新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)檢修 課件 項目一 驅(qū)動電機(jī)的認(rèn)知

上海電驅(qū)動402607600水冷9028010000水冷大洋電機(jī)301606500水冷西門子30~170100~26512000水冷日產(chǎn)802809800水冷美國Remy8232510600油冷美國UQM752408000水冷大眾Kassel8527012000水冷六、電動汽車驅(qū)動電機(jī)的發(fā)展趨勢三、收集信息（1）功率密度（2）材料方面（3）生產(chǎn)工藝永磁材料也是制約永磁同步電機(jī)性能提升的重要因素，目前常用的永磁材料釹鐵硼主要存在溫度穩(wěn)定性差、不可逆損失和溫度系數(shù)較高以及高溫下磁性能損失嚴(yán)重等缺點，從而影響電機(jī)性能。永磁同步電機(jī)在生產(chǎn)工藝方面的難點是制約大規(guī)模配套乘用車的重要因素。功率的提升有兩種途徑，一種是提高扭矩，另一種是提高轉(zhuǎn)速。2.永磁同步電機(jī)的發(fā)展瓶頸六、電動汽車驅(qū)動電機(jī)的發(fā)展趨勢三、收集信息3.輪轂電機(jī)的發(fā)展（1）

技術(shù)現(xiàn)狀國內(nèi)外主要輪轂電機(jī)產(chǎn)品及其參數(shù)企業(yè)輪教電機(jī)產(chǎn)品重量(kg)峰值扭矩(N.m)峰值功率(kw)額定扭矩(N.m)額定功率(kw)福特與舍弗勒

70040

33三菱藍(lán)瑟電動輪

51850

英國PmiranPDI83412507565054法WTM4MOTIVE26170012060037杭州依拉非M7002370075

六、電動汽車驅(qū)動電機(jī)的發(fā)展趨勢三、收集信息3.輪轂電機(jī)的發(fā)展(2)

優(yōu)缺點分析輪轂電機(jī)優(yōu)缺點序號優(yōu)點缺點1高效率：直接驅(qū)動車輪，避免傳動損失，提效節(jié)能?；上沦|(zhì)量増加：影響操控，懸架響應(yīng)變慢，加速響應(yīng)變慢。2控制方便：直接控制車輪轉(zhuǎn)速和扭矩.減少轉(zhuǎn)彎半徑，提高制動冋收率。散熱難度大：制動時輪轂內(nèi)會產(chǎn)生極大的熱量，對內(nèi)置的電機(jī)形成巨大的散熱挑戰(zhàn)。3

空間配置優(yōu)：與輪轂集成，節(jié)省前艙布置空間，節(jié)能傳動系統(tǒng)的空間。三防挑戰(zhàn)大：電機(jī)內(nèi)置在輪轂，工作環(huán)境惡劣，防震防水防塵的難度増大。4模塊化：集成度高，容易實現(xiàn)模塊化，可避免重復(fù)開發(fā)，縮短開發(fā)周期和費用。制動能耗高：電渦流制動容量不高，需耍配合機(jī)械制動系統(tǒng)共同工作，能耗大。六、電動汽車驅(qū)動電機(jī)的發(fā)展趨勢三、收集信息(3)

性能提升對策序號項目對策1穩(wěn)定性和舒適性①優(yōu)化減振系統(tǒng)，匹配新的質(zhì)量分配，提高車輛的舒造性；②建立垂向振動模型，將懸掛系統(tǒng)的剛度和阻尼的參數(shù)匹配與懸架、車輪逬行配合，可以降低簧下質(zhì)量増加對舒適性和附著穩(wěn)定性的影響2散熱問題①采用液冷.利用髙導(dǎo)熱系數(shù)環(huán)氧樹脂對定子、機(jī)殼和液泠鋁環(huán)進(jìn)行澆注；②電機(jī)與減速器集成一體，轉(zhuǎn)子上開槽，利用轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)帶動電機(jī)內(nèi)空氣的循環(huán)流動；③采用水冷散熱，水路為軸向螺旋型，設(shè)計在機(jī)売內(nèi)，散熱效果提升顯著；④為電機(jī)加裝散熱翅片，設(shè)計冷卻風(fēng)道或者水道，提升高負(fù)荷工況下的散熱效果3制動冋收將車速、輪轂電機(jī)的制動力矩、動力電池SOC和電機(jī)轉(zhuǎn)連作為輸入，通過控制策略分析，對電動汽車前后軸制動力進(jìn)行合理分配4環(huán)境適應(yīng)性①通過加強(qiáng)輪轂電機(jī)與整車性能匹配，消除震動對電機(jī)氣隙的影響，減少電機(jī)的振動，提升車輛平順性；②對輪轂電機(jī)的売體優(yōu)化，提升電機(jī)的防護(hù)等級，避免水、塵對電機(jī)的影響

