新能源汽车电池电机技术介绍

新能源汽车具有环保、节约、简单三大优势。在纯电动汽车上体现尤为明显:以电动机代替燃油机,由电机驱动而无需自动变速箱。相对于自动变速箱,电机结构简单、技术成熟、运行可靠。

传统的内燃机能高效产生转矩时的转速限制在一个窄的范围内,这就是为何传统内燃机汽车需要庞大而复杂的变速机构的原因而电动机可以在相当宽广的速度范围内高效产生转矩,在纯电动车行驶过程中不需要换挡变速装置,操纵方便容易,噪音低。

与混合动力汽车相比,纯电动车使用单一电能源,电控系统大大减少了汽车内部机械传动系统,结构更简化,也降低了机械部件摩擦导致的能量损耗及噪音,节省了汽车内部空间、重量。

电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构,驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件(电池、电机、电控)之一,其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标,它是电动汽车的重要部件。

电动汽车中的燃料电池汽车FCV、混合动力汽车HEV和纯电动汽车EV三大类都要用电动机来驱动车轮行驶,选择合适的电动机是提高各类电动汽车性价比的重要因素。

因此研发或完善能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求,并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。

【太平洋汽车网】驱动电机有很强的过载能力、大的启动转矩、转矩响应要快。电动车起动和爬坡时速度较低，但要求力矩较大；正常运行时需要的力矩较小，而速度很高。低速时为恒转矩特性，高速时为恒功率特性，且电动机的运行速度范围应该较宽。另外，电机还应具备坚固、可靠，有一定的防尘防水能力，且成本不能过高。

基于电动汽车的特点，对所采用的电机也有较高的要求。为了提升最高时速，电机应有较高的瞬时功率和功率密度（W/kg）；为了增加1次充电行驶距离，电机应有较高的效率；而且电动汽车是变速工作的，所以电机应有较高的高低速综合效率；此外有很强的过载能力、大的启动转矩、转矩响应要快。电动车起动和爬坡时速度较低，但要求力矩较大；正常运行时需要的力矩较小，而速度很高。低速时为恒转矩特性，高速时为恒功率特性，且电动机的运行速度范围应该较宽。另外，电机还应具备坚固、可靠，有一定的防尘防水能力，且成本不能过高。

目前，从现已成熟的电机技术来看，开关磁阻电机在各个技术特性方面似乎更符合电动车的使用需要，但尚未得到普及。永磁同步电机应用较广泛，如起亚K5混动（参数|图片）、荣威E50（参数|图片）、腾势、北汽EU260等。特斯拉ModelX（参数|图片）、ModelS（参数|图片）均采用异步电机。此外，如果按电流类型划分还可分为直流电机和交流电机两种。通过下面的表格，可以先大致了解一下4种较为典型的电动机的特性。

在电动汽车发展的早期，大部分电动汽车都采用直流电机作为驱动电机。这类电机技术较为成熟，具备控制方式容易，调速优良的特点，曾经在调速电动机领域内有着最为广泛的应用。但是由于直流电动机机械结构复杂，导致它的瞬时过载能力和电机转速的进一步提高受到限制，而且在长时间工作的情况下，电机的机械结构会产生损耗，增加维护成本。此外，电动机运转时电刷冒出的火花使转子发热，会造成高频电磁干扰，影响整车其他电器性能。由于直流电动机有着以上缺点，目前的电动汽车已经基本将直流电机淘汰。

在新能源汽车领域，永磁同步电机被广泛使用。所谓永磁，是指在制造电机转子时加入永磁体，使电机的性能得到进一步的提升。而所谓同步，则指的是转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。因此，通过控制电机的定子绕组输入电流频率，电动汽车的车速将最终被控制。与其他类型的电机相比较，永磁同步电机的最大优点就是具有较高的功率密度与转矩密度，说白了，就是相比于其他种类的电机，在相同质量与体积下，永磁同步电机能够为新能源汽车提供最大的动力输出与加速度。

（图/文/摄：太平洋汽车网问答叫兽）

新能源汽车的三大核心技术是电池、电机、电控技术。

新能源汽车电池是新能源汽车的心脏，对续航里程起到决定性的作用；电机是新能源汽车的肌肉，决定了其动力表现和驾乘性能；电控是新能源汽车的大脑，用于控制电池和电机。

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。

新能源汽车

是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。

新能源汽车包括四大类型混合动力电动汽车、纯电动汽车（包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车、其他新能源（如超级电容器、飞轮等高效储能器）汽车等。提倡新能源汽车是为了应付环保和石油危机需要，减少或放弃燃烧传统的汽油或柴油驱动内燃机的现时主流车型。

新能源 汽车 用电机主要有三种，分别是直流电机、交流异步电机、永磁同步电机。

直流电机具有成本低、结构和控制简单等优点，但由于电刷的存在，可能会出现火花，影响安全。

交流异步电机有成本低、工艺简单等优点，但重量和体积偏大，由于转差率的存在导致同转速下能耗较大，续航里程短。

永磁同步电机具有较高的功率密度，转矩更高，启动转矩更大，极限转速高和制动性能优秀，且转矩脉动小，使其成为了目前新能源 汽车 电机技术的主流。

那么永磁同步电机是怎么控制的呢？目前最常见的控制方式为滑模控制，这是一种比单纯PID控制更能提高系统鲁棒性的控制方法，通过在常规控制的方式基础之上，进一步找到一个控制函数叠加到常规控制函数之上，从而使得电机的速度和加速度更为稳定，也就使得 汽车 行驶起来更为平稳。

