雙電機耦合驅(qū)動
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-12-01
雙電機耦合驅(qū)動的實例教程
在新能源汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的浪潮中，電機技術(shù)正成為決定行業(yè)競爭力的關(guān)鍵所在。雙電機驅(qū)動技術(shù)憑借高效節(jié)能、動力持續(xù)等優(yōu)勢，重塑車輛性能邊界，從奔馳、比亞迪到特斯拉，頭部車企紛紛布局；而電機原材料領(lǐng)域同樣暗流涌動，鐵芯、磁鋼、漆包線等材料的革新，正突破強度、成本與性能的多重瓶頸。技術(shù)迭代如何改寫產(chǎn)業(yè)格局？材料創(chuàng)新又將如何賦能電機未來？本文聚焦雙電機驅(qū)動與原材料兩大賽道，深度解析行業(yè)發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)。
新能源汽車雙電機驅(qū)動技術(shù)解析
一：雙電機驅(qū)動技術(shù)的優(yōu)勢
提升效率：單電機在低速、高速輕載等情況下效率較低，而雙電機通過不同搭配，可擴大高效區(qū)，提升整體效率。例如，在低速重載和高速輕載時，雙電機系統(tǒng)能更好地維持高效率運行，相比單電機效率提升顯著。
提高制動能量回收效率：雙電機耦合驅(qū)動系統(tǒng)具備四種操作模式：單電機驅(qū)動、雙電機驅(qū)動、單電機再生制動、雙電機再生制動。雙電機系統(tǒng)在發(fā)電模式下?lián)碛懈喔呋厥招士臻g，從而提高制動能量回收效率。
無動力中斷：單電機搭配多檔位變速箱雖能提高效率，但存在換擋動力中斷問題。雙電機協(xié)調(diào)控制則可避免動力中斷，提升駕駛體驗。
降低制造難度和總重量：單個電機若要滿足高性能和高轉(zhuǎn)速范圍，設(shè)計制造難度大且總重量大。雙電機系統(tǒng)通過分解任務(wù)，降低制造難度和總重量。例如，一臺100kW的電機性能可由兩臺較小功率電機組合實現(xiàn)，總重量可降低30%以上。
二：雙電機驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用案例
雙感應(yīng)電機
奔馳EQC：采用前后雙感應(yīng)異步電機組合，前電機優(yōu)化中低速效率，后電機提供更強動力。最大功率300kW，峰值扭矩765N·m，0-100km/h加速時間5.1秒，能耗約25kW·h/100km。
展開 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(qū)動效率方面的優(yōu)勢：
第一，單電機在低速、高速輕載等情況下，效率降低比較嚴(yán)重。
電動機的高效區(qū)間雖然比內(nèi)燃機大得多，但是汽車的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qū)間下降20-30%。
雙電機則可以通過不同的搭配，讓系統(tǒng)的高效區(qū)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(qū)動系統(tǒng)中，有四個可能的操作模式：單電機驅(qū)動模式、雙電機驅(qū)動模式、單電機再生制動模式、雙電機再生制動模式。
驅(qū)動效率和回收效率其實是一回事，當(dāng)電動機工作在電動模式的時候就是驅(qū)動效率，工作在發(fā)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(xiàn)，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(xié)調(diào)控制則不會出現(xiàn)動力中斷。
第四，單個電機如果要滿足高性能（高扭矩）和高轉(zhuǎn)速范圍，設(shè)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(tǒng)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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在玩具車的內(nèi)部，電機是驅(qū)動其前進的核心部件。玩具車電機的工作原理是通過電刷將電流引入定子上的線圈，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動玩具車前進。具體來說，當(dāng)電流通過線圈時，會產(chǎn)生磁力線，使定子和轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生磁場，轉(zhuǎn)子受到磁力的作用開始轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，定子上的線圈與轉(zhuǎn)子之間的磁力線方向發(fā)生變化，從而產(chǎn)生不同的旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子持續(xù)轉(zhuǎn)動。這種小型、輕量、高效的電機能夠為玩具車提供持久而穩(wěn)定的動力。
工采網(wǎng)代理的電機驅(qū)動芯片 - SS6226是一款7V雙通道直流馬達驅(qū)動器，適用于遙控玩具車、小家電、打印機、智能家居、工業(yè)設(shè)備等機電一體化電機應(yīng)用等領(lǐng)域。
該芯片支持2.4V-7.2V電壓范圍，可以輸出2A的峰值電流，且內(nèi)置了電流調(diào)節(jié)功能；能實現(xiàn)雙向控制電機，并利用電流衰減模式通過脈寬調(diào)制來控制電機轉(zhuǎn)速，H橋由兩路邏輯輸入控制，每個橋臂都包含一個高邊和一個底邊的N溝道MOSFET，其導(dǎo)通電阻為0.6Ω。
