电动物流汽车驱动电机的应用现状及发展趋势

李树金

摘 要：随着我国快递业务井喷式的发展，物流车辆的数量也在快速增长。在能源制约、环境污染等大背景下，我国政府把发展电动物流汽车作为解决能源及环境问题、实现可持续发展的重大举措之一，各汽车生产企业也将电动物流车作为抢占未来汽车产业制高点的重要战略方向。电机作为电动物流汽车的关键部件，目前使用较多的是交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机，这些电机各自都有优缺点。从技术发展角度来看，永磁化电机将是一个发展趋势。同时，从车用电机的安装方便性等方面来看，轮毂电机将是电动物流汽车的最理想的驱动方式。

关键词：电动物流汽车；电机；现状与趋势

中图分类号：F253.9 文献标识码：A

Abstract： With the development of China's express delivery business blowout， a rapid growth in the number of logistics vehicles. In the context of energy constraints， environmental pollution， our government put the development of electric vehicles as a logistics solution to energy and environmental problems and realize the sustainable development of one of the major initiatives， the auto production enterprises will also electric car logistics as an important strategic direction grab the commanding heights of the auto industry in the future， the key components of the motor for electric vehicle logistics is currently using more ac asynchronous motor， permanent magnet synchronous motor and switched reluctance motor， the motor has advantages and disadvantages of each. From the angle of technological development， permanent magnetic motor will be a development trend. At the same time， from the point of automotive electrical installation convenience， etc， will be electric logistics hub motor car driving mode of the ideal.

Key words： electric automobile logistics； the motor； current situation and trend

電动物流汽车是新能源汽车中发展较快的一个类型。新能源汽车用的驱动电机要满足频繁启/停、加减速，爬坡或低速时能提供较大转矩，在高速行驶时提供小转矩高转速，而且变速范围要宽。由于新能源汽车车载能源为动力电池，容量有限，为获得最大的行驶里程，大多数车辆都采用了能量回馈技术，即在汽车制动时，通过控制器将车轮损耗的动能反馈到电池中，并使电机处于发电状态，将发出的电输送到电池中[1]。因此，电动汽车的驱动机不能单纯的称为电动机，而应称为电机。

科技部要求新能源汽车技术研发将重点围绕电机驱动与电力电子、动力电池与电池管理等6个技术方向展开。考核指标为电机控制器峰值功率密度≥17kW/L，最高效率≥98.5%，匹配电机额定功率20kW至60kW，功能安全满足ISO26262标准ASCIL C级的要求，设计寿命达到15年或40万公里；装车应用≥10 000套[2]。

1 电动物流汽车对电机的要求

与工业生产机械、家用电器等的电机相比，电动物流汽车用驱动电机的工作比较特殊：

（1）电机工况复杂：电动汽车经常启停、加减速、上下坡等，电机的输出转矩和功率变化频繁。

（2）电机在冲击、振动的环境下工作：电动汽车的颠簸和振动都会传递给电机，此外，电机还要承受汽车在紧急制动、急转弯、急加速时的惯性力。

（3）车载电源能量有限：电动汽车的电源能源是有限的，当能量用尽时，需要停止运行，进行充电或添加燃料来恢复其消耗的能量。

（4）电机本身也是负载：电机及其控制器本身的质量也是车辆质量的一部分。

与工业用电机相比，针对电动物流汽车的驱动特点所设计的电机有着特殊的性能要求：

（1）电动物流汽车驱动电机要满足频繁的启停、加减速、转矩控制的动态性能要求较高，电机要有自动调速功能，能减轻使用者的操作强度，提高驾驶的舒适性，并且控制响应能达到与燃油车油门踏板同样的要求。

