关于纯电动汽车驱动电机性能参数设计问题的研究_开题报告

课题背景、意义及目标

课题背景

在石油资源短缺、生活环境污染和全球气候变暖的大情势下，各国政府对汽车产业界提出各自的发展战略，并制定相关法律法规等；因此，研制开发节能、环保、使用替代能源的新能源汽车成为21世纪汽车工业的发展热点[1]。

国内某大型汽车企业，为了企业发展及响应中国政府“节能与新能源汽车产业发展规划”的号召，在2012年底正式启动一个关于一款纯电动汽车研发的项目，项目规划该车型于2015年上半年上市，本人有幸从2013年开始参与这个项目，现该车型已顺利上市。

课题意义

在纯电动汽车开发过程中，动力电池、驱动电机（系统）、电机控制器是三大核心件，汽车产品及零部件质量特性重要度为关键特性（A级），定义为关键件[2]。可见，驱动系统作为纯电动汽车的动力核心之一，主要起着将电能和机械能相互转化的作用。

永磁电机以其结构简单、可靠性高、效率高、体积小、重量轻等优点被广泛应用于车用电机驱动系统中，并且直接影响着电动汽车的安全性、环保性、经济性等。因此研究更加可靠、环境友好、经济的车用电机驱动系统势成本该项目的重要任务之一[3]。

课题目标

国内传统汽车的设计经验已经非常成熟，但对于纯电动汽车的设计，大多汽车企业还是参照传统汽车的设计思路，导致在实际开发过程中走了不少的弯路。现我结合国内某大型汽车企业的开发流程及国家相关标准，对纯电动汽车的驱动电机的设计思路进行梳理，用于同行参考和交流。所以，从整车角度建立电机特征参数与电机部件特性的内在联系，对几个关键问题进行解答：如何依据整车给定的边界设计驱动电机本体；在整车性能参数给定条件下，如何匹配电机参数；在匹配设计环节，如何建立整车性能与电机本体结构参数之间的关系。从提升整车性能的角度对车用电机参数进行合理匹配，以项目需求为依据，研究驱动电机关键技术，进一步对整车性能进行优化提升。

国内外研究现状

国内研究现状

电动汽车政策环境逐年完善提高，发布了项电动汽车相关标准和《新能源汽车生产准入管理规定》。初步建立了标准法规与产品管理体系，为产业化奠定了基础，也使电动汽车的认知度得到提升。其中，车用驱动电机标准已有项，对车用电机总体定义及试验方法进行了相关规定，但未对不同车用电机确立专项标准。

“十二五”电动汽车科技发展重点任务中对纯电驱动示范运行汽车电机系统提出了功率密度≥2.7KW/Kg、系统最高效率≥94%、系统高效区（效率高于80%的工作区）>75%等技术指标要求。结合查新调研，表1中给出了国内主要纯电动轿车企业应用的电机产品情况。通过对国内纯电动汽车电机产品应用现状的调研，可知纯电动车型中大多数采用了永磁同步电机方案。电机峰值功率平均在50 KW到90 KW左右，电机最大转矩可达450N·m以上。车用电机永磁化的发展趋势与电机高效率驱动的技术要求相符，永磁同步电机优点体现在功率因数、比功率和效率较高，而转矩波动较小，同时通过合理的电机控制技术（如矢量控制）可以保证车用电机转速范围较宽，以达到整车最高车速要求和加速、减速过程及爬坡等行驶工况的需要[3]。

表1国内主要纯电动车型及应用电机[4]

车型

电机种类

电机峰值功率（KW）

电机最大转矩（N·m）

驱动形式

吉利帝豪EV

永磁同步电机

95

240

前置前驱

比亚迪E6 400

永磁同步电机

90

450

前置前驱

北汽EX200

永磁同步电机

53

180

前置前驱

长安逸动EV

永磁同步电机

90

280

前置前驱

上汽荣威e50

永磁同步电机

52

155

前置前驱

江淮iEV6S

永磁同步电机

87

270

前置前驱

力帆620EV

永磁同步电机

60

213

前置前驱

国外研究现状

国外政府制定了一系列环保和节能法规，通过多种政策来推进电动汽车产业化及发展，这些政策主要包括美欧的“计划新一代汽车伙伴计划”、“计划自由车计划”、“明日汽车行动计划”和日本的“低公害车开发普及行动和专项研究计划”。电机作为新能源汽车三大核心技术之一，技术难题不断得以解决，同时全球主流整车生产制造企业依据现有技术基础，开发并推出了众多纯电动轿车产品及概念车型。在对年以来主要纯电动轿车（包括年计划上市的车型）调研的基础上，并对电机产品应用现状进行了分析。表2中给出了国外主要纯电动车企业应用的电机产品情况[3]：

表2国外主要纯电动车型及应用电机[3]

车型

电机种类

电机峰值功率（KW）

电机最大转矩（N·m）

驱动形式

TESLA-MODEL S

2016款 P100DL

交流感应电机

568

967

全时四驱

宝马i3

永磁同步电机

125

250

后置后驱

smart fortwo

永磁同步电机

65

220

后置后驱

BMW ActiveE

永磁同步电机

125

250

后置后驱

日产聆风

交流感应电机

80

280

前置前驱

Kia Ray EV

永磁同步电机

50

167

前置前驱

雪铁龙C-Zero

永磁同步电机

47

180

后置后驱

目前纯电动轿车的车型范围涵盖普通轿车、跑车等各个细分市场，标志着国外整车企业已经广泛涉足纯电动轿车市场。主流纯电动车型电机产品大多采用交流感应电机和永磁同步电机，驱动形式主要有前置前驱和后置后驱。电机峰值功率依据纯电动轿车品牌定位而差别较大，如高端品牌电机功率略高于，特斯拉纯电动跑车应用的电机功率远远超过其他车型。同时，主流纯电动轿车电机产品最大扭矩在220 N·m～250N·m之间[3]。

主要研究内容：

按照整车给定的边界数据和整车性能参数，设计一台能满足整车性能要求的驱动电机，在对纯电动汽车的驱动系统结构及驱动电机特性进行理论分析的基础上，对驱动系统的参数进行初步匹配，进而基于Matlab软件建立纯电动汽车仿真模型，对整车动力性指标和续驶里程进行仿真分析，以验证驱动系统参数匹配结果及其匹配方法是否合理可行。然后通过优化驱动电机的额定参数来改善驱动电机工作点与电机高效区的匹配情况，以提高电动汽车的续驶里程。最后通过电机的台架试验和搭载整车试验，进一步验证了动力系统参数匹配的合理性和整车性能。

^范文提纲

引言

课题背景及选题意义

国内外纯电动汽车驱动电机的发展状况

主要研究内容

纯电动汽车常用驱动电机类型及原理

纯电动汽车常用驱动电机类型

纯电动汽车常用驱动电机原理

电机性能参数设计

项目启动及设计任务输入

整车参数输入及性能指标规划

驱动系统性能匹配

电机性能参数设计

电机的选型

电机性能仿真及优化

电机模型建立

电机仿真分析

电机性能优化

电机验证

台架试验

整车试验

总结及展望

总结

展望

参考文献

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