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新能源汽车电驱系统的工作原理、布置分类

  新能源汽车有着效率高、零排放、环境友好、控制状态不会受到外界影响等优点,其占有量也慢慢变得多。新能源商用车也在这一过程中应运而生。而新能源汽车与传统现代汽车的区别主要在于新能源汽车的驱动方式改为了电驱动。电驱动系统大致上可以分为驱动电机、变速器、功率变换器、控制器四大部分。电驱动系统是整个新能源汽车的核心所在,直接影响其经济性、安全性、可靠性等性能。

  新能源汽车结构主要是由电驱动系统、底盘部分、车身构架以及各种相关辅助装置等部分所组成。除电力驱动系统部分外,其余部分的功能和结构组成大体与传统汽车类同,但有些部件因所选驱动方式的不同,被简化改动或者替换撤除了。电力驱动系统的组成与工作原理如图1所示,可划分为辅助模块、车载电源模块、电力驱动主模块三大部分。

  1)中央电驱总成如图2所示,将驱动电机与变速箱集成在一起,替代传统的发动机和变速箱,但仍需要传动轴以及传统车桥。在布置形式方面与传统汽车动力总成相近。且传动路线长、能量损耗较大,系统效率低;底部空间被大量占据,导致动力电池布置困难。如德国采埃孚股份公司生产的型号为CeTrax的中央电驱总成,如图3所示,该款系统方案适用于低层和高层客车。CeTrax基于“即插即用(plug-and-drive)”设计方法,可被整合到当前车用平台中,且无需对底盘、前后桥或差速器进行较大的改动。最大输出及峰值扭矩分别达到300 kW和4 400 N·m。我国陕西法士特汽车传动集团有限责任公司的电驱产品以中央电驱总成为主。

  2)集成电驱动桥(平行轴/同轴/垂直轴)如图4所示,将传统驱动桥和电机集成在一起,电机经过减速增扭后直接用于驱动车轮。节省了以往的传动轴、悬置支架等零部件,这使得装车的成本变低;传动效率高;占用的空间小,且更方便于动力电池包的布置;而在NVH方面效果差;簧下质量大并且偏置,整车的可操控性不高。如青特集团有限公司生产的型号为QT130SPE的两挡集成式驱动桥,如图5所示,适用于49T牵引车,额定载荷13 t。双磁边换挡方案,换挡平顺,驾驶体验更加愉悦。传统系统集成度集成有效释放底盘空间,通过性更好。

  3)轮边电驱动桥如图6所示,高度集成化的电机、减速器以及传统驱动桥,取消了传动轴和差速器,由于其采用了电子化差速传动,故传动效率高;且占用的空间小,动力电池布置更便利;但簧下质量较大,对于整车操控性不利,且电子差速控制难度大。如德国采埃孚股份公司生产的型号为AVE130的轮边驱动桥,如图7所示,电机类型采用异步电机,应用于10 m~18 m客车,上限功率为2×125 kW,最大轴荷质量13 000 kg,其控制器逆变器未集成在车桥上,带有两级减速机构。

  4)轮毂电机桥如图8所示,轮毂电机部分与驱动桥部分进行了高度集成[1],驱动电机直接驱动车轮是未来的发展趋势。这种驱动系统传动效率最高,且具有重量轻、能耗低等优点;制动能量回收效率更是接近100%,但造价成本高。电机尺寸大时存在过热、退磁、产业链体系等问题,目前,这方面的技术不成熟。如荷兰e-Traction公司生产的轮毂电驱桥,如图9所示,零排放、较低的使用成本,从电池到车轮效率高达94%,比普通电驱动系统高出15%,减少了活动部件。续航里程提高20%,电池尺寸降低20%。易维护低噪音、高舒适性高冗余的车轮独立控制占地面积小、空间利用率高,控制方式灵活,适用于12 m~18 m客车及货车,应用领域广泛。

