电动汽车驱动电机,电动汽车如何选择合适的电动机?有没有具体的公式和方法?

公式当然是有的电动汽车驱动电机,性角度主要从两个方面选择电机,一个是动力性,二是效率。动力性主要包括两方面,峰值转矩和峰值功率。峰值转距主要决定的汽车的爬坡度,和汽车的质量、主减速器的变比,坡度要求有关系。峰值功率决定的汽车的加速时间,这个和汽车的质量,减速器变比,风阻系数,轮胎的摩擦系数都有直接的关系。从效率角度,需要选择电机的高效区和汽车常用的工况匹配,效率高了才能提高电动汽车的整体续航里程。请关注:容济点火器

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一、电动车的电动机至少要满足4个条件:

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1、安静顺滑,要做到加了合适的减速器标定后,120km以内的转速区间噪音足够低,不然会造成NVH的难控制,当然变频器的噪音也是很要命的,电动车的主要噪音问题还是变频器,不信的可以自己去坐下电动公交车,再对比下电动大巴、电动轿车,做好了NVH和没做好NVH差别巨大;

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2、效率要高,尤其是加了合适的减速器标定后,120km以内的转速区间需要足够高的效能,要不只能采用双电机、多级变速箱之类的方案去补偿。

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3、如果电机功率选得过小.就会出现“小马拉大车”现象,造成电机长期过载.使其绝缘因发热而损坏.甚至电机被烧毁。

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4、如果电机功率选得过大.就会出现“大马拉小车”现象.其输出机械功率不能得到充分利用,功率因数和效率都不高,不但对用户和电池不利,而且还会造成电能浪费。

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二、电动机类型选择

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选择纯电动汽车驱动电动机类型的关键是电动机的机械特性。三相异步感应电动机、永磁无刷直流电动机、永磁磁阻电动机和开关磁阻电动机的机械特性都可以用T一九和P一九曲线来表示,并可作为选择电动机的参考或依据。在设计与选择电动汽车的驱动电动机时,可以向电动机生产厂家提出所需要的各种性台邑参数,作为电动机设计的依据。实际上,大多数情况下是电动汽车制造商根据电动机生产厂家提供的技术性能参数选择现成的电动机。可供电动汽车选用电动机的种类繁多,功率覆盖面很广。电动汽车对于驱动电动机的调速范围、可靠性、能够在恶劣环境条件下工作的1;能力等方面有比较高的要求。

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目前电动汽车很大一部分是采用感应电动机作为驱动电动机。感应电动机效率高(90%以上),功率较大(接近lkW7kg),功率因数变化大,转子为鼠笼型结构,适合于高速运转。另外,感应电动机的可靠性高,便于维修,价格便宜。随着功率电子器件和功率变换器的快速发展,感应电动机的控制器采用了矢量控制方法控制的变频器或逆变器,使感应电动机具有更好的可控性和宽广的调速范围。目前已经能够在市场买到不同生产厂家生产的不同规格的效率高、技术性能可靠的感虚电动机及变频器或逆变器,可以直接为电动汽车所采用。新型感应电动机的直接转矩控制系统,具有控制简单、动态响应快、调速范围宽等特点。感应电动机的价格比较便宜,但控制系统很复杂,价格也较高。永磁电动机的应用越来越广泛。永磁电动机具有效率高(达到9 7%)、质量功率较大(超过lkW/kg)的特点。

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永磁电动机的转子没有励磁绕组,可以高速运转,可靠性好,体积小、质量轻,便于维修。采用矢量控制的变频调速系统,使永磁电动机具有宽广的调速范围。永磁电动机的控制系统要比感应电动机的控制系统简单和便宜。永磁电动机的永磁材料强度较差,大功率的永磁电动机所需要的永磁材料需要特别加固,因此,永磁电动机的功率一般较小。有些永磁材料在高温作用下,会发生磁性衰退现象,电动机需要采取水冷却方式来控制温度在1 5 0℃以下。目前永磁材料的价格较高,因此永磁电动机及其控制系统的成本较高。

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开关磁阻电动机是一种新型电动机,在电动机的转子上,没有滑环、绕组等转子导体和永久磁铁等装置。它的结构比其他任何一种电动机都要简单,效率可以达到85%~93%,转速可以达到15000r7mino其转矩一转速特性好,在较宽的转速范围内,转矩、速度可灵潘地控制,并有高的启动转矩和低的启动功率的机械特性;转子上没有励磁绕组和永磁体,结构简单坚固、可靠性好,质量轻,便于维修,成本较低。开关磁阻电动机的控制系统包括微处理器、位置检测器和电流检测器等电子器件,控制系统较复杂,调节性能和控制精度要求高。工作时转矩脉动大,噪声也较大,体积比同样功率的感应电动机要大一些。目前,正在开发水冷却开关磁阻电动机及其控制器和永磁开关磁阻电动机,其性能将进一步提高。随着现代制造技术、现代电子技术、控制理论、计算机和电子元器件的发展,电动机的控制系统正不断向自动化、集成化和小型化的方向发展。这将促进各种电动机及其控制系统不断地改进和完善,为电动汽车驱动系统提供更加宽广的选择范围。

