【摘要】介紹了電動汽車用電機的基本性能，并從汽車行駛動力學出發建立了純電動汽車用電動機性能參數的數學模型，探讨總結了對電機基本特性參數的初步确定原則。然後以目前所要開發的一輛純電動汽車的基本參數及目标性能要求為例，按以上原則确定電機參數并繪制符合要求的電機性能曲線，為電機的快速選擇和後續車輛動力傳動系統匹配優化提供了依據。

引 言

20世紀70年代的石油能源危機、80年代人們對環境保護的日益關注，促使了電動汽車科研工作的複蘇。以美國和日本等發達國家為首，許多國家都投巨資用于電動汽車的研發，尤其日本的Prius及Insight等在全球的成功上市銷售，更是在全世界引起了新一輪的電動汽車開發熱潮。電動汽車正在以其清潔、高效和可持續的概念吸引着越來越多的人。

電驅動系統是電動汽車的心髒，從功能角度看，它可以分為電氣和機械兩大部分，其詳細結構分類如圖1所示，系統中機械傳動機構是可選的。電氣和機械系統的邊界形成電動機的氣隙，用來完成電動機能量的轉化。電動機是純電動車輛唯一動力元件，它與能量源之間的能量流動是通過功率轉化器進行調節的。電機自身的性能将直接影響電動汽車的最高車速、加速性能及爬坡性能等，所以在開發整車之前初步确定電機類型及其參數進而對電機進行選擇至關重要。

純電動汽車用電機性能要求

電動車用驅動電機通常要求能夠頻繁啟動／停車、加速／減速，低速和爬坡時要求高轉矩，高速行駛時要求低轉矩，并要求變速範圍大。其主要參數包括：電動機類型、額定電壓、機械特性、效率、尺寸參數、可靠性和成本等。另外為電動機所配置的電子控制系統和驅動系統也會影響驅動電動機的性能。

(1)高電壓。在允許範圍内盡量采用高電壓，可減小電動機的尺寸和導線等裝備的尺寸，特别是可降低逆變器的尺寸。

(2)高轉速。高轉速電動機體積小、質量輕，有利于降低電動汽車的整車整備質量。

(3)質量輕。電動機采用鋁合金外殼，以降低電動機質量，各種控制器裝備的質量和冷卻系統的質量等也要求盡可能輕。

(4)較大的起動轉矩和較大範圍的調速性能。這樣使電動汽車有良好的啟動性能和加速性能。電動機有自動調速功能，因此可以減輕駕駛員的操縱強度，提高駕駛的舒适性，并且能達到與内燃機汽車加速踏闆同樣的控制響應。

(5)效率高、損耗少，并具有制動能量回收功能。電動汽車應具有最優化的能量利用，以在車載總能量不變的情況下最大限度地增加續駛裡程，再生制動回收的能量一般可達到總能量的10％～20％，這在内燃機汽車上是不能實現的。

(6)必須有高壓保護設備。

(7)可靠性好、耐溫耐潮性能強及運行時噪盧低。

(8)結構簡單、維修方便及價格便宜。

純電動汽車用電動機性能參數初步确定原則

設計内燃機為動力的汽車時，一般先根據汽車預期的最高車速來初步選擇内燃機的功率。作為純電動汽車的動力源——電機，其速度一扭矩特性與内燃機截然不同，同時電機又有過載和“堵轉”特性，所以合理選擇電機的功率和傳動比，将對純電動汽車的動力性及整車續駛裡程産生重大影響。下面是确定電機重要基本參數的數學模型。

(1)以最高車速确定電機額定功率

電動機性能必須分為連續工作性能和短時工作性能，其連續工作特性曲線由電機的額定值來确定，短時工作特性曲線是電機過載一定倍數之後的轉矩功率特性曲線。由公式(1)～(5)計算後所得的參數便可滿足以下基本原則：

(1)用電機的額定工況計算電動汽車的最高車速；

(2)用電機的短時工作性能曲線計算車輛的最大爬坡度；

(3)電動汽車的常規車速應落在電機的基頻上：

(4)電動汽車最高車速功率平衡點應落在電機連續工作性能曲線的等功率段上。

計算實例

以目前正在開發的一輛純電動汽車為例，根據它的基本參數和目标性能要求(見表1～4)，以上面所述計算原則為基礎，可初步繪出所需電機的特性曲線，并以此為參考選擇電機。

滿足要求的電機特性曲線如圖2所示。

說明：可以圖2為參考選擇電動機。圖2中要着重控制電機的連續工作特性曲線，對短時工作曲線要控制電機在622r／min轉速時扭矩要達到100Nm。

結 語

電機驅動系統是純電動汽車的核心組成部分，所以對電動機的選型就顯得非常重要。南于電機的低速恒扭矩高速恒功率的特性，以及一般電機在基速、低轉矩範圍内效率和功率因數比較高，故常把車輛的常規車速放在基速上，把最高車速放在等功率線上。可根據本文所介紹方法計算出電機的性能參數，繪出車用電機所應具有的特性曲線圖，可用于生産電機或初步快速選定電機，然後根據所選電機實際性能，确定出車輛實際的最高車速、最大爬坡度及加速性能等。

本文的計算實例采用了固定速比的傳動系統，這是對傳動系統的一種簡化形式，在實際應用中要綜合考慮變速器所能承受的最大扭矩以及所允許的最大轉速等；另外，雖然通常來說高轉速電機效率較高，綜合性能也較好，但高轉速會帶來電機控制系統實現的難度，因此這對矛盾也是需要統籌考慮的。

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