  通过上述分析可知,目前,新能源商用车常见的电驱动系统类型主要为中央集成式电驱系统、轮边电驱动桥、集成电驱动桥。其中,中央集成式同轴电驱动桥用于中型、重型货车以及宽体自卸车。轮边电驱动桥则常用于10 m以上的大巴客车系列。集成电驱动桥常用于货车及6 m~7 m中巴客车系列。而集成电驱桥又分为平行轴、同轴、垂直轴三种形式。其中,垂直轴集成电驱桥的驱动电机与驱动桥以垂直的角度进行连接传动,采用双曲面齿轮减速方式,速比较小,系统功率密度低。平行轴集成电驱桥,电机与驱动桥呈平行状态布置,电机多偏置。多采用圆柱齿轮传动,速比大,功率密度高;由于簧下质量大且偏置,故而整车操控性、舒适性较差。国内集成式电驱桥多采用平行轴式。

  集成电驱桥与中央驱动系统相比,在电机、减速器、差速器与车桥方面,集成化程度高;自动变速器设计与控制、电驱系统控制技术难度小;底盘占用空间小,电池布置方便;能实现较高的能量回收,重量轻,比中央驱动低10%~25%,大大降低电耗,电机转速高,外观尺寸小,功率密度高。但电机、变速箱在悬架之下,簧下质量大,不利于整车操控性和舒适性提高。在自动变速器设计与控制、电驱系统控制技术、商用车驱动桥方面的开发难度大。中央驱动系统的电机、变速箱在悬架之上,簧下质量小,整车操控性、舒适性较高。自动变速器设计与控制、电驱系统控制技术开发难度小。

  在搭配低速电机的电驱系统整体构型有低速大扭矩单/双电机直驱型和低速电机搭配AMT变速箱型,两者的优缺点如表2所示。

  1)为同时满足上坡加速以及最高车速的动力性能需求,采用固定档减速器类型的电动汽车需要和大扭矩、高转速的驱动电机匹配,两方案之间对比如图10、图11所示。

  2)采用两档AMT的电动汽车[2-3],用增大一档传动比的方法来满足上坡、加速、复杂路段情况下对驱动力的要求,用减小二档传动比来满足在最高车速对电机的高转速要求,进而时电机的最大扭矩值和最高转速值降低[4]。

  3)在整体车辆性能的相关参数保持不变的前提下,采用两档AMT将会大幅度提升电动机处于最佳效率区工作的概率,如图12所示,进而时整车的经济性和续航能力得到大幅度的改善。

  4)从成本角度来看,与固定档减速器相比,虽然改为采用两档变速器令变速器的成本提升了1 000~3 000元,但是与此同时,在电机和电池方面的成本有某些特定的程度的下降,由于工作效率的提升使百公里的用电量降低,进而降低了用电成本,也使得充电频次降低,工作周期变长。从电池的寿命周期角度来看,采用两档变速器将使得电动车全生命周期成本下降。

  5)从舒适性角度来看,多档变速器在高车速时通过高传动比降低了电机的工作转速,从而改善了整车的NVH特性(工作过程中产生的噪声、振动与声振粗糙度,这是衡量汽车用户舒适性的指标之一)。而且,提升舒适性的前提是尽可能地解决多档变速器在换档过程中产生的冲击振动而造成的舒适性技术难点。

  汽车自动变速器主要有液力自动变速箱(AT)、机械无级自动变速箱(CVT)、电控机械自动变速箱(AMT)和双离合自动变速箱[5]。其中,AMT具有效率高、成本低、结构相对比较简单、生产继承性好、维修保养方便等优点,最为适合纯电动商用车汽车使用。

  目前,新能源电驱系统主要构型有低速大扭矩单电机或低速大扭矩双电机直驱型,低速电机搭配AMT变速箱型,高速电机搭配减速器型等。部分整体系统构型分类及技术难点如表3所示。

  随着业界对新能源重卡的开发与研究,考虑到经济性、集成度、安全性等重要的因素与轻量化、高速化、高效率、高可靠性、良好的NVH的电驱系统未来发展的新趋势相结合,新能源重卡发展的新趋势主要有以下几个方面。

