电动汽车电机选择与设计

电动汽车

电动汽车

电动汽车电机选择与设计

学院：机械与车辆学院指导教师:

专业：时间:2011.5.23-27

中国·珠海

电动汽车电机选择与设计

摘要：介绍了轮毂电机相对于燃油汽车和单电机集中驱动系统的优势，比较了各种电动汽车用电机的基本性能，选择不同性能的电机满足现状电动汽车的性能、结构需要，并对电动汽车的动力驱动——轮毂电机、以及涉及动力模块上结构、功能上的设计。

关键词：电动汽车；驱动系统；轮毂电机

概述

全世界的汽车保有量和使用量的逐日增大，世界能源问题越来越突出，电动汽车方向逐渐出现并在汽车领域占有了一个非常重要的位置，由于传统汽车的技术成熟，人们对汽车的性能要求已经达到一个比较高的程度。在对于电动汽车普及方面上，这是一个很大的障碍。但是，新能源汽车的开发发展是必然的，应当冲破旧思想的束缚，大胆创新，将电动汽车的优势充分体现是如今比较重要的一步。

早在20世纪50年代初，美国人罗伯特就发明了一种将电动机、传动系统和制动系统融为一体的轮毂装置。该轮毂于1968年被通用电气公司应用在大型的矿用自卸车上。相对与传动汽车、单电机集中驱动的汽车，轮毂电机式电动汽车具有以下优点：

（1）动力控制通过电子线控技术实现对各电动轮进行无级变速控制，以及各电动轮之间的差速要求，省略了传统汽车所需的波箱、离合器、变速器、传动轴等；在电机所安装的位置同时可见，整车的结构变得简洁、紧凑，车身高降低，可利用空间大，传动效率高。

（2）容易实现各电动轮的电气制动、机电复合制动和制动能量回馈。

（3）底架结构大为简化，使整车总布置和车身造型设计的自由度增加。若能将底架承载功能与车身功能分离，则可实现相同底盘不同车身造型的产品多样化和系列化，从而缩短新车型的开发周期，降低开发成本。

（4）若在采用轮毂电机驱动系统的四轮电动汽车上导人线控四轮转向技术(4WS)，实现车辆转向行驶高性能化，可有效减小转向半径，甚至实现零转向半径，大大增加了转向灵便性。

1.电动汽车基本参数参数确定

1.1 该电动汽车基本参数要求，如下表：

参数

数值 参数 数值

最大总质量（kg ）

1400 轮胎半径（m ） 0.33 迎风面积（㎡）

2.50 传动效率 0.90 风阻系数

0.33 最高车速（km/h ） 100

1.2 动力性指标如下：

（1）最大车速max 100a u km ≥；

（2）在车速a u =60km/h 时爬坡度i ≥5%（3度）；

（3）在车速a u =40km/h 时爬坡度i ≥12% （6.8度）；

（4）原地起步至100km/h 的加速时间35t s ≤；

（5）最大爬坡度i ≥12%（16度）；

（5）0到75km/h 加速时间25t s ≤；

（6）具备2~3倍过载能力[7]。

2.电机参数设计

一般来说,电动汽车整车动力性能指标中最高车速对应的是持续工作区，即电动机的额定功率；而最大爬坡度和全力加速时间对应的是短时工作区(1～5min),即电动机的峰值功率。

2.1 以最高车速确定电机额定功率

根据虽高车速计算电机功率时，不考虑加速阻力和坡道阻力，电机功率N P 应满足：

2max max 360021.15a D a N T u C A u P m g f η⎛⎫⋅⋅=⋅⋅⋅+ ⎪⎝⎭ （1）

20(1/19400)a f f u =+ （2）

式中：N P ——电机输出功率，kw ；

T η——传动系效率，取0.9；

m ——最大车重，取1400kg;

0f ——滚动摩擦系数，取0.014；

D C ——风阻系数，取0.33；

A ——迎风面积，取2.50㎡；

max a u ——最高车速，取100km/h 。

根据（1）（2）式，可以计算出满足最高车速时，电机输出额定功率为21.023kw[3]。

2.2 根据要求车速的爬坡度计算

()

sin 3600a f w N T u F F G P αη⋅++=（3）

根据公式（4），其中在车速a u =60km/h 时爬坡度i ≥5%可得：

()20.014160/1940014009.8cos 3227.4

f F =⨯+⨯⨯⨯=o （N ）

2

0.33 2.560140.421.15w F ⨯⨯==（N ）

()140.4277.414009.80.0526020.9536000.9N P ++⨯⨯⨯==⨯（kw ）

根据公式（4），其中在车速a u =40km/h 时爬坡度i ≥12%可得：

()20.014140/1940014009.8cos 12203.38

f F =⨯+⨯⨯⨯=o （N ） 2

0.33 2.54062.4121.15w F ⨯⨯==（N ）

()62.41203.3814009.80.1184023.30736000.9N P ++⨯⨯⨯==⨯（kw ）

根据（4）式，可以计算出满足车速为60km/h 时，爬坡度为5%，电机输出额定功率为20.95kw ，满足车速为40km/h 时，爬坡度为12%，电机输出额定功率为23.307kw[3][5]。

2.3 根据最大爬坡度确定电机的额定功率

根据公式（4），其中在车速a u =20km/h 时爬坡度i ≥28%（16度）可得：

()20.014120/1940014009.8cos 16188.395

f F =⨯+⨯⨯⨯=o （N ） 2

0.33 2.52015.60221.15w F ⨯⨯==（N ）

()188.39515.60214009.80.2762024.63436000.9N P ++⨯⨯⨯==⨯（kw ）

根据（4）式，可以计算出满足车速为20km/h 时，爬坡度为28%，电机输出额定功率为24.634kw ，在这里假定额定功率为25kw 。

2.4 根据额定功率来确定电机的最大功率

电机的最大功率可以由下式计算得出：