SS6226 是為低電壓下工作的系統(tǒng)而設(shè)計的直流電機驅(qū)動集成電路，雙通道低導(dǎo)通電阻。具備電機正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)/停止/剎車四個功能。
SS6226 內(nèi)置溫度保護功能，當(dāng)芯片溫度急劇升高，內(nèi)部電路關(guān)斷內(nèi)置的功率開關(guān)管，切斷負(fù)載電流。
典型應(yīng)用電路圖：
馬達驅(qū)動芯片 - SS6226的特性：
工作電壓范圍: VDD =2.4V to 7.2V
低待機電流 : (typ. 0.2uA)
內(nèi)置過熱保護功能
低導(dǎo)通電阻 : 0.6ohm (SOP16)
深圳率能半導(dǎo)體在電機驅(qū)動領(lǐng)域深耕多年，技術(shù)以及產(chǎn)品方面已經(jīng)很完善，如果想了解更多電機驅(qū)動的技術(shù)資料，歡迎致電聯(lián)系：133 9280 5792(微信同號)
展開 本文以混合動力雙電機系統(tǒng)構(gòu)型為切入點，對本田i-MMD系統(tǒng)和榮威 EDU系統(tǒng)進行了方案描述，重點分析了雙電機系統(tǒng)的工作模式及控制原理，同時對雙電機系統(tǒng)起步控制和換擋協(xié)調(diào)控制過程進行了說明。
1. 本田i-MMD雙電機系統(tǒng)構(gòu)型
本田雅閣i-MMD（Intelligent Multi-Mode Drive）系統(tǒng)技術(shù)方案結(jié)構(gòu)如圖1所示，其動力驅(qū)動系統(tǒng)主要包括2.0 L發(fā)動機、驅(qū)動電機、發(fā)電機、離合器以及傳動機構(gòu)等。其中，驅(qū)動電機、發(fā)電機以及離合器集成形成了電動耦合 e-CVT，取代了傳統(tǒng)的變速箱，發(fā)電機始終與發(fā)動機相連，主要用于發(fā)電，驅(qū)動電機與驅(qū)動車輪相連，主要用于驅(qū)動車輛行駛，在制動的時候，電機可以回收能量對電池進行充電。
圖一
雅閣混合動力汽車搭載了 i-MMD 雙電機系統(tǒng)，整車動力來源采用了以驅(qū)動電機為主，發(fā)動機為輔的設(shè)計，可以實現(xiàn)純電動、混合動力以及發(fā)動機直驅(qū)的模式功能。純電動模式下利用驅(qū)動電機驅(qū)動車輪；混動模式下發(fā)動機啟動通過發(fā)電機給驅(qū)動電機充電，再讓驅(qū)動電機驅(qū)動車輪；發(fā)動機直驅(qū)模式下離合器閉合，發(fā)動機作為動力源與傳動系相連驅(qū)動車輪。通過三種模式有效切換，使得車輛表現(xiàn)出了更為出色的動力與節(jié)油優(yōu)勢。
2. 本田i-MMD雙電機系統(tǒng)工作模式
（1）純電動模式驅(qū)動
在純電動模式下，動力系統(tǒng)能量傳遞如圖2中所示的箭頭方向。在這種模式下，發(fā)動機不工作，動力分離裝置離合器斷開，驅(qū)動車輛行駛的能量直接來源于動力電池，動力電池儲存的電能經(jīng)由逆變器提供給驅(qū)動電機，驅(qū)動電機驅(qū)動車輛前進或者后退。在車輛制動時，所產(chǎn)生的能量將被回收充入動力電池內(nèi)進行儲存。
圖2
（2）混合動力模式驅(qū)動
在混合動力模式下，動力系統(tǒng)能量傳遞如圖3中所示的箭頭方向。
展開 
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雙電機耦合驅(qū)動的最新內(nèi)容
電機雙通道驅(qū)動芯片，通常指能夠控制直流電機實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和制動等雙向運動功能的集成電路（IC）。這類芯片內(nèi)部多采用H橋電路結(jié)構(gòu)，通過控制功率MOSFET或晶體管的導(dǎo)通與關(guān)斷，改變電機兩端的電壓極性，從而實現(xiàn)電機的雙向驅(qū)動。
核心工作原理與技術(shù)特性：
H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?：這是雙向驅(qū)動的基礎(chǔ)。芯片內(nèi)部集成四個功率開關(guān)（通常為MOSFET），排列成“H”形。通過邏輯控制電路，精確控制對角線開關(guān)的導(dǎo)通
雙通道H橋驅(qū)動器（用于電機控制）結(jié)構(gòu)組成：其核心是兩個獨立的H橋電路。每個H橋由四個開關(guān)元件（通常是MOSFET）構(gòu)成，分為上、下橋臂。電機連接在兩個橋臂的中點之間。雙通道設(shè)計意味著可以獨立控制兩個直流電機。
工作原理：
正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)：通過控制對角線上的一對開關(guān)管導(dǎo)通（如左上+右下），另一對關(guān)閉，來改變流過電機的電流方向，從而實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)。
調(diào)速：采用PWM（脈沖寬度調(diào)制）技術(shù)，通過快速開關(guān)
雙通道H橋電流控制電機驅(qū)動器是一種電子電路，用于獨立控制兩個直流電機的方向、速度和制動。它基于H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個通道包含四個開關(guān)元件（如MOSFET或晶體管），形成一個“H”形電路，電機作為負(fù)載連接在橋臂上。?
