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新能源汽车驱动系统发展趋势分析研究报告
http://www.tianinfo.com   2018-01-12   天拓咨询发布

    根据驱动电机位置的不同,新能源汽车的驱动方式主要可以分为集中电机驱 动、轮边电机驱动和轮毂电机驱动,后两者又统称为分布式驱动系统。
    集中式驱动:与传统汽车驱动结构较为相近,电动机代替内燃机提供动力,通过传动系统将电动机的转矩传递到驱动轮上,因此在传统汽车结构的基础上稍加改动即可,操作技术成熟、安全可靠。但这种驱动类型的底盘结构相对复杂,车内空间狭小,且传动效率比较低。
    轮边电机驱动:将驱动电机安装在副车架的驱动轮旁边,与固定速比的减速器连接,通过半轴实现对车轮的驱动,是从集中式驱动到轮毂电机驱动之间的过渡形式。轮边电机驱动的汽车传动链和传动空间进一步减小,底盘机械结构更简单,整车质量减小且布置更合理,可提高传动效率。
    轮毂电机技术:是最先进的电动汽车驱动技术,又称车轮内装电机技术(in-wheelmotor),通过将驱动电机设计安装在车轮内部,输出转矩直接传输到车轮,全部或部分舍弃传统的离合器、减速器、传动桥等机械传动部件,使得汽车结构大为简化。
    总的来看,集中式驱动系统与传统内燃机汽车较为相似,因此传动系统零部件较多、成本高、控制复杂等缺点;与集中式驱动系统相比,分布式驱动系统具有传动链短、经济性好、车身内部空间利用效率高等特点,从传动效率来看,轮毂电机驱动优于轮边电机驱动。
    表1:传统汽车、集中式驱动纯电动车和轮毂电机驱动纯电动车驱动系统性能对比情况


    轮毂电机的基本结构主要包括独立的固定转子、包含电控组件的轴承、逆变器和定子以及密封圈、制动碟、制动卡钳等,有些轮毂还会集成复杂的悬挂减震系统。轮毂电机根据有无减速机构可分为减速驱动和直接驱动两类,减速驱动轮毂电机一般采用高速内转子电机,配备固定传动比的减速器,能够获得较高的功率密度,电机的转速可高达10000r/min。直接驱动轮毂电机一般采用低速外转子电机,外转子直接与轮毂机械连接,电机的最高转速在1000-1500r/min,无减速结构。
    表2:轮毂电机的驱动方式可分为减速驱动和直接驱动

    按电机类型划分,轮毂电机可以分为直流电机、感应电机、永磁电机、开关磁阻电机等。永磁电机是当今电动汽车领域应用最为广泛的一类电机,具有效率高、体积小、功率密度大、维护简单等优点;开关磁阻电机具有成本低廉、坚固耐用、调速方便的优势,有别于其他电机的特性使其在电动领域得到一定的应用。
    轮毂电机的诞生可以追溯到电动汽车诞生初期,而轮毂电机在电动汽车上获得广泛应用,主要集中体现在近几年的概念车上。
    日本对轮毂电机的研究较早,1991年日本应庆大学联合东京电力公司开发了IZA电动车,运用直接驱动方式,将电机外转子与轮毂连接,续航里程可以达到270km。随后分别在1996年、2001年,日本应庆大学开发了ECO系列、KAZ系列电动车型,均采用轮毂电机驱动。2011年日本SIM-Drive公司设计的Eliica电动汽车应用八个小型轮毂电机,采用板状的中空铝制车架容纳电池,大大节省车内空间。
    在主机厂方面,通用、福特、奔驰已在旗下部分电动车型中运用轮毂电机技术。2003年通用汽车将自行研制的轮毂电机应用到雪佛兰S-10皮卡车中,车轮重量仅增加15Kg,但产生的驱动扭矩比普通雪佛兰S-10四缸皮卡车高60%。
    我国轮毂电机技术起步较晚,随着国家大力推进新能源汽车产业及相关技术,近年来以轮毂电机系统为代表的分布式驱动产品发展热度迅速增加,多家汽车企业与国外厂商通过合资合作,以期快速推动分布式驱动产业发展。近年来,浙江亚太机电与斯洛文尼亚Elaphe Propulsion 公司、浙江万安科技与Protean Electric 公司先后成立合资公司生产乘用车轮毂电机和电动轮总成。
    商用车方面,湖北泰特机电全资收购荷兰e-Traction公司,生产客车用轮毂电机。湖北泰特机电是天津天海同步集团在湖北荆门投资建设轮毂电机项目所设立的子公司,于2016年7月落户,项目总投资6亿元。根据规划,荷兰公司作为泰特机电的全球研发中心,负责基础业务研发工作,上海安亭应用研发中心负责本土化的应用研发和市场营销推广,湖北荆门工厂负责生产e-Traction公司研制的电传动系统及其他相关设备,预计年产能2万台。
 

 

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