【电动汽车资源网EV江湖 雷洪钧】发动机结构比较较复杂,零部件多,配套件的数量没有办法减少了。一个车基本上安装一台燃油发动机即可,如果功力不够,加大发动机功率,于是汽油车机一步一步地被柴油发动机替代了。电机结构与发动机相比,内部结构简单,电动机控制器可以高度集成。但是单台车载电机也不可能做太大了,于是得出的结论:分布式动力系统是电动汽车的发展方向。
一、等速法与工况法介绍
研究电动汽车动力系统,等速法与工况法是两基本概念。下面先介绍一下,再进行后面的讨论。
①等速续航,是一种理想化的情况。往往是大家事先约定速度,比如40km/小时,或者60km/小时的速度,再来进行其他指标的测定。
②工况是指一种实际的工作状态。工况法利用某种预先设计好的模型模拟特定的工作状态,通过测量仪器进行测量一些性能指标。
也就是说,无论是等速法与工况法都是理论方法。理由是汽车做不到长距离的等速行车;工况法是用特定状态,来模拟实际工况而已。实际研究工作,往往把等速法与工况法综合起来用,分析他们的差异。
我国政府针对不同车类型的新能源汽车,采用等速法或者工况法两种不同的方法来进行行车里程测试。为什么不统一呢?这里不用深究了。要拿到补贴的,按照政府规定办法来做;要搞研究的,最好把等速法与工况法综合起来用。
无论是等速法或者工况法,都是专业人员的工具而已。对用户而言,是他们自己的体验,目前,通过统计法得到的用户体验,不同电动汽车是不同的。
①城市配送电动车是大于150公里的持续里程;
②公交车电动车是大于250公里的持续里程;
③乘用车是大于350公里的持续里程。
二、电动汽车动力系统的基本功能
蓄电池和电动机是电动汽车动力系统的主要组成部分,其接口总成是电机控制系统。电机部分包括电机、各种传感器、线束、冷却系统等;电池部分包括电池组、BMS(电池管理系统);电机控制器一般是集合了控制和驱动两个部分。目前电机控制器的集成度越来越高是一个基本趋势。
电动汽车与传统汽车除电力驱动控制系统,其他部分结构及功能基本上与燃油汽车相似。所以电力驱动控制系统决定了整个纯电动汽车的结构组成及性能特征。
电力驱动控制系统,可以细分为电力、驱动、控制等3个部分(子系统),最后必须要成为一个大系统。
①电力:由车载动力电池提供。所以说,动力电池是最关键技术。如果动力电池没有重大突破,电动汽车就没有成功的基础。
②驱动:由电机提供。电动汽车对电机的要求,与工业电机的要求有根本的不同。如果汽车用普通工业电机,也是可以的。但是这个电动汽车是没有人会买的。
③控制:由电子器件(硬件)和软件(程序代码)组成。电子器件(硬件)迭代很快。如果跟不上,电力驱动控制系统的性能指标会很差的。如果电动汽车用的落后电子器件(硬件),汽车故障率会很高的。这个汽车在市场上是没有竞争力的。
综合起来,电动汽车技术水准,以燃油汽车为基础,要在电力驱动控制系统上下功夫。谁的电力驱动控制系统水平领先,谁就是电动汽车市场领导者。
三、电动汽车分布式动力系统的主要特征
分布与分散不是同一概念,目前电动客车的动力电池箱是分开(分散)布置的。分散是一个纯物理空间概念。但是动力系统在物理是分开(分散)布置的,但是在逻辑上、从功能上是一个不可以分开的系统。分布式电动汽车动力系统的主要特征是,动力电机至少有两个以上电机。
传统汽车已经有近200年的历史,已经积累方方面面的经验教训,目前一个汽车配一台发动机。原理上,发展纯电动汽车把发动机换成电动机即可,其他部分不改动。
实际上,无轨电车也是这样做的。辫子接上滑触网的直流电网,替换了油箱,电机替换了发动机,燃油汽车其他部分基本不动。原理上,电动汽车与无轨电车相比,用动力电池替换“辫子接上滑触网的直流电网”,动力电池替换油箱、电机替换发动机。
但是在工程上,带来的麻烦多多。理由是:
①动力电池的比能量与燃油相比,相差2个数量级。如果用动力电池替换燃油箱,动力电池的体积必须要大许多,其重量要重许多。如何解决?
②电机的比功率与发动机相比,如果用一个电机替代一个发动机,这个电机体积和重量必须增加许多。如何解决?
工程上解决的基本思路是:
①动力电池系统硬件布置上予以分散,但功能上是一个体系;
②用2个(或者更多)电机替换一个电机。每一个电机在功能上是一个独立的子系统。但是相对一个汽车而言,多个电机要协调有序、一致地工作,组成一个大系统。
以上基本思路总结为一句话:电动汽车分布式动力系统。
四、电动汽车分布式动力系统的匹配水平好坏,体现其专业水准的高低
与燃油汽车一样,电动汽车动力系统的各组成部分的匹配好坏,才是体现专业水准的高低。例如电动机的功率大小、电池能量的多少、变速器的减速比等都需要依据整车的性能参数来设计计算。
①依据:整车的几何、质量、性能等参数;
②明确:电动机的功率大小、电池能量的多少、变速器的减速比;
③工具:理论的一些经典公式;
④验证:利用计算机进行仿真,持续修订。
案例:直驱系统功率,最大功率是120千瓦,大部分时间工作在30千瓦左右,负荷率在20%左右。大功率电机长时间工作只有20%-30%,其效率很低,其表现就是续航里程短。
解决思路:用2个小些的电机替代一个大电机,既要满足最大功率是120千瓦的要求,同时有要求,持续工作在高效区。具体做法是,即把两个电机装在一起,前轴一个电机,后轴一个电机。根据驱动的需求,爬坡是爬坡的要求,、快跑是快跑的要求,可以选择前面或者后面,还是两个一起驱动。
系统化:用六工况法,将两个电机彼此工作,进行优化、集成。能用4个电机,当然最佳。
困难:电机个数用得越多,其优化、集成也是困难。
五、特斯拉电动汽车分布式动力系统值得学习
从经济、技术发展来讲,电动汽车动力系统基本上趋势是由集中性向分布式转变。目前在电动汽车行业里,特斯拉代表驱动技术上较高的技术水平。特斯拉电动汽车分布式动力系统值得学习,特斯拉百公里加速只有2.7秒,它的驱动系统是采用前后双电机、左右双电机。
六、电动汽车分布式动力系统的发展方向:
①一个中心电机(高速感应电机)+减速器(2档或者3档变速器);
②双电机集中驱动;
③前后轴分布式双电机驱动;
④4个轮子上布置一个电机。
(来源:电动汽车资源网EV江湖 雷洪钧)
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