物流車進行研究，對其驅動系統匹配選型與驗證。
電動汽車用三合一電驅動系統設計與驗證
三合一電驅動系統的PCB由控制板和驅動板組成，驅動單元和控制單元之間通過線束通訊，避免高低壓之間的干擾。PCB電路通常集成有通訊電路、溫度采樣電路、電壓采樣電路、相電流采樣電路、轉子位置檢測電路、電源轉換電路、驅動電路以及各保護功能電路等，這些電路組合在一起共同確保整個三合一電驅動系統的正常工作。
圖7 三合一電驅動系統電氣原理框圖
4 樣機性能實驗驗證
為了進一步研究三合一電驅動系統的輸出性能，制作樣機并對系統的輸出特性、效率以及溫升進行測試，測試臺架如圖8所示。
圖8 三合一電驅動系統臺架測試圖
4.1 系統性能測試
在290 V電壓工況下，分別對樣機進行系統輸出外特性、系統效率、系統溫升的測試。
系統輸出特性如圖9所示，三合一電驅動系統在電動和發電工況下均可以穩定輸出峰值功率55kW和峰值轉矩150N·m。三合一電驅動效率測試結果，如圖10所示，電動工況下，系統最高效率為95.5%，控制器最高效率為98%，電機最高效率為97.5%；發電工況下，系統最高效率為94.5%，控制器最高效率為97.5%，電機最高效率為97.5%。經過軟件計算，系統效率大于80%的面積占比81.0876%，控制器效率大于80%的面積占比93.1055%，電機效率大于80%的面積占比91.172 7%。
展開 電動汽車用三合一電驅動系統設計與驗證
圖8 三合一電驅動系統臺架測試圖
4.1 系統性能測試
在290 V電壓工況下，分別對樣機進行系統輸出外特性、系統效率、系統溫升的測試。
系統輸出特性如圖9所示，三合一電驅動系統在電動和發電工況下均可以穩定輸出峰值功率55kW和峰值轉矩150N·m。三合一電驅動效率測試結果，如圖10所示，電動工況下，系統最高效率為95.5%，控制器最高效率為98%，電機最高效率為97.5%；發電工況下，系統最高效率為94.5%，控制器最高效率為97.5%，電機最高效率為97.5%。經過軟件計算，系統效率大于80%的面積占比81.0876%，控制器效率大于80%的面積占比93.1055%，電機效率大于80%的面積占比91.172 7%。
展開 純電動汽車電驅動總成NVH分析與優化研究
電驅動總成嘯叫原因分析
純電動汽車電驅動總成通常由電機和減速器組成，多采用永磁同步電機加兩級減速器的組合形式。電驅動總成存在嘯叫的原因復雜，主要包括：電機電磁激勵、減速器系統共振和電驅動總成系統耦合模態共振等。結合某型號電驅動總成在整車試驗過程中，客戶發現存在結構共振問題，本文主要通過MASTA軟件分析，對動力總成進行仿真分析，找出動力總成出現結構共振的原因，并加以修正。
在整車搭載NVH測試過程中，可通過LMS數據采集前端采集車內近場噪聲數據，將采集到的數據通過LMS Test.Lab數據分析軟件對近場噪聲進行噪聲階次分析，找出發生嘯叫的對應階次，再通過嘯叫噪聲階次分析，判斷嘯叫噪聲的激勵源。
圖1 某型號驅動總成車內噪聲瀑布圖
圖2 第22階階次噪聲圖
本文針對的某型號電驅動總成整車搭載NVH測試客戶反饋的試驗數據如圖1所示。經客戶反饋，在整車WOT工況下，輸入端轉速在1 600～2 000 r/min（586.6～ 733.3 Hz）之 間 時，電驅動總成第22階存在共振嘯叫問題，根據電驅動總成的結構，基本可以確定是驅動總成中的減速器高速級產生的噪聲。
由圖2可知，總成第22階噪聲在2 000 r/min左右存在明顯突變；由圖1可以看出，總成除第22階外，在696 Hz附近其他階次噪聲的系統共振響應明顯，由此判斷，總成在696 Hz附近，存在有系統結構共振，需要調整系統結構來改善這一情況。
展開 電動汽車用三合一電驅動系統設計與驗證
圖8 三合一電驅動系統臺架測試圖
4.1 系統性能測試
在290 V電壓工況下，分別對樣機進行系統輸出外特性、系統效率、系統溫升的測試。