輪轂電機(jī)性能提升對策3.輪轂電機(jī)的發(fā)展六、電動汽車驅(qū)動電機(jī)的發(fā)展趨勢三、收集信息(3)

性能提升對策不同行業(yè)主體對輪轂電機(jī)發(fā)展的觀點市場主體主機(jī)廠傳統(tǒng)電機(jī)企業(yè)合資電機(jī)企業(yè)代表企業(yè)長安新能源、比亞迪、江淮汽車等精進(jìn)電機(jī)、巨一自動化、華域電動等杭州依拉菲、萬安-Protean、泰特機(jī)電等主要觀點輪轂電機(jī)屬于前瞻技術(shù)，前景廣闊；國內(nèi)缺乏成熟的批量車型，成本及技術(shù)成熟度無法滿足產(chǎn)業(yè)化輪轂電機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜，控制難度大，成本高；對底盤結(jié)構(gòu)變動大，不適合乘用車市場；技術(shù)不成熟技術(shù)已經(jīng)成熟，希望主機(jī)廠打消顧慮，積極進(jìn)行車型匹配開發(fā)和調(diào)試三、收集信息4.未來驅(qū)動電機(jī)發(fā)展趨勢分析

根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》分析，驅(qū)動電機(jī)的發(fā)展路線圖如表1-1-6所示。總體上看，驅(qū)動電機(jī)的主要趨勢包含以下幾個方面：集成化——涵蓋電力電子控制器的集成和機(jī)電耦合的集成；高效化——提高功率密度并降低成本；智能化和數(shù)字化——與控制器配合不斷提升驅(qū)動系統(tǒng)的性能。

序號2020年2025年2030年1乘用車20s有效比功率≥4kw/kg；商用車30s有效比轉(zhuǎn)矩≥18N·m/kg乘用車20s有效比功率≥4.5kw/kg；商用車30s有效比轉(zhuǎn)矩≥19N·m/kg乘用車20s有效比功率≥5kw/kg;商用車30s有效比轉(zhuǎn)矩≥20N·m/kg2高輸出密度、高效率永磁電機(jī)技術(shù)輪轂/輪邊電機(jī)技術(shù)高壓化、高速化電機(jī)技術(shù)3低損耗硅鋼、高性能磁鋼、成型繞組、匯流排、磁鋼定位封裝等先進(jìn)工藝關(guān)鍵材料和部件采用國內(nèi)資源，自主工藝開發(fā)及生產(chǎn)線建設(shè)能力達(dá)到國際先進(jìn)水平，先進(jìn)工藝材料推動自主進(jìn)步的格局基本形成出口份額達(dá)到自主總產(chǎn)量的20%驅(qū)動電機(jī)技術(shù)路線圖三、收集信息七、電動汽車驅(qū)動電機(jī)控制器的發(fā)展趨勢圖1-1-15電機(jī)控制器原理圖

1.電機(jī)控制器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀三、收集信息

電機(jī)控制器國產(chǎn)品牌在功率密度上和海外標(biāo)桿產(chǎn)品仍有一定的差距，此外在與驅(qū)動電機(jī)匹配過程中對電機(jī)高效區(qū)間的擴(kuò)大、噪聲與振動的抑制等方面仍有提升空間。國內(nèi)外電機(jī)控制器參數(shù)對比生產(chǎn)企業(yè)Bosch蘇州匯川上海電驅(qū)動上海大郡功率體積比(km/L）24.014.020.021.7功率重量比（KW/kg)21.512.018.019.0功率器件IGBTIGBTIGBTIGBT直流電壓(V)300-480300-420300-480300-480器件電流(A)800800800800器件封裝定制定制定制定制

國內(nèi)外電機(jī)控制器參數(shù)對比三、收集信息2.電機(jī)控制器發(fā)展趨勢

（1）性能指標(biāo)如耐壓達(dá)20kV、工作頻率超100kHz、工作結(jié)溫逾250℃，均優(yōu)于傳統(tǒng)硅器件；（2）模塊體積減小到1/10，系統(tǒng)物料成本下降；（3）降低能耗：據(jù)英飛凌的數(shù)據(jù)，SiC由于電阻小而功率損耗降低60-80%；根據(jù)采埃孚的數(shù)據(jù)，應(yīng)用SiC后車輛續(xù)航里程提高了10%。隨著SiC技術(shù)逐漸承成熟，IGBT有望在2025年被SiC全面替代。七、電動汽車驅(qū)動電機(jī)控制器的發(fā)展趨勢三、收集信息三、收集信息圖1-1-17特斯拉及比亞迪的電驅(qū)動系統(tǒng)