  1)作成本和低维护费用。新能源重卡在日常的使用的过程中,充电桩、车辆保养、电池使用寿命都需要一定的资产金额的投入。为保证经济性要求,追求更低成本和维护费用是推广新能源汽车的主要目标之一。

  2)车身质量的轻量化,电控系统的模块化。自身质量越大,在工作过程中的电池能耗就越高。电驱系统要控制的部件更多更复杂,而模块化是一种将复杂系统分解为更好的可管理模块的方式。在轻量化、优化自身结构的同时,还需满足强度要求,提升原材料的利用率。使其高速化,降低电机扭矩;高效率,降低整车能耗。

  3)更大的爬坡度及较强的动力性能。电驱动系统所能提供的动力受制于电机功率、电池大小等因素。重卡汽车自身质量较重且负载量较高,往往在爬坡、道路状况较差(泥泞、多坑等)时出现动力不足的情况。

  4)低能耗及高可靠性。续航里程是新能源汽车的重要性能指标之一,在新能源重卡运行过程中更是显得很重要。剩余里程的多少,复杂路况下的能耗情况,都对可靠性提出了更高程度的要求。深入进行载荷谱研究,找出易损元件,增加整体系统的工作寿命。加强极限工作状况下的仿真分析和试验验证能力。

  5)良好的驾乘体验。用高功率和扭矩密度来获得更好的加速、复杂路况、上坡、超车性能。优化电驱系统自身的NVH,以此来实现整车NVH品质的提升。

  综上所述,课题小组介绍了电驱动工作原理、布置形式的分类和具体产品,简述了现阶段电驱动系统构型和实现方案。随着新能源电动汽车慢慢地发展,低端产品的更新迭代在性能、传动效率、续航里程方面有很大提升,进而时变速器多档化成为了未来电动汽车传动系统的发展的新趋势。在新能源商用车方面主要的电驱动系统形式为轮边电驱桥、集成电驱桥及中央电驱总成。客车多采用轮边电驱桥,卡车多采用集成式电驱桥或中央驱动总成,重卡适合采用集成式电驱桥或中央驱动总成的形式。经过对比,为满足更高的性能需求,取得更好的经济效益,采用高速电机与多档变速箱整体构型的电驱系统方案更符合未来的发展趋势。

  全球新能源汽车迎来爆发式增长,动力电池产量或将大幅度的提高 1 、立足国内 ,2017 年 新能源汽车 产销数据继续呈现高增长。随着新能源汽车的补贴等优惠政策体系逐步落实,今年我们国家新能源汽车销量整体呈现前低后高趋势;但整体而言,从 3 月之后,我们国家新能源汽车产销继续保持环比大幅回升的态势。 2017年1-10月,我们国家新能源汽车产量同比增加 46.84% 数据来源:公开资料整理 与此同时,我们国家新能源乘用车销量同比增加 55.1% 数据来源:公开资料整理 依据数据显示,2017 年 1-10 月新能源汽车产量达到 51.16 万辆,同比增加 46.84%;其中,10 月份新能源汽车销量仍环比提升 19.5%至 9.2 万辆

  补贴政策相继放缓,对于这些正在成长期的 新能源汽车 厂商来说,到时候了吗?   特斯拉 最近拉了一个联盟,目的是问美国政府“重新索要”新能源汽车补贴。   联盟名字叫EV Drive Coalition,包括通用、日产等汽车制造商,行业巨头ABB,气候变化和能源游说组织以及ChargePoint在内的 电动汽车 基础设施公司。   索要的则是联邦政府7500美元的税收抵免。   在美国买特斯拉到底多便宜? 和国内一样,在美国买新能源电动车也是有补贴的。   这次特斯拉带着“小老弟们”出来站台,导火索正是电动汽车税收抵免的补贴。   2008年10月,美国推出了可插电式电动汽车税收抵免的政策,其中规定:电池容量大于4000瓦、

