雙電機(jī)串并聯(lián)技術(shù)的案例
技術(shù)聚焦前沿：雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)與材料變革，解碼電機(jī)產(chǎn)業(yè)新動(dòng)能
在新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的浪潮中，電機(jī)技術(shù)正成為決定行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵所在。雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)憑借高效節(jié)能、動(dòng)力持續(xù)等優(yōu)勢(shì)，重塑車(chē)輛性能邊界，從奔馳、比亞迪到特斯拉，頭部車(chē)企紛紛布局；而電機(jī)原材料領(lǐng)域同樣暗流涌動(dòng)，鐵芯、磁鋼、漆包線等材料的革新，正突破強(qiáng)度、成本與性能的多重瓶頸。技術(shù)迭代如何改寫(xiě)產(chǎn)業(yè)格局？材料創(chuàng)新又將如何賦能電機(jī)未來(lái)？本文聚焦雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)與原材料兩大賽道，深度解析行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)。
新能源汽車(chē)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)解析
一：雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
提升效率：?jiǎn)?em>電機(jī)在低速、高速輕載等情況下效率較低，而雙電機(jī)通過(guò)不同搭配，可擴(kuò)大高效區(qū)，提升整體效率。例如，在低速重載和高速輕載時(shí)，雙電機(jī)系統(tǒng)能更好地維持高效率運(yùn)行，相比單電機(jī)效率提升顯著。
提高制動(dòng)能量回收效率：雙電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具備四種操作模式：?jiǎn)?em>電機(jī)驅(qū)動(dòng)、雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)、單電機(jī)再生制動(dòng)、雙電機(jī)再生制動(dòng)。雙電機(jī)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(dòng)能量回收效率。
無(wú)動(dòng)力中斷：?jiǎn)?em>電機(jī)搭配多檔位變速箱雖能提高效率，但存在換擋動(dòng)力中斷問(wèn)題。雙電機(jī)協(xié)調(diào)控制則可避免動(dòng)力中斷，提升駕駛體驗(yàn)。
降低制造難度和總重量：?jiǎn)蝹€(gè)電機(jī)若要滿(mǎn)足高性能和高轉(zhuǎn)速范圍，設(shè)計(jì)制造難度大且總重量大。雙電機(jī)系統(tǒng)通過(guò)分解任務(wù)，降低制造難度和總重量。例如，一臺(tái)100kW的電機(jī)性能可由兩臺(tái)較小功率電機(jī)組合實(shí)現(xiàn)，總重量可降低30%以上。
二：雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用案例
雙感應(yīng)電機(jī)
奔馳EQC：采用前后雙感應(yīng)異步電機(jī)組合，前電機(jī)優(yōu)化中低速效率，后電機(jī)提供更強(qiáng)動(dòng)力。最大功率300kW，峰值扭矩765N·m，0-100km/h加速時(shí)間5.1秒，能耗約25kW·h/100km。
展開(kāi) 日本本田雙電機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)
目前已于2013年開(kāi)發(fā)出插電式智能多模式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(i-MMD)，該系統(tǒng)作為雙電機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)，具有與傳統(tǒng)型內(nèi)燃機(jī)+變速器系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式迥異的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。
本田公司通過(guò)引進(jìn)電驅(qū)系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)，于2016年成功開(kāi)發(fā)了第二代i-MMD，又于2018年開(kāi)發(fā)出了第三代i-MMD，實(shí)現(xiàn)了i-MMD系統(tǒng)的小型化并提高了性能。2018年發(fā)布的第三代i-MMD是通過(guò)裝置小型化以提高標(biāo)準(zhǔn)部件商品性，同時(shí)兼顧高效率與靜音性的目標(biāo)而進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，本文介紹了該技術(shù)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(dòng)力系統(tǒng)概要
i-MMD是以串聯(lián)式混合動(dòng)力為基礎(chǔ)，同時(shí)可直接與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)。靈活運(yùn)用如圖2所示的3種驅(qū)動(dòng)模式，最大限度地發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)等結(jié)構(gòu)要素的潛能，實(shí)現(xiàn)了高效的能量管理。
圖2 3種駕駛模式
EV的驅(qū)動(dòng)模式是利用儲(chǔ)存在高電壓蓄電池中的電能而實(shí)現(xiàn)行駛的。避開(kāi)熱效率較低的發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷下的運(yùn)轉(zhuǎn)工況，達(dá)到可提高低速工況下效率的目的。在減速時(shí)也可實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的制動(dòng)能量再生。
混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式是利用發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電以驅(qū)動(dòng)電機(jī)行駛的模式(通常是在市區(qū)行駛或需要強(qiáng)勁加速動(dòng)力時(shí)方才運(yùn)用該模式)。主動(dòng)利用熱效率較高的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況，達(dá)到在中、高車(chē)速區(qū)域高效運(yùn)轉(zhuǎn)的目標(biāo)。