圖1-1-18SiC電阻、頻率、工作溫度上比IGBT有優(yōu)勢2.電機(jī)控制器發(fā)展趨勢七、電動汽車驅(qū)動電機(jī)控制器的發(fā)展趨勢四、制定方案本次實訓(xùn)任務(wù)主要是認(rèn)識新能源汽車驅(qū)動電機(jī)。分組查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)新能源汽車基本結(jié)構(gòu)知識，制訂任務(wù)方案。五、任務(wù)實施SETP1找到新能源汽車銘牌，了解車輛基本參數(shù)。五、任務(wù)實施SETP2

打開新能源汽車機(jī)艙，查找驅(qū)動電機(jī)及電機(jī)控制器安裝位置五、任務(wù)實施SETP3舉升車輛，查找驅(qū)動電機(jī)及電機(jī)型號信息并記錄。五、任務(wù)實施SETP4觀察不同車輛的驅(qū)動電機(jī)，了解不同種類的驅(qū)動電機(jī)的外觀差異。六、任務(wù)總結(jié)1.了解電動汽車電機(jī)控制和驅(qū)動技術(shù)發(fā)展與現(xiàn)狀2.掌握電動汽車電機(jī)的種類及基本結(jié)構(gòu)3.掌握電動汽車電機(jī)控制和驅(qū)動技術(shù)性能指標(biāo)謝謝！！認(rèn)知電傳動系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)教學(xué)目標(biāo)1.了解電動汽車電傳動系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu);2.了解電動汽車電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

。重點：電傳動系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)；一任務(wù)描述二任務(wù)分析三信息收集四制定方案五任務(wù)實施六總結(jié)評價教學(xué)流程一、任務(wù)描述

王先生最近購買了一輛純電動汽車，純電動汽車主要使用電機(jī)驅(qū)動車輛行駛，取代了傳統(tǒng)汽車中的發(fā)動機(jī)。那么驅(qū)動電機(jī)是如何傳遞動力從而使車輛行駛的呢？請你根據(jù)你所學(xué)的知識結(jié)合市面上的電動汽車進(jìn)行資料收集。二、任務(wù)分析1.電動汽車驅(qū)動形式有哪些？2.電動汽車驅(qū)動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成是怎樣的？一、傳統(tǒng)車與新能源車動力總成對比

純電動：純電動汽車的動力總成由電機(jī)、電控和減速器構(gòu)成，一般稱為“電驅(qū)動”系統(tǒng)，是電動車的心臟，相當(dāng)于傳統(tǒng)燃油車中的發(fā)動機(jī)+變速箱，其作用都是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成汽車動能，也是決定車輛動力、能耗等性能的核心部件。電驅(qū)動系統(tǒng)相比于發(fā)動機(jī)+變速箱具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可有載啟動的優(yōu)勢。如圖1-2-1所示為傳統(tǒng)燃油車與純電動汽車動力總成對比。圖1-2-1傳統(tǒng)燃油車與純電動汽車動力總成對比三、收集信息5.輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)6.雙電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)1.傳統(tǒng)的驅(qū)動形式3.電機(jī)與驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng)二、電動汽車驅(qū)動形式布置2.電機(jī)與驅(qū)動橋組合式驅(qū)動系統(tǒng)4.輪邊減速整體式

驅(qū)動系統(tǒng)三、收集信息1.傳統(tǒng)的驅(qū)動形式

該驅(qū)動系統(tǒng)仍然采用內(nèi)燃機(jī)汽車的驅(qū)動系統(tǒng)布置方式，包括離合器、變速器、傳動軸和驅(qū)動橋等總成，只是將內(nèi)燃機(jī)換成電機(jī)，屬于改造型電動汽車。這種布置方式可以提高純電動汽車的起動轉(zhuǎn)矩，增加低速時純電動汽車的儲備功率。這種驅(qū)動系統(tǒng)布置形式有電機(jī)前置-驅(qū)動橋前置（FF)、電機(jī)前置-驅(qū)動橋后置（FR)等驅(qū)動模式。但是，這種驅(qū)動系統(tǒng)布置形式結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低，不能充分發(fā)揮驅(qū)動電機(jī)的性能。在此基礎(chǔ)上，還有一種簡化的傳統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)布置形式，如圖1-2-2所示，采用固定速比減速器，去掉離合器，這種形式可減少機(jī)械傳動裝置的質(zhì)量，縮小其體積。圖1-2-2傳統(tǒng)的驅(qū)動形式三、收集信息2.電機(jī)與驅(qū)動橋組合式驅(qū)動系統(tǒng)這種布置形式的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)緊湊，傳動效率較高，便于安裝。但這種布置形式對驅(qū)動電機(jī)的調(diào)速要求較高。

按傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動模式來說，可以分為驅(qū)動電機(jī)前置-驅(qū)動橋前置（FF)，如圖1-2-3所示。圖1-2-3

驅(qū)動電機(jī)前置-驅(qū)動橋前置三、收集信息2.電機(jī)與驅(qū)動橋組合式驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動電機(jī)后置-驅(qū)動橋后置（RR)兩種方式，如圖1-2-4所示。這種驅(qū)動系統(tǒng)布置形式具有良好的通用性和互換性，便于在現(xiàn)有的汽車底盤上安裝，使用、維修也較方便。圖1-2-4驅(qū)動電機(jī)后置-驅(qū)動橋后置三、收集信息2.電機(jī)與驅(qū)動橋組合式驅(qū)動系統(tǒng)

電機(jī)與驅(qū)動橋組合后驅(qū)動布置形式采用的驅(qū)動橋與內(nèi)燃機(jī)汽車驅(qū)動橋不同，需要電動汽車專用后驅(qū)動橋，如圖1-2-5所示。圖1-2-5電動汽車專用后驅(qū)動橋（后置后驅(qū)電動汽車底盤結(jié)構(gòu)）三、收集信息3.電機(jī)與驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng)

這種驅(qū)動系統(tǒng)布置形式與發(fā)動機(jī)橫向前置、前輪驅(qū)動的傳統(tǒng)汽車的布置方式類似，把電機(jī)、固定速比減速器和差速器集成為一個整體，兩根半軸連接驅(qū)動車輪。如圖1-2-6所示為電機(jī)與驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng)。

a)

b)

圖1-2-6電機(jī)與驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng)a)

比亞迪E5驅(qū)動三合一總成；

b)同軸式整體驅(qū)動系統(tǒng)三、收集信息4.輪邊減速整體式驅(qū)動系統(tǒng)

輪邊減速驅(qū)動系統(tǒng)也稱為雙電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，如圖1-2-7所示為比亞迪K9電動客車輪邊減速驅(qū)動橋，由左右兩臺永磁電機(jī)直接通過固定速比減速器分別驅(qū)動兩個車輪，左右兩臺電機(jī)由中間的電控差速器控制，每個驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以獨立地調(diào)節(jié)控制，便于實現(xiàn)電子差速，不必選用機(jī)械差速器。輪邊減速驅(qū)動系統(tǒng)將驅(qū)動電機(jī)安裝在副車架的驅(qū)動輪旁邊，與固定速比的減速器連接，通過半軸實現(xiàn)對車輪的驅(qū)動，是從集中式驅(qū)動到輪轂電機(jī)驅(qū)動之間的過渡形式。輪邊電機(jī)驅(qū)動的汽車傳動鏈和傳動空間進(jìn)一步減小，底盤機(jī)械結(jié)構(gòu)更簡單，整車質(zhì)量減小且布置更合理，可提高傳動效率。圖1-2-7比亞迪K9電動客車輪邊減速驅(qū)動橋三、收集信息5.輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)

輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)又稱車輪內(nèi)裝電機(jī)技術(shù)（in-wheelmotor），如圖1-2-8所示，通過將驅(qū)動電機(jī)設(shè)計安裝在車輪內(nèi)部，輸出轉(zhuǎn)矩直接傳輸?shù)杰囕?，全部或部分舍棄傳統(tǒng)的離合器、減速器、驅(qū)動橋等機(jī)械傳動部件，因此將電動汽車的機(jī)械部分大為簡化。圖1-2-8輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)三、收集信息5.輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)

下面為傳統(tǒng)汽車、純電動車和輪轂電機(jī)驅(qū)動純電動車驅(qū)動系統(tǒng)性能對比情況，見表1-2-1。項目傳統(tǒng)汽車純電動車輪轂電機(jī)驅(qū)動純電動車動力傳動系統(tǒng)零件數(shù)量超過500個零部件超過300個零部件不超過80個零部件能量轉(zhuǎn)化（利用）效率最高20%最高80%大于90%溫室氣體排放有零排放零排放動力傳動系統(tǒng)的維護(hù)費用高昂的維護(hù)費用較高的維護(hù)費用較低的維護(hù)費用A0級車型測試工況能耗（百公里）7-8升1升油≈8千瓦時15-16千瓦時1千瓦時=1度電8-9千瓦時A0級車型測試等速能耗（百公里）5-6升10-12千瓦時6-7千瓦時A0級車型整車綜合能源轉(zhuǎn)換效率20-30%