新能源汽车驱动电机选型过程及影响因素

mengmianren

我们知道决定新能源汽车驾驶性能的重要因素之一是整车应用与驱动电机的适配度，因此为了让整车具有良好的驾驶性能，驱动电机的选型便成为了车辆研发和设计过程中非常关键的一步，而在对驱动电机产品选型的过程中，将会涉及到对车辆性能、能耗、可靠性、成本等多个方面的因素评估，为了进一步了解此过程，在这里对驱动电机选型的主要步骤和考量因素进行归纳如下：

一、性能需求分析

性能需求分析主要指根据车辆的最高车速、加速性能、爬坡能力等整体性能需求，去确定该车辆搭载的驱动电机所需匹配的额定功率、峰值功率、最大扭矩、扭矩-转速特性曲线（外特性曲线）等基本性能参数。

1.1.最高车速需求分析

最高车速主要取决于驱动电机在最高转速下的输出功率和传动系统的最终传动比。一般来说，驱动电机的最大转速和该转速所对应的输出功率应足够高，以确保在车辆达到最高目标车速时，能为其提供足够的动力需求。

同时，由于驱动电机的输出转速通常是高于车辆车轮的转速，因此需通过变速器的齿轮比设计，将驱动电机的高转速转换为车轮所需的适宜转速。基于此，在对此性能参数进行分析时，我们常需要计算驱动电机在最高车速下的理论输出功率需求，并选择能满足这一功率需求的驱动电机产品。

1.2.加速性能需求分析

加速性能主要反映在驱动电机的瞬时扭矩输出和持续功率输出上。为了让整车具有良好的加速性能，驱动电机需要在短时间内为车辆提供较大的扭矩，尤其是在车辆处于低速状态时。为满足此性能需求，这便要求所搭载的驱动电机具有较高的扭矩倍率和良好的扭矩-转速曲线。

这里所说的“良好的扭矩-转速曲线”是指驱动电机能够在广泛的转速范围内，可为车辆提供较为理想的扭矩输出，以使车辆既能满足在城市拥堵路况下的频繁启停和低速加速需求，同时又能适应高速巡航时的稳定功率输出要求。

对于新能源汽车而言，驱动电机良好的扭矩-转速曲线具体表现有以下几个方面：

低速大扭矩：在车辆起步和低速行驶阶段，尤其是车辆处于爬坡或承载重物时，此时驱动电机需要在较低转速下就能为车辆提供较大的扭矩，以确保车辆在此状态下具有足够的牵引力和加速性能；

宽泛的高效区间：驱动电机在中高转速下应保持较高的扭矩输出，以使车辆在中高速行驶时仍能保持强劲的动力性能，同时，需确保驱动电机在这一转速区间内具有较高的效率，以降低整车的运行能耗。

平滑过渡：扭矩-转速曲线的斜率变化应尽可能平缓，避免扭矩突然大幅下降，因为扭矩的下跌便意味着同等转速下输出功率的下跌，于车端而言，驾驶员便会感觉到车辆动力的下降，而为了维持动力输出，此时加速踏板将会被驾驶员踩下，由于不同转速下的扭矩变化太大，因此将会出现车辆‘一顿一顿’的驾驶情况。

所以，具有平滑过渡的扭矩-转速曲线可以使车辆在不同速度下的驾驶感觉更加顺畅，同时也利于电机控制器对电流、电压进行精确的控制，以实现在不同工况下驱动电机具有较为合理的输出功率，从而满足车辆在不同速度下的加速需求。

如上所述，这种良好的扭矩-转速特性是在对驱动电机进行选型时，决定车辆性能的一个重要因素。


图1 不通过需求下的驱动电机外特性曲线
1.3.爬坡能力需求分析

爬坡时车辆需要克服重力做功，此时对于驱动电机的恒定输出扭矩则有较高的要求。因此，基于此性能需求，对驱动电机进行评估时，首先需要根据车辆的质量、轮胎与地面的摩擦系数以及坡道的倾斜角度去计算出爬坡所需的牵引力，然后再反推出所需应用的驱动电机在车辆处于低速状态时需要提供的最小扭矩。通过评估车辆在较低转速下，驱动电机能否为其提供充足的扭矩输出，以此去满足该车辆对于爬坡的需求。

二、效率和能耗

对于新能源汽车而言，行车能耗是决定用户日常用车成本的关键因素，因此为了降低用车成本，车载用电器在性能上常需具备较高的运行效率，而作为新能源汽车大三电之一的驱动电机，其输出效率的高低对车辆百公里电耗的多少有着至关重要的作用。

基于此背景，驱动电机运行区间的效率成为了评价其性能的重要指标之一。所以，在对驱动电机进行选择时，应尽可能的确保所搭载的驱动电机产品，在宽泛的转速和负载范围内可始终保持较高效率，尤其是车辆常用的工况区间中。通过对高效区间的应用，可降低整车的能耗，从而起到延长续航里程的目的。


图2 不同应用背景下的电机MAP
三、扭矩和转速匹配

需通过传动系统的设计，去考虑驱动电机的扭矩和转速是否与车辆需求相匹配。如在乘用车领域，由于其车型总质量相对小，且日常用车多处于城市、高速等较为平坦的路面上，此时车辆对于驱动电机扭矩输出的要求相对于转速性能会更低些，为此在车端将更关注通过减速器去调整驱动电机的高转速与车轮低转速之间的关系。

但对于商用车而言，其多以载货运输为主要应用，且此类车辆的最高行驶速度相对于乘用车要更低，同时在重载应用环境下，车辆对于爬坡能力的要求将更为注重。基于此应用特性，此时车辆对于驱动电机的扭矩关注度会相较于转速更高，尤其是低速时的大扭矩输出特性。


图3 不同领域车辆对驱动电机的性能关注差异
四、体积和重量限制

由于车辆布置空间有限，同时受到车型总质量的制约，因此在进行驱动电机选型时需确保其具有较高的功率密度，即功率/重量或功率/体积的比值，以便实现在有限的空间内实现最大化性能输出。此性能需求下，便需对驱动电机的材料、集成度等方面提出了更高的要求，为此，高性能多合一产品在业内不断被推出。

五、冷却方式

驱动电机的冷却系统在整车热管理中占据着重要作用，在汽车能量精细化管理的发展趋势中，合适的冷却系统不仅可确保驱动电机在高负载运行时能够得到有效的散热，以防止其因过热而导致性能的下降和寿命缩减，同时也是实现整车热管理中各模块交互的重要基础条件。

六、可靠性

驱动电机需在严苛的汽车环境中长期稳定运行，因此在选型时要考虑驱动电机的可靠性、耐用性以及维护便利性等因素。

七、成本与技术成熟度

作为大三电的核心之一，驱动电机的成本在整车零部件中占据较高位置，因此在选型时需进一步考虑其制造成本和采购成本，再结合整车定位，以达到选取具有高性价比产品的目的。并通过对供应商的考察，进一步确保所选择的产品具有高技术成熟度和高可靠的质量保证。

八、法规和标准

相关产品需符合国家和地区的相关法规、标准及认证要求。

九、发展趋势

考虑到新能源汽车技术的快速发展，驱动电机在选型时还需兼顾未来技术升级的可能性，如高压平台的兼容化、产品的智能化、集成化等趋势，以及与之相关的接口兼容性、可拓展性等。

对上述内容总结如下图：


图4 驱动电机选型过程及影响因素