一 新能源汽车电驱动系统概述

1.电驱动系统认知

电驱动系统是新能源汽车的驱动力来源，负责将电能转化为机械能驱动车辆前进、后退，并保证车辆行驶的动力性、平顺性等。其作用相当于传统内燃机汽车的动力系统（发动机+传动系统），主要的区别在于采用驱动电机替代发动机作为动力源，而且传动系统也得到了大大简化。电驱动系统由驱动电机、电机控制器和减/变速机构组成，通过高低压线束、冷却管路与整车其他系统连接，如图1-1所示。此外，电驱动系统还具备传统动力系统无法实现的制动能量回收功能，在车辆制动时，将车辆的动能通过驱动电机的发电特性转换为电能存储到车辆储能装置。在混合动力汽车中，电驱动系统除了提供驱动力和能量回收外，还肩负着与发动机协同工作，平衡发动机功率的作用。

2.电动汽车电驱动系统的类型

电动汽车电驱动系统的结构布置各式各样，比较灵活，概括起来分为驱动电机中央驱动和电动轮驱动两种。驱动电机中央驱动借用了传统内燃机汽车的驱动方案，将发动机替换成驱动电机及其相关器件，用一台驱动电机驱动左右两侧车轮。该方案的操作方式与内燃机汽车相同，技术成熟，安全可靠，但系统较笨重，效率较低。驱动电机中央驱动常见的布置形式如图1-2a、b、c所示。

图1-2a所示的驱动电机中央驱动形式，由发动机前置后驱发展而来，主要由驱动电机、离合器、变速器和差速器组成，驱动电机替代了发动机，通过离合器将电机动力与驱动轮进行连接或切断，变速器提供不同的传动比以改变输出转速和转矩，使功率（转矩）曲线匹配载荷的需求，差速器实现转弯时两车轮以不同车速行驶。

图1-2b所示的驱动电机中央驱动形式，由驱动电机、固定速比减速器和差速器等构成。在这种驱动系统中，利用驱动电机在大范围转速变化中具有恒功率的特性，采用固定速比减速器，由于没有离合器和变速器，因此可以减小机械传动装置的体积和质量。

图1-2c所示的驱动电机中央驱动形式，与前轮驱动、横向前置发动机的燃油汽车布置形式相似，将驱动电机、固定速比减速器和差速器集成一体，两根半轴连接两个驱动车轮。这种布置形式在小型电动汽车上应用最普遍。

与驱动电机中央驱动形式相比，电动轮驱动形式的机械传动装置的体积与质量大大减小，效率显著提高，但控制系统复杂，成本高。随着电子技术与控制技术的发展，这些代价将会逐步降低，因此该方案有很好的应用前景。电动轮驱动常见的布置形式如图1-2d、e、f所示。

图1-2d所示为双电机电动轮驱动形式，机械差速器被两台牵引电机所代替，两台电机分别驱动各自车轮，转弯时通过电子差速控制两车轮以不同车速行驶，省掉了机械差速器。

图1-2e所示的轮毂电机驱动形式，轮毂电机和固定速比的行星齿轮减速器安装在车轮里面，没有传动轴和差速器，从而简化了传动系统。但是这种方式需两台或四台电机，其控制电路也比较复杂。

图1-2f所示的轮毂电机驱动形式，舍弃了电机与驱动轮之间的机械传动装置，采用低速外转子电机直接驱动车轮，电机转速控制等价于轮速控制，要求电机在加速、起动时具有高转矩特性。

3.电动汽车电驱动系统的特性要求

（1）驱动电机的特性要求 驱动电机是电动汽车电驱动系统唯一的驱动力来源，驱动电机的一般机械特性如图1-3所示，在额定转速以下，以恒转矩模式工作；在额定转速以上，以恒功率模式工作。驱动电机调速范围覆盖整个恒转矩区和恒功率区，在恒功率区，通过弱磁控制电机到达最高转速，因此也称弱磁区。驱动电机的峰值转矩、峰值功率、调速范围等直接影响车辆的爬坡能力、加速性能、高速超车能力。由于电动汽车行驶工况多变，通常要求驱动电机具备频繁起动/停车和加速/减速的能力，具备低速或爬坡时高转矩、高速行驶时低转矩/恒功率、调速范围宽的特点。

电驱动系统驱动电机在负载要求、产品性能、可靠性及工作环境等方面的特性要求如下：

1）低速大转矩、高速宽调速。为了满足电动汽车的加速和爬坡性能，要求驱动电机在低速时输出大转矩，高速巡航时则需要具有恒功率输出，而且调速范围要宽。

2）高功率密度、轻量化。由于电动汽车安装空间和整车质量限制，要求驱动电机具有高的功率密度。

3）高效率。为了提高电动汽车的续驶里程，要求驱动电机在整个宽调速范围内都具有很高的效率。

4）能够实现能量回收。电动汽车的特点和优势之一在于其能够在车辆减速或制动时将车辆的部分惯性能量回收，能量回收性能的好坏直接影响车辆的续驶里程、运行性能和能源利用率等。在车辆减速时，通过再生制动将惯性能量回收，再生制动回收的惯性能量一般可达到车辆最大（理论）可回收能量的15%～25%。

5）控制精度高、动态响应快。电动汽车要求驱动电机可控性高、稳态精度高、动态性能好，能够适应路面变化及频繁起动和制动等复杂运行工况。

6）高可靠性与安全性。电动汽车驱动电机的工作环境极为恶劣，对其机械强度、抗振性、冷却等方面均有较高的要求。

7）低成本。电动汽车驱动电机成本占整车制造成本的8%～12%，成本影响电动汽车的市场竞争力。

8）低噪声与低振动。噪声与振动性能是评价电动汽车品质的关键指标，电动汽车驱动电机要求在全工况范围具有良好的噪声与振动性能。

（2）传动装置的特性要求 从图1-3可以看出，驱动电机的一般机械特性与车辆的牵引力-速度特性相似，但由于电动汽车的行驶工况范围广，要求驱动电机在满足车辆全工况需求的同时又具有质量小、体积小、高效率等特点是非常困难的，因此驱动电机通常需配备传动装置来共同完成驱动。传动装置的传动比包括变速器和主减速器的传动比。若驱动电机转速比（最高工作转速与额定转速的比值）高，且其恒功率转速范围足够宽，满足车辆全工况的需求，变速器可采用固定传动比的减速器，从而简化传动装置，提高传动效率。

图1-4所示为配备有三档传动装置的驱动电机牵引力-车速特性。当处于一档时，电驱动系统输出覆盖了a-b-c的牵引力-车速区间；当处于二档时，电驱动系统输出覆盖了d-e-f的牵引力-车速区间；当处于三档时，电驱动系统输出覆盖了g-f-h的牵引力-车速区间。通过三档传动装置，该驱动电机可满足车辆不同工况下的牵引力-车速需求。