雙通道設(shè)計允許同時控制兩個電機，每個通道獨立工作。例如，一個通道控制電機1，另一個控制電機2，通過各自的PWM信號和方向控制實現(xiàn)多軸運動（如機器人輪子驅(qū)動）。?電流控制通常通過檢測電機電流反饋
雙通道H橋驅(qū)動通過兩個獨立的H橋電路分別控制兩個電機，實現(xiàn)同步正反轉(zhuǎn)、獨立調(diào)速等功能。其核心原理如下：
結(jié)構(gòu)組成：每個通道包含四個開關(guān)元件（如MOSFET或IGBT），分為上下橋臂。電機連接在橋臂中間，兩端分別接至左右橋臂。
工作模式：
正轉(zhuǎn)?：同時導(dǎo)通上半橋的兩個開關(guān)管，電流從正電源經(jīng)電機流向負(fù)電源；下半橋開關(guān)管保持關(guān)閉。
反轉(zhuǎn)?：同時導(dǎo)通下半橋的兩個開關(guān)管，電流方向與正轉(zhuǎn)相反。
H橋（H-Bridge), ，因外形與H相似故得名，常用于逆變器（DC-AC轉(zhuǎn)換，即直流變交流）。通過開關(guān)的開合，將直流電（來自電池等）逆變?yōu)槟硞€頻率或可變頻率的交流電，用于驅(qū)動交流電機（異步電機等）。
H橋電路，既可以分立元器件形式搭建，也可以整合到集成電路上。“H橋”的名稱起源于其電路，兩個并聯(lián)支路和一個負(fù)載接入/電路輸出支路，看上去構(gòu)成了形如“H”字母的電路結(jié)構(gòu)。
雙H橋由兩組獨立的
提高制動能量回收效率：雙電機耦合驅(qū)動系統(tǒng)具備四種操作模式：單電機驅(qū)動、雙電機驅(qū)動、單電機再生制動、雙電機再生制動。雙電機系統(tǒng)在發(fā)電模式下?lián)碛懈喔呋厥招士臻g，從而提高制動能量回收效率。
無動力中斷：單電機搭配多檔位變速箱雖能提高效率，但存在換擋動力中斷問題。雙電機協(xié)調(diào)控制則可避免動力中斷，提升駕駛體驗。
遙控玩具車的基本工作原理是通過無線電遙控器發(fā)送信號，這些信號被玩具車內(nèi)的接收器接收并解碼，從而控制玩具車的運行。根據(jù)車身外型的不同，可以分為：普通的私家房車、越野車、貨柜車、翻斗車等等。遙控器的操作，如前進、后退、左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，都是通過發(fā)送特定的編碼信號來實現(xiàn)的。這些信號經(jīng)過外圍電路解調(diào)后，由接收芯片內(nèi)部的解碼電路進行解碼，然后發(fā)出相應(yīng)的控制信號來控制汽車的運行。
在玩具車的內(nèi)部
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本文以混合動力雙電機系統(tǒng)構(gòu)型為切入點，對本田i-MMD系統(tǒng)和榮威 EDU系統(tǒng)進行了方案描述，重點分析了雙電機系統(tǒng)的工作模式及控制原理，同時對雙電機系統(tǒng)起步控制和換擋協(xié)調(diào)控制過程進行了說明。
1. 本田i-MMD雙電機系統(tǒng)構(gòu)型
本田雅閣i-MMD（Intelligent Multi-Mode Drive）系統(tǒng)技術(shù)方案結(jié)構(gòu)如圖1所示
針對純電動商用車種類多、 用途廣、 工況復(fù)雜等特點，本文結(jié)合國家重點研發(fā)計劃新能源汽車重點專項，研發(fā)了一種基于變速箱+行星排耦合的雙電機驅(qū)動系統(tǒng)新構(gòu)型，可實現(xiàn)雙電機耦合驅(qū)動、協(xié)調(diào)再生制動、單電機獨立驅(qū)動/作業(yè)等多種工作模式，實現(xiàn)一種動力平臺滿足行駛與作業(yè)兩種使用需求。