【太平洋汽车网】新能源汽车对电机的要求具有电动、发电两项功能，按类型可选用直流、交流、永磁无刷或开关磁阻等几种电动机。新能源汽车常用的驱动电机主要包括直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机。

新能源汽车驱动电机在需要充分满足汽车运行功能的同时，还应满足行驶的舒适性、环境适应性等性能以及对车辆一次充电续驶里程的要求。新能源汽车驱动电机具有比普通工业电机更为严格的技术规范和标准要求，其主要性能要求如下。

1.体积小、质量轻为了充分利用有限的车载空间，减小车辆质量，降低运行中的能量消耗，应尽量减小驱动电机的体积和质量。电机可以采用铝合金外壳，各种控制装置和冷却系统等也要求尽可能轻量化和小型化。

2.全速段高效运行一次充电续驶里程长，特别是在车辆频繁起停或变速运行的情况下，驱动电机应具有较高的效率。

3.低速大转矩及宽范围的恒功率特性即使没有变速器，驱动电机本身应能满足所需的转矩特性，以获得在起动、加速、行驶、减速、制动等各种运行工况下的功率和转矩要求。驱动电机应具有自动调速功能，可以减轻驾驶员的操纵强度，提高驾驶的舒适度，并且能够达到与传统内燃机汽车同样的控制响应。

4.高可靠性在任何运行工况下都应具有高可靠性，以确保车辆的行驶安全。

5.高电压在允许的范围内尽可能采用高电压，可以减小电机的尺寸和控制器、导线等设备的尺寸，特别是可以降低逆变器的成本。

6.安全性能动力电池组、驱动电机等强电部件的工作电压能达到300V以上，对电气系统的安全性和控制系统的安全性提出了更高的要求，新能源汽车驱动电机必须符合相关车辆电气控制的安全性能标准和规定。

7.高转速与低转速电机相比，高转速电机的体积和质量较小，有利于降低整车装备的质量。

8.使用寿命长为降低新能源汽车的使用成本，驱动电机的使用寿命应和车辆保持一致，真正实现节能环保的目标。

同时，驱动电机还要求具有耐温和耐潮性能好、运行噪声低、结构简单、成本低、适合批量生产、使用维护方便。

（图/文/摄：太平洋汽车网问答叫兽）

1、电池及其管理技术

新能源汽车的成败关键仍然是电池。动力电池是电动汽车的动力源，电池选择将直接关系到整车的性能。电动汽车动力电池的主要性能指标是能量密度、功率密度和循环寿命等。

2、电机及其控制技术

电机是电动汽车动力的发起点。要求：（1）电机要频繁的启动/停止、加速/减速；（2）低速或爬坡时要求高转矩；（3）高速行驶时要求低转矩，并且变速范围大以及交款的转速范围和转矩范围内都要有较高效率:；（4）工作可靠性高；（5）稳态精度高；（6）动态性能好且工作环境要求不苛刻。

电力驱动系统的主要功能是把蓄电池储存的电能转换为汽车行驶的动能，要使得电动汽车拥有良好使用性能，必须开发出合理的控制系统，使电机具备较高转速及较大的调速范围，足够大的启动转矩，以及体积小、质量轻、效率高，动态制动强和能量回馈的能力。

电动汽车的电动机有多种控制模式。传统的线性控制，如PID，不能满足高性能电机驱动的苛刻要求。传统的变频变压(VVVF)控制技术，不能使电机满足所要求的驱动性能。异步电机多采用矢量控制(FOC)，是较好的控制方法。

【太平洋汽车网】目前主流的驱动电机有集中式、轮边式和轮毂式三种形式，目前都为永磁同步电机技术，区别只是电机安装在车辆的位置不同而已。

1、集中式驱动电机：集中式驱动电机与传统车桥最为相似，在驱动车轮时候必须要通过过渡零部件，如减速器、传动轴等。目前大多数低速电动车基本是此类结构，主要是此类结构最为简单低廉。而这些低速电动车还有个问题是普遍省略了变速器。这就带来了一个问题，那就是起步或爬坡时候的低扭不足；再就是体积相对较大，传动效率不高等缺点。

因此有不少车型干脆采用双驱动电机的方式以弥补动力不足的问题，这也是新能源汽车中四驱的比例远比传统车高的原因，同时也解释了为什么很多那些互联网造车的首发车型为何大多是SUV的原因。

目前市场的主流是集中式驱动电机+传统车桥，这是因为其结构特点，传统车桥只要稍加改装就可以匹配，因此可以减少非常大的研发。

2、轮边式驱动电机：轮边式结构至少需要两台驱动电机，当然也可能更多。两个驱动电机布置在车桥的两侧，通过侧减速器和轮边减速器实现减速增扭来驱动单个车轮。轮边电机可以需要驱动轴，也可以不需要，这是它与集中式驱动电机不同的地方。

但相对集中式来说，轮边式对整车底盘布置的意义重大，尤其是在后轴驱动的情况下，传统轿车由于要通过一根长长的传动轴将前方变速器的动力传递到后轮，会因为车身和车轮间的变形运动产生非常多的影响，但轮边驱动电机则可以直接装在车轮边上，因此无需考虑太多的抗扭变形等因素，因此也就可以将底盘做得非常平坦，车身也可以更富有变化。

3、轮毂式驱动电机：简单说，轮毂电机就是将所有东西一股脑的装在轮毂中，如驱动电机、减速器等在轮毂内部直接驱动车轮，其实这是目前最为常见的驱动形式，基本上家家都有的电瓶车后驱动轮都是这种结构。其最大的优点就是结构小巧，省去了差速器、半轴以及变数装置。同时因为少了这些结构的机械损失，相应提高了传动效率。

（图/文/摄：太平洋汽车网问答叫兽）