纯电动汽车电机选型问题的探讨

潘慧宽

摘要：驱动电机作为电动汽车最核心部件之一，它的选型对于电动汽车而言非常重要。本文将从电机类型、功率、效率、可靠性、工艺难度、成本等方面来考虑，并依据市场现有市场状况，充分讨论电动汽车电机的选型问题，可用于相关企业在根据自己需求选择电动汽车驱动电机时参考。

关键词：纯电动汽车：电动机；永磁同步电机

中国大力发展电动汽车产业对于汽车行业而言，传统汽车行业落后于欧美国家，但新能源汽车方面，大有弯道超车的趋势。作为电动汽车的关键技术之一，电机驱动及其控制技术的研究具有极其重要的位置，不同的电机决定电动汽车不同的性能，直接影响用户的驾驶体验。所以，对于电动汽车，选择合适的驱动系统显得十分重要。

1、纯电动汽车介绍

纯电动汽车，它是完全由可充电电池提供动力源的汽车。按照用途不同分类，纯电动汽车可分为电动轿车、特种电动车和电动客车等。

（1）电动轿车是目前最常见的纯电动汽车，就国内而言，除了一些概念车，如蔚来ES8，纯电动轿车已经有了大批量生产，尤其在中大型城市，比较广泛的进入汽车市场。例如比亚迪E6，北汽E150，长安C206等。

（2）特种电动车主要包括电动环卫车，电动洒水车，电动垃圾车，电动物流车等。例如2013年，长沙中联重科量产28KW环卫车，北汽福田量产16吨电动洒水车均交付成都环卫部门使用，客户使用效果良好。

（3）纯电动客车已经开始大批量进入市场，按车长分主要包括6.5米、8.5米、10.5米、12米，主要生产企业为郑州宇通客车，北汽福田客车，金龙客车，中通客车，珠海银隆客车等等，各大城市电动客车，尤其是电动公交车保有量直线上升。

2、电动汽车电机驱动系统的选择

2.1电动汽车对驱动系统的要求

电机驱动系统是电动汽车的核心，电动汽车的电动机应性能优越，一般而言应具备瞬时功率大，过载能力强，加速性能优越，较长的使用寿命等特点。此外，电动机的调速范围应较宽，特别是恒转矩区与恒功率区。

图1所示为纯电动汽车电机控制系统机械特性曲线，这条特性曲线分为两个区域：I区为恒转矩区，功率随转速的提高线性增加：Ⅱ区为恒功率区，转矩随着转速的提高呈双曲线衰减。对于城市工况和山区旅游用汽车，经常处于起动、停车，加速、减速的状态，转速小，但要求输出转矩的变化较大，需要克服惯性阻力，这种工况下的汽车绝大多数时间运行于恒转矩区中；而对于行驶于高速公路上的汽车而言，汽车行驶比较平稳，车速高，没有特别大的加、减速情况，转矩消耗比较小，主要用来克服行驶阻力，大多数时间运行于恒功率区。根据上述需要和现有的研究，可以将纯电动汽车电机驱动系统的主要要求归纳如下：

1.在恒转矩和恒功率区域，有较宽的调速范围和快速的转矩响应；

2.基速以下输出大转矩；

3.尽可能全速运行范围内的效率优化；

4.高功率密度和高恒功率比、良好的環境适应性、高可靠性和强鲁棒性；

5.有高效的制动能量回收能力，提高车辆的续航里程；

6.电机转矩模式运行时转矩控制精度高，转速模式运行时转速控制精度高，要求有较高的标定水平，适应整车控制器对电机的精确控制；

7.电机体积小、质量轻、能量密度高，具有抗撞击、抗振动及抗腐蚀能力、外观设计良好，且价格合理；

8.工艺要求，电机及控制结构设计要求，符合目前工业加工制造水平，具备大批量生产的可行性。

2.2驱动电机及其控制系统的比较

电机驱动及其控制系统包括电机本体、控制器两大部分，是电动汽车的核心组成部分之一。目前，正在应用或开发的电动汽车驱动电机主要有直流电机、交流感应电机、永磁同步电机三类。各种电机的性能、工艺、成本等特点，将在下面做出较为详细的介绍，从而来选择合适电机系统。

1.直流电机驱动系统

直流电机的制造技术较为成熟、调速性能平滑并且精确、结构简单，电磁转矩控制特性优良，一般采用脉宽调制控制方式，控制简单、成本低。但直流电机驱动系统体积大，效率低，可靠性低，需要经常维护，限制了电动机的过载能力和速度的进一步提高。目前很多纯电动汽车上已经基本不用直流电动机，但在低速车，由于控制技术及制造工艺较为成熟，比如观光巡逻车上还有部分使用直流电机系统，例如广州朗晴电动车有限公司，仍有大部分低速车产品采用直流电机系统。

2.交流异步电机驱动系统

交流感应电机具有坚实可靠、免维护、体积小、重量轻、价廉、效率高、结构简单、比功率较高、转速高、易冷却、对环境的适应性好、功率容量范围宽广、使用寿命长和功率因素变化大等许多优点。目前，矢量控制获得动、静态性能优良，可与直流调速相媲美；直接转矩控制因其控制简单，动态性能好，受电机参数影响小，在机车牵引等领域显示了广阔的应用前景。

3.交流永磁同步电机驱动系统

永磁同步电机系统具有效率高、功率密度大、可靠性高以及调速范围宽等优点，还具有低噪声，体积小，转动惯量小，脉动转矩小，高控制精度的特点，在转矩和转速控制精度上，国内先进的电机制造厂商可以达到转矩误差在0.5NM以内，转速误差在1RPM以内。特别适用于纯电动汽车电机驱动系统。电动汽车所用的永磁同步电机正在向大功率、高转速、高效率和小型化方向发展。当今世界已研制出功率密度超过0.8KW/kg且额定效率大于94%的车用永磁同步电动机系统，并且满足低速大扭矩和高速衡功率的牵引控制要求。

3.对于纯电动汽车电机系统旋转建议

目前，纯电动汽车的动力系统基本都是采样永磁同步电机。应用品种包括大巴车、公交车、轿车、物流车，甚至部分低速车市场，大有统占纯电动汽车电机驱动系统的趋势。市场上保有量比较大产品，比如有长安逸动电动版，吉利帝豪电动版，北汽E150、大巴车类型有宇通、中通、金龙、福田、海格等厂家得产品，低速车比如雷丁汽车，均采用永磁同步电机系统为主要驱动方式。目前低速车领域广泛选用交流异步电机驱动系统，国际最知名的电动汽车厂商美国特斯拉电动汽车也选用交流异步电机系统作为驱动电机系统。

据统计，永磁同步电机系统市场占有率超过95%，在国内，比较知名的永磁同步电机系统供应商有中山大洋电机、上海大郡、上海电驱动（已被大洋电机收购）、北京精进电动、深圳汇川技术、深圳英威腾、深圳蓝海华腾等等。

4.结语

在中国，政府已经将发展电动汽车列为重要国策加入到国家发展规划中去，各大车企及零配件制造商纷纷响应。期待电动汽车有一个美好的未来，更好的造福人类。