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其他类型的特种电动机也可以作为电动汽车的驱动电动机,包括同步磁阻电动机、永磁阶跃电动机、横向磁通量电动机等特种电动机。但这些特种电动机需要特殊的驱动系统,且难与现有的各种电动机的驱动系统和传动系统协调工作,其生产技术和制造工艺也较复杂。但随着技术的进步和发展,电动汽车所需要的性能更好、效率更高、体积更小、质量更轻的新型电动机和驱动系统必然会研制和开发出来。

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尽管电动机的最大转矩是额定转矩的几倍,但在输出转矩增加的同时,转子电流也大大地增加,需要动力电池组在很短时间内大电流地放电。特别是在“堵转’’启动时,若时间过长会使电动机烧毁。为了保护电动机和动力电池组,并且符合电动汽车行驶速度和驱动力的要求,在驱动系统中,一般要装置减速器或变速器。表3-3给出了电动汽车常用驱动电动机的性能比较。

三、额定电压选择

在相同的输出功率条件下,动力电池组的电压高时,电流较低;相反,动力电池组的电压低时,电流较高。高电压、小电流系统的导线、接头、开关等电器元件可以细小一些,连接起来方便,但要求有更安全的防护措施,而且管理系统更复杂。低电压、大电流系统的导线、接头、开关等电器元件都比较大,连接要求也高,而且管埋系统相对较简单。电动机电压的选择主要依据车辆总体参数的要求来设计,车辆的自重、电池等相关参数确定后,才能确定电动机的电压、转速等参数。即当车辆的自重确定后,电池的个数就确定了,电动机的电压等级也随之确定。但总体要求是,尽可能提高电压等级,这样就可以使电动机在满足驱动要求的情况下,使电动机的功率小一点,电动机的电流也小一点,这样,电池的容量选择、安装空间、安装方式等就比较容易处理。

四、额定转速选择

根据电动汽车的速度、动力性能的要求,需要选择不同转速的驱动电动机。

1.低速电动机

低速电动机的转速为3000~6000r/min,扩大恒功率区的低速电动机额定转矩高、转子电流大、电动机的尺寸和重量较大。且相应的转换器、控制器的尺寸也较大,各种电器内在的损耗较大,但减速器的速比较小。一般低速电动机的转动惯量大、启动慢,停止也慢,用于电动汽车不太适宜。

2.中速电动机

中速电动机的转速为6000~lOOOOr7min,它的各种参数介于低速电动机与高速电动机之间。通常电动汽车多采用中速电动机作为驱动电动机。

3.高速电动机

高速电动机的转速为lOOOOr/min,扩大的恒功率区宽,尺寸和质量较小,相应的转换器、控制器的尺寸也较小,各种电器内在的损耗较小。而其减速器的速比要大大增加,通常需要采用行星齿轮传动机构。高速电动机的使用,主要受电磁材料的性能、高速轴承的承载能力的限制。一般高速电动机的转动惯量小,启动快,停止也快,电动汽车上常采用高速电动机作为驱动电动机。

五、计算公式

1、 初定部分参数如下

2、最高行驶车速的计算

最高车速的计算式如下:

式中:

n—电机转速(rpm); r—车轮滚动半径(m);

gi—变速器速比;取五档,等于1; 0i—差速器速比。

所以,能达到的理论最高车速为70km/h。

3、最大爬坡度的计算

满载时,最大爬坡度可由下式计算得到,即

4、电机功率的选型

纯电动汽车的功率全部由电机来提供,所以电机功率的选择须满足汽车的最高车速、最大爬坡度等动力性能的要求。

(1)、以最高设计车速确定电机额定功率

当汽车以最高车速Vmax匀速行驶时,电机所需提供的功率(kw)计算式为:

式中:

η—整车动力传动系统效率(包括主减速器和驱动电机及控制器的工作效率),取0.86;

m—汽车满载质量,取18000kg; g—重力加速度,取9.8m/s2; f—滚动阻力系数,取0.016;

dC—空气阻力系数,取0.6;

A—电动汽车的迎风面积,取2.550×3.200=8.16m2(原车宽*车身高);

Vmax—最高车速,取70km/h。

把以上相应的数据代入式(2-1)后,可求得该车以最高车速行驶时,电机所需提供的功率(kw),即

(2)、满足以10km/h的车速驶过14%坡度所需电机的峰值功率

将14%坡度转化为角度:

车辆在14%坡度上以10km/h的车速行驶时所需的电机峰值功率计算式为:

2021-11-01

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