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第一#xff0c;单电机在低速、高速轻载等情况下#xff0c;效率降低比较严重。
电动机的高效区间虽然比内燃机大得多#xff0c;但是汽车的转速和转矩要求…对于电动汽车来说双电机相对于单电机加主减速器或变速箱的方案在提高驱动效率方面的优势
第一单电机在低速、高速轻载等情况下效率降低比较严重。
电动机的高效区间虽然比内燃机大得多但是汽车的转速和转矩要求太宽了强大的加速性能和爬坡能力需要大的扭矩而速度从零到上百km/h则对转速范围有非常高的要求。
虽然大部分中高速工况下电动机的效率都能很高但是在低速重载、高速轻载等情况下电动机的效率会比高效率的区间下降20-30%。
双电机则可以通过不同的搭配让系统的高效区扩大提升效率。
第二双电机可以提高制动能量回收的效率。
在双电机耦合驱动系统中有四个可能的操作模式单电机驱动模式、双电机驱动模式、单电机再生制动模式、双电机再生制动模式。
驱动效率和回收效率其实是一回事当电动机工作在电动模式的时候就是驱动效率工作在发电模式的时候就是回收效率两台电机拥有更多的高回收效率空间可以提高制动能量回收的效率。
第三双电机无动力中断。
单个电机要想达到更高的效率可以通过搭配多档位变速箱实现但是如果搭配变速箱就会有换档动力中断的问题而使用双电机协调控制则不会出现动力中断。
第四单个电机如果要满足高性能高扭矩和高转速范围设计制造难度大总重量也大。
通过把单个电机分解为两个电机可以让电机的制造难度降低总重量也可以降低。
实际上一台100kW的电机性能不需要由一台60kW的电机和另一台40kW的电机加起来提供一般情况下一台40kW左右和一台30kW左右的电机组成的双电机系统就可以提供甚至超过一台100kW电机的性能同时总重量一般可以降低30%甚至更多。
目前新能源汽车采用的电机一般只有两种永磁同步电机和异步感应电机。它们在整个电机体系中的位置如下 需要样机请联shbinzernbsp; nbsp;拆车邦
两种电机前后各一个就得到了4种排列组合。下文所列车型仅为部分仅供参考。现在下面来进行阐述下
01#
双感应电机
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奔驰EQC
电动机方面奔驰EQC采用了前后双感应异步电机的组合,两个异步电动机分别位于前轴和后轴为了降低能耗车辆还配有智能动力传动系统前电动机经过了优化在中低速负载的情况下可以实现最佳效率而后电动机就负责提供更强的动力来让车辆保持更好的性能。整个电动系统的最大功率为300kw峰值扭矩可达到765N.m0-100km/h加速时间为5.1秒最高车速可达180km/h百公里能耗25kW·h左右。 EQC的前后双感应异步电机的设计从数据来看转矩更大在起步阶段能提供更强的加速度拥有更高的极限转速在高速工况下能提供更强的动力输出。这套系统的优缺点很明显将驱动电机、单机减速器和电机控制系统进行“3合1”集成可以减少散热管路和高压线束的使用成本更低在电机布置上有更大的自由度但是能耗大、体积大是致命弱点由于使用的是感应电机在城市低速的工况里会比永磁电机效率更低。
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nbsp;奥迪e-tron
奥迪R8 etron中央双电机构型的结构特点与集中式电机驱动构型相似两个驱动电机和两个减速器对置布置于车架上通过较长的半轴与车轮相连独立驱动两侧车轮。
其簧下质量小制造技术成熟应用安装方便但是传动系统仍需万向节和传动半轴且占用一定的底盘空间造成车内设计空间有限一般多用于高性能汽车或卡车上。下图为Audi R8 etron后驱双电机。 需要样机请联shbinzernbsp; nbsp;拆车邦
左右车轮独立驱动的巨大优势在于轮间的转速差、动力分配可以任意调节通过扭矩的合理分配便能够对车辆的转向进行辅助这比传统车辆上的轮间扭矩分配调整范围要大得多只要控制程序够完善那么这辆车的运动特性将远远胜过传统动力的后驱车。 3
蔚来ES8创始版
ES8搭载XPT三合一双电机驱动系统配备前后感应永磁双电机。XPT 100-300kW 感应电驱动系统平台兼顾经济性与性能表现。支持与不同类型、不同功率的电驱动系统进行组合尤其适合配置为四驱车型的前辅驱。感应电驱动平台首款产品拥有240kW高功率高性能异步感应电机拥有、420N·m大扭矩传动效率超过97%在高速运转的情况下仍能实现稳定而强劲的动力输出。XPT 240-300kW 感应电驱动系统平台兼顾经济性与性能表现。支持与不同类型、不同功率的电驱动系统进行组合尤其适合配置为四驱车型的前辅驱。极低的拖拽损耗表现有助于提升整车续航里程。