（2）在允许范围内尽量采用高电压，可减小电机和逆变器及其它装备的尺寸。

（3）为了减少整车的重量，通常取消多级变速器，这就要求在低速或爬坡时，电机可以提供较高的转矩，通常来说要能够承受4～5倍的过载。

（4）调速范围要宽，还需要在整个调速范围内保持较高的运行效率。

（5）电机设计时尽量设计为高额定转速，同时尽量采用铝合金外壳，各种控制器装备的质量和冷却系统的质量等也要求尽可能小，有利于减少电动汽车的重量。

（6）电动汽车应具有最优化的能量利用，具有制动能量回收功能，再生制动回收的能量一般要达到总能量的10%～20%。

（7）电机工作环境较差，要求电机要有很好的可靠性、耐高低温和耐潮性好、噪声低运行，同时还要保证电机的制造成本低。

（8）为保证安全，需要安装高压保护设备。

（9）结构要简单以便于维修，价格还要低廉。

2 电动物流汽车常用电机类型

直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机是电动物流汽车常用的驅动电机。直流电机应用最早，这种电机的特点是控制性能好、成本低，但其重量过大、效率低、电刷和滑环的存在增加维护成本，尤其是电刷的磨损会带来安全隐患。

电动物流汽车对车用电机的要求不断提出新的要求，随着电控、机械制造和材料等技术的进步，交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机的性能将更为优越，是目前应用较为广泛的电动物流汽车用电机。电动物流汽车常用电机的性能和优缺点比较及应用车型如表1、表2所示。

3 电动物流汽车用电机发展趋势

3.1 永磁同步电机

由于永磁同步电机效率高、转矩密度高、高效区宽、调速范围宽、重量轻等优点，电机永磁化是未来电机的发展趋势之一[4]。

3.2 轮毂电机

轮毂电机技术又称为车轮内装式电机技术，是一种将电机、传动系统和制动系统融为一体的轮毂装置技术。轮毂电机可采用永磁无刷、直流无刷、开关磁阻等电机类型。由于电机处于车轮轮毂内，受体积限制，要求电机为扁形结构，即电机短而粗。

轮毂电机具有：更方便的底盘布置，更灵活的供电系统，更好的汽车底盘主动控制性能，最优的驱动力分配等技术优点。

由于采用了电动轮驱动的形式，没有了机械传动系，使车厢的空间更大，底盘布置更灵活，底盘通用性增强。同时，汽车的电源供电系统无论是采用燃料电池、超级电容或者蓄电池，或者是它们的组合，都不受限制，原来的机械硬连接动力传动形式也变为电缆进行供电的软连接形式。

轮毂电机的控制响应快、精度高，并且每个驱动轮由各自的控制器控制，可以实现最理想的控制效果。轮毂电机也有比如密封和起步电流/扭矩间的平衡关系，以及转向时驱动轮的差速问等题，但从电机驱动技术的特点和发展趋势来看，轮毂电机将是电动物流汽车最理想的驱动方式。

4 结束语

2015年，我国快递业务总量达到211亿件，同比增长54%，相比去年提高8%。随着整个快递业务量的爆发，物流车辆的增长数量也得到了快速增长。在能源制约、环境污染等大背景下，我国政府把发展电动物流汽车作为解决能源及环境问题、实现可持续发展的重大举措之一，各汽车生产企业也将电动物流汽车作为抢占未来汽车产业制高点的重要战略方向[5]。在政府与企业的共同努力下，我国电动物流汽车近几年展现出良好的发展势头。电机作为电动物流汽车上的关键零部件，其技术、产品品质等还要提升，行业标准还不完善，整个行业还处于起步阶段，关键技术方面还落后于发达国家。因此，加快新一代电机等技术研发，已成为我国“十三五”规划的重点突破方向。

参考文献：

[1] 李登辰. 轮边驱动电动汽车高速齿轮系统的设计与研究[D]. 青岛：青岛科技大学（硕士学位论文），2014.

[2] 刘重才. 电动物流车放量催生电机需求[N]. 上海证券报，2015-12-10（A06）.

[3] 陈艺端. 改进转子结构互感耦合开关磁阻电机性能的研究[D]. 北京：北京交通大学（硕士学位论文），2014.

[4] 佚名. 电动物流汽车驱动电机技术挑战与发展趋势聚焦[EB/OL]. （2015-04-20）[2016-12-05]. http：//www.caam.org.

[5] 高国华. 强力扶持促电动物流汽车行业高成长[N]. 金融时报，2014-07-11（007）.