  在今年的上海国际车展上,环保和智能成为一大亮点。新能源汽车不但成为了各大汽车厂商热议追捧的对象,更是代表了整个汽车行业发展的一个趋势。下面就随汽车电子小编一起来了解一下相关内容吧。 新能源汽车为何迟迟没有新电池成品问世? 独立能源数据调查机构EIA的多个方面数据显示,最大的石油消耗国美国在2015年消耗了3.85亿加仑的石油,而大约45%的石油、90%的汽油由轻型交通工具消耗,如私家车、小型卡车、公共交通等。不难看出,车是日常能源消耗的超级大户,在能源有限、污染严重的今天,环保出行已是共识。 在2016年,中国新能源汽车市场增量瞩目,短短一年中新能源汽车销量超过50万辆,在汽车销量的占比达到1.8%,增速同比超过50%,保有量接近1

  电动汽车为什么难以推广的原因有很多,但究其本质都是出在电池之上。对于一款汽车来说,人们要求的首先是基本的代步功能,其次才是附加的功能。然而,由于电动汽车以电池为动力核心,就会带来一个很尴尬的问题:没电了应该怎么办? 燃油车没油了,打开地图app,可以轻易找到一个加油站,只需要几分钟的时间就能加满油重新出发。但电动汽车没电了,却很可能需要长途跋涉去找到一个充电桩,然后静静等候上30分钟乃至更久,这无疑是很多人不能接受。那么,充电能否像加油那么快呢?很可惜,在如今乃至未来的一段时间,都看不到这个可能的出现。但另一种思路和手段的出现,却解决了充电慢的问题,那就是——换电。 换电,其实就是更换电池技术,顾名思义就是为电

  将面临着充电和换电的两难境地? /

  电池、电机和电控系统是新能源汽车的三大关键组成部分。其中动力电池是最关键的一环,可以说就是新能源汽车的“心脏”。 随着新能源汽车的不断发展,动力电池也越来越受到人们的重视。作为制约新能源汽车发展的重要因素之一。新能源汽车的动力电池,又分为哪几大类呢? 铅酸电池 铅酸电池(VRLA),是一种电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池荷电状态下,正极主要成分为二氧化铅,负极主要成分为铅;放电状态下,正负极的主要成分均为硫酸铅。一个单格铅酸电池的标称电压是2.0V,能放电到1.5V,能充电到2.4V;在应用中,经常用6个单格铅酸电池串联起来组成标称是12V的铅酸电池,还有24V、36V、48V等

  五大电池类型盘点和趋势分析,你支持哪种电池呢? /

  2017已经远去。2017年,中国 新能源汽车 产销均接近80万辆,分别达到79.4万辆和77.7万辆。据相关机构预测,自2018年开始,中国将正式进入新能源汽车百万时代。本文电动汽车资源网将解析2018年度中国新能源汽车产业发展趋势,探寻行业发展脉络。 随着新能源汽车的发展,汽车产业生态和竞争格局均面临重构,产业链、生产方式、产品属性、消费需求和售后服务等方面都在发生变革,汽车产品加快向低碳、电动、智能化方向发展,中国新能源汽车产业正全面从1.0时代进入2.0时代! 政策导向的2.0 今年4月1日,新能源乘用车双积分政策将开始正式实施,意味着新能源汽车市场化时代即将到来。此外,据工信部部长苗圩透露,将加快建立商用车积分管理制

  的网络连接方式 /

  “2027年全球动力电车出货量将达到1万亿瓦时,去年出货量是1060瓦时, 2018—2025年在中国还有5—7倍的上升量。”7月12日,中国科学院院士欧阳明高在“创造出行新生活”高峰论坛上指出,动力电池的成本随着规模的上升还会持续下降。多个方面数据显示,锂离子电池单体能量密度达到了265瓦时,较2012年提高了2.2倍;价格从5元到0.8元,下降了80%以上。 电池成本的下降伴随着电动车销量的增长。7月10日,中汽协发布的2019年上半年汽车行业产销数据显示,今年上半年,我国新能源汽车累计完成产销分别为61.4万辆和61.7万辆,同比分别增长48.5%和49.6%。其中纯电动汽车产销分别为49.3万辆和49.0万辆,同比分别增长57

  电机驱动技术

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