首款量产品XPT 240kW感应电驱动系统拥有240kW高功率、420N·m大扭矩、15000rpm高转速高速大扭矩齿轮箱传动效率超过97%所搭载的铜转子感应电机在高速运转的情况下仍能实现稳定而强劲的动力输出其PEU电机控制器拥有独特的双三相拓扑架构设计搭载核心IGBT功能模块输出最强功率。 需要样机请联shbinzernbsp; nbsp;拆车邦
XPT100-200kW永磁电驱动系统平台搭载完全自主开发的永磁同步电机轻量化的一体机身设计大幅缩小PEU体积的同时提升扭矩提供更优化的整车装载方案。永磁电驱动平台首款产品拥有160KW大功率高效率永磁同步电机拥有305N·m大扭矩高度模块化设计电能转化效率达96.7%拥有业内领先的功率密度紧凑、高效、强劲的动力组合同样带来卓越的转化效率和动力输出,现搭载于蔚来ES8系列ES6性能版和EC6系列车型。 需要样机请联shbinzernbsp; nbsp;拆车邦
搭载完全自主开发的永磁同步电机电机采用扁线绕组工艺EDS最高效率达94%。轻量化的一体机身设计大幅缩小PEU体积的同时提升扭矩提供更优化的整车装载方案。首款量产产品160kW电驱动系统拥有160kW高功率、305N·m大扭矩、15000r/m高转速。使用i-Pin扁导线技术的永磁同步电机电能转化效率达96.7%紧凑型模块化的设计结构支持同结构下电机输出功率的灵活变化,为底盘的动力布局释放更多空间支持正反向装配支持与不同功率、不同类型的电驱动系统组合支持前后驱及四驱动力配置。
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双永磁电机
1
nbsp;比亚迪汉
2020年7月比亚迪汉EV四驱版和两(前)驱版上市。基于“e平台”的汉EV四驱版的前置“3合1”驱动总成最高转速15500转/分、最大输出功率163千瓦后置“3合1”驱动总成最高转速15500转/分、最大输出功率200千瓦且由SIC电控抑制驱动电机功率过载与过热搭载的刀片电池系统装载电量76.9度电、最大充电功率整100千瓦整车车自重1.9吨NEDC续航里程550公里。 无论汉EV两驱版还是四驱版在前置动力舱内布设的分系统和前置“3合1”电驱动总成完全一致。只是汉EV四驱版多出了1组后置“3合1”电驱动总成并且采用模块化设定。首次引入低导电率冷却液为刀片电池提供“冷量”与“热量”交换再次提升“电”方面的主动安全性。
理论上模块化的后置“3合1”电驱动总成拆卸或安装既可成为两(前)驱或四驱车型。而汉EV两(前)驱版与四驱版的多连杆悬架和后转向节完全通用。
在铝材质后转向节上固定了1组电子驻车电机、后传动轴两组拉杆锚点处于同一个中心线。汉EV四驱版与汉EV两(前)驱版的后悬架完全一致甚至采用这种结构的秦ProEV、宋ProEV也都具备模块化加装后驱动模块的能力。
在表象上汉EV两(前)驱版和四驱版的最大不同是多了一组后置电驱动总成。这组代表了比亚迪新能源车用电驱动技术最高水准的TZ200xSE型“3合1”电驱动总成不仅转速提升至15500转/分最大输出功率拉高至200千瓦、电控系统首次引入SIC技术。 需要样机请联shbinzernbsp; nbsp;拆车邦
汉EV四驱版搭载的后置“3合1”电驱动总成是比亚迪自行制造的技术含量最高的乘用车用电机。为了应对更高转速带来的过热引发的“退磁”问题比亚迪为这套200千瓦级“3合1”电驱动总成的控制模块引入了SIC电控为的是降低全负载工况的发热量与内阻借此换来的是更好的可靠性。
基于比亚迪拥有自行设计和量产IGBT和SIC电控的能力比亚迪为性能典范的汉EV两(前)驱版前置“3合1”电驱动总成适配IGBT4.0电控汉EV四驱版后置“3合1”定驱动总成的输出功率提升至200千瓦、转速保持15500转/分同时采用SIC电控用于驱动电机控制系统可以持续全功率大倍率放电时拥有更高的击穿电压强度、更低的电热损耗铝和更高的热导率。
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小鹏P7的四驱版
小鹏P7的四驱高性能版在前轴和后轴各布置了一个永磁同步电机。具体到动力参数前电机最大功率196kW最大扭矩390Nm后电机最大功率120kW最大扭矩265Nm。综合来看能够爆发出316kW的最大功率和655Nm的最大扭矩。基本上可以稳压3.0T性能车的动力水平。
将电机、电控、减速器高度集成组成高性能三合一电驱系统。相比传统分散型电驱布局三合一电驱系统效率更高、结构更紧凑、重量更轻、车内布置更规整、可靠性更强。
整套电驱系统体积仅18.6L功率密度达到行业领先的2kW/kg通过系统优化匹配电机系统最高效率95%NEDC综合工况效率大于85.5%。作为电驱系统的核心小鹏P7搭载目前国内性能强劲的后驱永磁同步电机最大功率196kW、峰值扭矩390Nm。配合最大功率120kW、峰值扭矩265Nm的前电机四驱高性能车型综合功率316kW、扭矩660Nm0-100km/h加速时间仅需4.3s越级对标百万级性能跑车。nbsp; 需要样机请联shbinzernbsp; nbsp;拆车邦