發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式是指將發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力直接傳遞到車(chē)軸的模式(在以中、高車(chē)速行駛時(shí)，通過(guò)降低傳動(dòng)摩擦以實(shí)現(xiàn)高效發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn))。高速巡航時(shí)車(chē)輛要求的功率與發(fā)動(dòng)機(jī)高效區(qū)域相一致的情況下，可有效運(yùn)用機(jī)械傳動(dòng)，以此提高系統(tǒng)效率。
有效利用高壓蓄電池并通過(guò)電力輔助及充電功能，可以提升發(fā)動(dòng)機(jī)高運(yùn)行工況的利用頻度，以及利用高功率電機(jī)以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛強(qiáng)勁而順暢的加速性能，兼顧了環(huán)保性能與駕駛體驗(yàn)。
展開(kāi) 商用車(chē)雙電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型-行星排技術(shù)
動(dòng)力系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
動(dòng)力系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)， 需要結(jié)合整車(chē)的長(zhǎng)寬高尺寸、整備與總質(zhì)量等整車(chē)參數(shù)、傳動(dòng)系主減速比、行駛系輪胎規(guī)格等關(guān)鍵總成參數(shù)及整車(chē)的性能指標(biāo)， 根據(jù)運(yùn)行工況，研究雙電機(jī)與變速箱系統(tǒng)總成的功能與結(jié)構(gòu)定義、參數(shù)優(yōu)化匹配與設(shè)計(jì)，并考慮冗余小、通用化程度高等因素，進(jìn)行總成指標(biāo)的設(shè)計(jì)與分解， 確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)及作業(yè)電機(jī)功率、轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，以及變速箱各擋速比等最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)。
由于與傳統(tǒng)的單電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理不同，需要對(duì)雙電機(jī)的功率、扭矩、轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行合理的分配。
展開(kāi) 商用車(chē)雙電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型-行星排技術(shù)
針對(duì)純電動(dòng)商用車(chē)種類(lèi)多、 用途廣、 工況復(fù)雜等特點(diǎn)，本文結(jié)合國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃新能源汽車(chē)重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)，研發(fā)了一種基于變速箱+行星排耦合的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)新構(gòu)型，可實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)、協(xié)調(diào)再生制動(dòng)、單電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)/作業(yè)等多種工作模式，實(shí)現(xiàn)一種動(dòng)力平臺(tái)滿(mǎn)足行駛與作業(yè)兩種使用需求。
1 純電動(dòng)商用車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)主流構(gòu)型方案分析
目前國(guó)內(nèi)外純電動(dòng)商用車(chē)的主流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型，可分為集中式和分布式驅(qū)動(dòng)兩大類(lèi)。
集中式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)又可分為兩種，一種是將傳統(tǒng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)更換為純電動(dòng)力系統(tǒng)， 這種構(gòu)型包括電機(jī)直驅(qū)、電機(jī)+減速器、電機(jī)+變速器等型式，如圖1（a）所示，這是中重型純電動(dòng)商用車(chē)的主流構(gòu)型，宇通客車(chē)、德國(guó)SIEMENS 公司的集中式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，已有規(guī)模化應(yīng)用；另一種是將動(dòng)力系統(tǒng)集成在驅(qū)動(dòng)橋上， 包括電機(jī)直驅(qū)、 電機(jī)+減速器等型式，如圖1（b）所示，是中輕型純電動(dòng)商用車(chē)的主流型式。
分布式驅(qū)動(dòng)主要有輪邊電機(jī)+減速器、 輪轂電機(jī)+減速器、輪轂電機(jī)等型式，如圖1（c）所示，德國(guó)ZF、比亞迪的輪邊驅(qū)動(dòng)橋在城市客車(chē)領(lǐng)域已有推廣， 在運(yùn)輸與作業(yè)類(lèi)商用車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用較少，英國(guó)Protean、荷蘭e-Traction 等公司的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，目前仍處于應(yīng)用驗(yàn)證階段，未有規(guī)模化應(yīng)用。
圖1 純電動(dòng)商用車(chē)主流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型
Fig.1 The driving system of electric commercial vehicle
市場(chǎng)上現(xiàn)有的N2/N3 類(lèi)中重型純電動(dòng)商用車(chē)， 特別是作業(yè)車(chē)輛， 其動(dòng)力系統(tǒng)延續(xù)傳統(tǒng)作業(yè)車(chē)輛技術(shù)路線，依然采用主副電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)行駛和作業(yè)機(jī)構(gòu)， 由于主副電機(jī)工作工況不同、 兩套電機(jī)不能協(xié)同工作， 特別是對(duì)于行駛時(shí)不作業(yè)、 作業(yè)時(shí)不行駛的專(zhuān)用車(chē)型， 存在較大的功率冗余，也導(dǎo)致成本較高。
展開(kāi) 
雙電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)車(chē)輛直駛與轉(zhuǎn)向技術(shù)研究
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