系統輸出特性如圖9所示，三合一電驅動系統在電動和發電工況下均可以穩定輸出峰值功率55kW和峰值轉矩150N·m。三合一電驅動效率測試結果，如圖10所示，電動工況下，系統最高效率為95.5%，控制器最高效率為98%，電機最高效率為97.5%；發電工況下，系統最高效率為94.5%，控制器最高效率為97.5%，電機最高效率為97.5%。經過軟件計算，系統效率大于80%的面積占比81.0876%，控制器效率大于80%的面積占比93.1055%，電機效率大于80%的面積占比91.172 7%。
展開 電動汽車電驅動系統詳解及常見故障分析
一、電動汽車系統組成
如果把電動汽車看生是一個大系統，則系統主要由電力驅動子系統、電源子系統和輔助子系統組成。電驅動系統主要由四大部分組成：驅動電機、變速器、功率變換器和控制器。驅動電機是電氣驅動系統的核心，其性能和效率直接影響電動汽車的性能。驅動電機和變速器的尺寸、重量也會影響到汽車的整體效率。功率變換器和控制器則對電動汽車的安全可靠運行有很大關系。驅動系統的功能是將儲存在蓄電池中的電能高效地轉化為車輪的動能進而推進汽車行駛，并能夠在汽車減速制動或者下坡時，實現再生制動。
下圖表示一種典型的電動汽車系統組成，圖中雙線表示機械連接；粗線表示電氣連接；細線表示控制信號連接；線上的箭頭表示電功率或控制信號的傳輸方向。來自加速踏板的信號輸入電子控制器并通過控制功率變化器來調節電動機輸出的轉矩或轉速，電動機輸出的轉矩通過汽車傳動系統驅動車輪轉動。充電器通過汽車的充電接口向蓄電池充電。在汽車行駛時，蓄電池經功率變換器向電動機供電。當電動汽車采用電制動時，驅動電動機運行在發電狀態，將汽車的部分動能回饋給蓄電池對其充電，并延長電動汽車的續駛里程。
二、電動汽車電驅動系統特點
電動汽車電驅動系統是區別于內燃機汽車的最大不同點。電動汽車對驅動系統的要求很高。電動知家總結，電動汽車驅動系統應符合下列要求：
1）瞬時功率大，短時過載能力強，以滿足爬坡及加速的需要；
2) 調速范圍寬廣；
3) 在運行的全部速度范圍和負載范圍內，具有較高的效率。也就是在電機所有工作范圍內綜合效率高, 以盡量提高電動汽車一次續駛里程；
4) 可靠性高，使用方便簡單，價格低廉；
5) 功率密度高，體積小，質量輕。
三、電動汽車電驅動系統構成
1．電動汽車驅動電機
選用小型輕量的高效電機，對目前電池容量較小、續駛里程較短的電動汽車現狀顯得尤為重要。
展開 電動輕卡電驅動系統關鍵指標和參數的選取與確定
2) 燃料成本方面，燃油車以12L/100km、7元/L計算，費用是84元/100km；純電動輕卡以40度/100km、0.7元/度計算，費用是28元/100km。
本文擬就以物流公司需求量最大的電動輕卡為例，對電動物流車電驅動系統關鍵指標和參數的選取和確定做一個示范。
2 整車參數及設計指標
通過對國內市區內和高速路交通行走頻度情況的統計結果，可以看到市區內交通多在15KM/H～40KM/H，堵車、蠕行頻度較多，起步加速情況頻度高，高速路上頻度較高的車速集中在90KM/H～140KM/H，因我國高速公路限速120KM/H，故需要兼顧市區工況和高速工況的電動物流車極限車速達到120KM/H以上。
展開 
捷豹I-Pace純電驅動系統2.0 ￥500
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【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 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 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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