依托前后双电机布局小鹏P7四驱高性能车型具备可全域无级动力分配的四轮驱动能力。两台电机分别对前后轮独立控制不同工况下均能够提供充足的扭矩和功率实现各种路况下的全天候牵引力控制。
相比传统机械四驱系统小鹏P7的双电机四驱可针对前后轮扭矩分别进行智能控制扭矩比例在0-100%全域范围内无极分配且动力调节速度更快带来更强的车辆稳定性及操控性能。不同驾驶场景下P7双电机四驱系统设置了不同扭矩分配策略充分平衡整车的动力性、经济性和操控性能使各项性能趋于最优。
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保时捷Taycan
Taycan前后采用永磁同步电机后电机动力更强提供449马力406 lb-ft550Nm但turbor S能提供到450lb-ft - 610Nm永磁同步电机相对于感应电机tesla 采用感应电机他的优势是高效中低速更明显体积小更好的散热性能但价格相对高。 Taycan 电机采用hairpin女性扎辫子方式这个方式对于传统方式更加高了性能和效率但在高速的时候容易导致交流的流失而且产生性能问题所以在早期设计特别注意。但hairpin 的方式不是保时捷独有很早之前通用和本田在他们的Volt和PRIUS上已经使用。 03#
永磁同步感应异步双电机
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特斯拉Model 3性能版Model Y
特斯拉 Model 3 前轴仍采用交流异步电机后轴则采用永磁同步电机。对比交流异步电机永磁同步电机的外形尺寸更紧凑运作效率高且续航更长更容易控制。
在 Model Y中特斯拉继续亦采用永磁同步电机方案。采用感应永磁驱动电机搭配方案能够较好利用感应电机高效区在高速、永磁电机高效区在低速的特点进行两者工作区域效率的互补。 特斯拉拥有5种型号的驱动电机包括3台圆线电机和2台扁线电机。相比圆线电机扁线电机槽满率提升近30%可使电机体积减小宽截面使其绕组温升降低17.5%能让电机输出功率更高有效降低材料成本和功率密度。 当Model Y搭载扁线电机后电机体积和功率密度皆有所优化。在特斯拉的示范效应下比亚迪、大众、蔚来、理想等车企皆开始采用扁线电机。
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全新蔚来ES8
23款ES8依旧采用双电机四驱作为旗舰款也是标配了新车配备前后双电机四驱采用前 180kW 永磁 后 300kW 感应电机系统综合功率 480kW峰值扭矩 850N・m实现零百加速 4.1s。前后电机除了功率升级性能更强之外体积更小了效率也有一定的提高。 3
大众ID系列
电机方面大众ID.4CROZZ采用前电机异步感应后电机永磁同步电机的配置这方面没太多可说的。
行业发展已经证明目前技术下感应永磁的组合就是最优配置。
值得一提的是一汽-大众ID.4CROZZ的电机均由大众自主开发和生产。 2024款ID.6 CROZZ提供了多种选择满足不同消费者的需求。后驱版搭载永磁同步电机峰值功率可达150kW峰值扭矩为310N·m。续航方面根据CLTC综合工况续航里程可达601km。而PRIME款为双电机四驱版本搭载前交流异步电机和后永磁同步电机输出扭矩为162/310N·m峰值输出功率为80/150kW续航里程为560km。
04#
哪种方案好
首先由于感应异步电机大部分情况下效率低于永磁同步电机因此双感应电机的系统效率再高也高不哪去带来的结果就是续航里程较低。在中国市场上双感应异步电机的电动车销售情况一般算是一个侧面印证。
特斯拉早斯车型Model S/X采用的双感应电机方案后来到了Model 3/Y上就将其中一个换成了永磁同步电机新改款的Model S/X也将放弃双感应电机方案 ——nbsp;若双感应电机很好特斯拉有必要换吗
相应的情况也发生在蔚来身上且对比更加强烈全新ES8将老ES8的其中一个感应异步电机换成永磁同步电机之外续航直接提升了60公里可以说是立竿见影。
类似的比亚迪的电动车也逐渐从汉的双永磁电机进化到前异步后永磁的优化配置方案。
如果非要用双永磁同步电机也有一种优化方案就是给前驱加个离合器这样在不使用前电机的时候断开避免机械摩擦损耗和铁耗。例如韩国现代E-GMP平台的电动车就是这么设计的。
总结
其实采用双电机方案的还有很多例如上汽Marvel X双电机动力耦合方案、nbsp;巨一双电机多挡动力总成、hofer后驱双电机构型、上汽齿双电机、 AVL双电机电驱产品、广汽双电机产品、 Daimler Benz、采埃孚双电机轮边驱动客车桥、奔驰双电机轮边驱动卡车桥、越博动力双电机集成4挡箱电驱桥、绿控双电机集成2挡箱电驱桥、凯博易控双电机驱动系统、AxleTech双电机驱动桥等。
当然并不是双电机什么都好虽然双电机效率方面有大的提升性能方面也有保证但是双电机相对于单电机结构更加复杂需要更加复杂的动力耦合装置和更加复杂的控制算法。
