雙電機串并聯技術
關注創建者：匿名 創建時間：2022-02-14
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在新能源汽車產業高速發展的浪潮中，電機技術正成為決定行業競爭力的關鍵所在。雙電機驅動技術憑借高效節能、動力持續等優勢，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。技術迭代如何改寫產業格局？材料創新又將如何賦能電機未來？本文聚焦雙電機驅動與原材料兩大賽道，深度解析行業發展趨勢與挑戰。
新能源汽車雙電機驅動技術解析
一：雙電機驅動技術的優勢
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，提升整體效率。例如，在低速重載和高速輕載時，雙電機系統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：雙電機耦合驅動系統具備四種操作模式：單電機驅動、雙電機驅動、單電機再生制動、雙電機再生制動。雙電機系統在發電模式下擁有更多高回收效率空間，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。雙電機協調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速范圍，設計制造難度大且總重量大。雙電機系統通過分解任務，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，總重量可降低30%以上。
二：雙電機驅動技術的應用案例
雙感應電機
奔馳EQC：采用前后雙感應異步電機組合，前電機優化中低速效率，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 目前已于2013年開發出插電式智能多模式驅動系統(i-MMD)，該系統作為雙電機混合動力系統，具有與傳統型內燃機+變速器系統驅動方式迥異的動力傳動系統。
本田公司通過引進電驅系統的先進技術，于2016年成功開發了第二代i-MMD，又于2018年開發出了第三代i-MMD，實現了i-MMD系統的小型化并提高了性能。2018年發布的第三代i-MMD是通過裝置小型化以提高標準部件商品性，同時兼顧高效率與靜音性的目標而進行開發的，本文介紹了該技術的總體概況(圖1)。
圖1 本田公司的i-MMD外觀
1 本田公司混合動力系統概要
i-MMD是以串聯式混合動力為基礎，同時可直接與發動機進行串聯或并聯。靈活運用如圖2所示的3種驅動模式，最大限度地發揮發動機、電機等結構要素的潛能，實現了高效的能量管理。
圖2 3種駕駛模式
EV的驅動模式是利用儲存在高電壓蓄電池中的電能而實現行駛的。避開熱效率較低的發動機部分負荷下的運轉工況，達到可提高低速工況下效率的目的。在減速時也可實現車輛的制動能量再生。
混合動力驅動模式是利用發動機發電以驅動電機行駛的模式(通常是在市區行駛或需要強勁加速動力時方才運用該模式)。主動利用熱效率較高的發動機運行工況，達到在中、高車速區域高效運轉的目標。
發動機驅動模式是指將發動機的驅動力直接傳遞到車軸的模式(在以中、高車速行駛時，通過降低傳動摩擦以實現高效發動機運轉)。高速巡航時車輛要求的功率與發動機高效區域相一致的情況下，可有效運用機械傳動，以此提高系統效率。
有效利用高壓蓄電池并通過電力輔助及充電功能，可以提升發動機高運行工況的利用頻度，以及利用高功率電機以實現車輛強勁而順暢的加速性能，兼顧了環保性能與駕駛體驗。
展開 動力系統方案設計
動力系統方案設計， 需要結合整車的長寬高尺寸、整備與總質量等整車參數、傳動系主減速比、行駛系輪胎規格等關鍵總成參數及整車的性能指標， 根據運行工況，研究雙電機與變速箱系統總成的功能與結構定義、參數優化匹配與設計，并考慮冗余小、通用化程度高等因素，進行總成指標的設計與分解， 確定驅動電機及作業電機功率、轉矩及轉速，以及變速箱各擋速比等最優設計參數。
由于與傳統的單電機驅動原理不同，需要對雙電機的功率、扭矩、轉速等參數進行合理的分配。
展開 針對純電動商用車種類多、 用途廣、 工況復雜等特點，本文結合國家重點研發計劃新能源汽車重點專項，研發了一種基于變速箱+行星排耦合的雙電機驅動系統新構型，可實現雙電機耦合驅動、協調再生制動、單電機獨立驅動/作業等多種工作模式，實現一種動力平臺滿足行駛與作業兩種使用需求。
1 純電動商用車動力系統主流構型方案分析
目前國內外純電動商用車的主流驅動系統構型，可分為集中式和分布式驅動兩大類。
集中式驅動系統又可分為兩種，一種是將傳統汽車動力系統更換為純電動力系統， 這種構型包括電機直驅、電機+減速器、電機+變速器等型式，如圖1（a）所示，這是中重型純電動商用車的主流構型，宇通客車、德國SIEMENS 公司的集中式驅動系統，已有規模化應用；另一種是將動力系統集成在驅動橋上， 包括電機直驅、 電機+減速器等型式，如圖1（b）所示，是中輕型純電動商用車的主流型式。
分布式驅動主要有輪邊電機+減速器、 輪轂電機+減速器、輪轂電機等型式，如圖1（c）所示，德國ZF、比亞迪的輪邊驅動橋在城市客車領域已有推廣， 在運輸與作業類商用車領域應用較少，英國Protean、荷蘭e-Traction 等公司的輪轂電機驅動系統，目前仍處于應用驗證階段，未有規模化應用。
圖1 純電動商用車主流驅動系統構型
Fig.1 The driving system of electric commercial vehicle
市場上現有的N2/N3 類中重型純電動商用車， 特別是作業車輛， 其動力系統延續傳統作業車輛技術路線，依然采用主副電機分別驅動行駛和作業機構， 由于主副電機工作工況不同、 兩套電機不能協同工作， 特別是對于行駛時不作業、 作業時不行駛的專用車型， 存在較大的功率冗余，也導致成本較高。
展開 【免責聲明】文章為作者個人觀點，不代表EDC電驅未來立場。如因作品內容、版權等存在問題，請于本文布30日內聯系EDC電驅未來進行刪除或洽談版權使用事宜。
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「旺材動力總成」
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概述
為滿足日趨嚴格的環保法規的要求并合理應對資源短缺風險問題，降低汽車的燃油耗勢在必行。日本本田公司一方面要最大限度地提高燃油經濟性，另一方面則通過充分利用蓄電池驅動的電動汽車(EV)，以獲得較好的行駛靜音性、強勁的加速性，以及快速的扭矩響應等優點。目前已于2013年開發出插電式智能多模式驅動系統(i-MMD)，該系統作為雙電機混合動力系統，具有與傳統型內燃機+變速器系統驅動方式迥異的動力傳動系統
THS系統動力總成
引言
國內新能源商用車領域， 新能源客車的規模應用取得了良好的示范效果。新能源專用車也有大規模應用，但總體以微型、 輕型的N1/N2 運輸產品為主， 急需在中重型、作業類的N2/N3 商用車領域取得突破。
針對純電動商用車種類多、 用途廣、 工況復雜等特點，本文結合國家重點研發計劃新能源汽車重點專項，研發了一種基于變速箱+行星排耦合的雙電機驅動系統新構型
