电动汽车动力传动系统的研究

韦伟

（长安大学汽车学院 710000)

1 电动汽车的现状

由于越来越多的国家要求减少废气排放和汽车内燃发动机的化石燃料消耗量，电动汽车的生产得到了各国政府的大力支持。2017年，中国的新能源汽车销量已经达到77.77万辆，累计保有量达到160万辆，两个数据均占到全球的50%左右。

2 电池

动力电池的续航能力是限制当前电动汽车发展的关键所在，重量也是电动汽车的一个限制因素（30～40 Wh/kg）[1]。有几种动力电池类型可用于电动汽车。早期的动力传动系统使用了重型铅酸电池，因为其成本低、技术成熟以及可用性高。铅酸电池的缺点是不能在其容量的50%以下放电，否则其寿命将迅速减少。镍金属氢化物（NiMH）电池被认为是一种成熟的技术，与铅酸相比，NiMH提供更高的能量密度，同时降低充电和放电效率，但高寒条件下表现不佳。

目前锂离子电池在新一代电动汽车中经常被采用，其最大的优点是能量密度高，但锂电池的寿命较短，与其他电池类型相比，其老化程度更显著。目前单体电池的水平在230 Wh/kg，充电时间长，且充电次数最多到700～900次，电池寿命不长。这就需要携带更多的动力电池，也就牺牲了车辆内部空间，并增加整车质量。为了突破电池瓶颈，研发比能量300 Wh/kg更高的单体动力电池迫在眉睫。

3 电机

电机的全负荷曲线形状允许电机在不使用离合器的情况下，以恒定传动比运行。然而，在电动汽车动力系统中也可以使用变速器来优化整车的操作，比如异步（ASM）和同步（SM）电机。

异步电机由交流电驱动。感应电动机的定子由输送电流的电杆组成，从而产生一个穿透转子的磁场。与同步电机相比，异步电机提供了一种更成熟和廉价的技术，异步电机的整体效率低于同步电机，尤其是低速时。最常见的永磁同步电机（PSM），其转子是由嵌入在固体钢转子中的永磁体组成的恒定磁场，与ASM相比，PSM在运行时提供了更高的效率。PSM的缺点是成本高，永磁材料资源有限。

4 传动系统

早期电动汽车采用机械式传动系统，传动效率不高，电动汽车的续航充电缺陷使得内燃机汽车逐渐占据主流。而电动桥传动将两个电机安放在驱动桥内，在电动汽车转弯时，驱动桥内差速器才进行工作。这种方式的传动使得效率得到了提高，多工况下适应能力更强。

(1)传统型是由电机、离合器、变速器和差速器组成，早期电动汽车便是直接将内燃机替换成电动机，构成了此种布置方案。

(2)无离合器型是将传统类型中的离合器去掉，相比于传统型，优点在于使得整车质量得到减轻，行驶阻力减小。但另一方面由于缺少离合器，电机需要更好的调速特性。

(3)一体型是将电机、差速器和减速器制成一体，这种类型的电动汽车一般体型小、质量轻及整体设计紧凑[2]。

(4)双电机型是由两边车轮分别装有带减速器的电机来进行驱动，相比于传统的机械式差速器，这种布置方案下的电子差速器使汽车转向性能更加优越。

(5)轮边驱动是将带有机械减速装置的电机安装在车轮里，传动系统在这种布置方案下十分精简，驱动更加灵活，传动效率进一步提高。但这样设计需要更好的电机调速特性和电子控制，且电机和制动系统安置在一起，因此需要极好的散热。

(6)轮内驱动去掉了第5种布置方案的减速装置，动力传动系统更加简单。但同时由于电机安装在车轮内，车轮的跳动会直接影响电机工作，传动系统又缺少减速差速装置，电机的性能和控制要求更高。轮边电机已逐步应用在了客车上，轮毂电机还处在研发阶段。