NEDC工况下电动汽车双电机驱动系统能耗分析

2023年11月24日发(作者：雪佛兰景程2012款二手车价格)

NEDC工况下电动汽车双电机驱动系统能耗分析

姚学松;沙文瀚;杭孟荀;夏荣鑫

【摘 要】电动汽车驱动电机的高效率区主要集中在高转速、大扭矩区域,但整车

NEDC(New Europe Driving cycle)工况下电机主要运行在效率偏低的小扭矩区域.

为了优化NEDC工况下电机的效率,提升电动汽车的续驶里程,提出一种双电机耦合

方案,基于NEDC工况下对应的电机转速、转矩需求,匹配适合的电机性能参数,利

用Matlab软件对双电机驱动系统进行能耗分析.结果表明,NEDC工况下双电机驱

动系统百公里能耗降低6％左右.

【期刊名称】《宁夏工程技术》

【年(卷),期】2018(017)003

【总页数】4页(P235-238)

【关键词】电动汽车;双电机;NEDC工况;能耗

【作 者】姚学松;沙文瀚;杭孟荀;夏荣鑫

【作者单位】奇瑞新能源汽车技术有限公司,安徽芜湖241002;奇瑞新能源汽车技

术有限公司,安徽芜湖241002;奇瑞新能源汽车技术有限公司,安徽芜湖241002;奇

瑞新能源汽车技术有限公司,安徽芜湖241002

【正文语种】中 文

【中图分类】U469.72

近年来，环境和能源问题引起人们的高度重视，而汽车以消耗不可再生的石油燃料

为动力，消耗了世界上宝贵的矿物资源，同时加剧了环境问题[1]。纯电动汽车所

具有的零排放、低能耗、低噪音等特点是最有潜力的新能源汽车。同时，全球各国

相继出台了传统燃油汽车的退市时间表，加速了纯电动汽车的发展，使纯电动汽车

成为各国研发的热点。

为了保证整车具有较好的动力性，目前国内外大部分的纯电动汽车采用一个大功率

的永磁同步电机作为驱动系统，见表1。根据永磁同步电机的特性，其高效率区主

要集中在高转速、大扭矩区域，低速轻载、低速重载、高速轻载等工况下效率均偏

低。而整车在欧洲循环工况 （New Europe Driving Cycle，简称“NEDC”）下

对动力系统的需求主要表现为轻载状态，这使得驱动电机频繁的工作在低效区，导

致整车的能耗增加，续驶里程变短。为了提高纯电动汽车的续驶里程，重庆大学的

孙冬野教授等对NEDC工况下双驱电动汽车参数匹配设计进行研究，结果表明，

双驱系统在满足汽车动力性的前提下，可以降低对驱动电机的性能要求[2]。吉林

大学的王军年教授等对双电机构型纯电动汽车节能潜力进行分析，结果表明，双电

机构型节能潜力达到10%左右[3]。本文重点对NEDC工况下电动汽车驱动系统的

能耗进行分析。

表1 国内外电动汽车电机参数汽车型号 电机类型 峰值功率/kW丰田Prius 永磁同

步电机 60宝马i3 永磁同步电机 125特斯拉Model S 交流感应电机 285比亚迪

秦 永磁同步电机 110吉利帝豪EV300 永磁同步电机 95奇瑞艾瑞泽5e 永磁同步

电机 90

本文基于已有的某款单电机驱动的纯电动汽车，根据NEDC标准循环工况的需求，

获取对应的电机转速、转矩、功率等参数，分析NEDC工况下采用一款小功率电

机替代的可行性，使电机尽可能地工作在高效率区，降低能源消耗，提升纯电动汽

车的续驶里程；而起步、加速、爬坡等其他需要大功率输出的工况下采用双电机耦

合驱动，以满足动力性等要求[4]。

1 单电机驱动NEDC工况下能耗分析

1.1 单电机驱动系统及电机参数介绍

单电机驱动系统（图1），采用一款峰值90 kW的永磁同步电机作为驱动电机，

匹配一档减速器，减速器减速比为9.114，驱动电机参数见表2，电机效率MAP

见图2，电机全转速段平均效率为85.5%。

1.2 NEDC工况下电机运行状态分析

图1 单电机驱动系统

表2 原驱动电机参数峰值功率/kW 峰值扭矩/N·m 最高转速/（r·min-1）原电机

90 280 12 000

图2 原驱动电机效率MAP

标准NEDC循环工况由4个市区循环和1个市郊循环组成，理论试验距离为

11.022 km，时间为19′40″。

根据NEDC工况的需求，得到对应的电机转速、扭矩、功率参数，见图3。NEDC

工况下使用到的电机最高转速为7 906 r/min、最大扭矩为93 N·m、最大功率为

41.5 kW。NEDC工况下电机包含84%的电动工况及16%的发电工况，电机主要

运行在80 N·m以下的区域。其中，20 N·m以下区域占比高达63%，扭矩分布占

比见图4。

图3 NEDC工况下对应电机参数

图4 NEDC工况下扭矩分布占比

1.3 NEDC工况下能耗分析

由表3可知，由于NEDC工况下电机主要运行在轻载小扭矩的低效率区，导致

NEDC工况下电机的平均工作效率仅有83.7%，低于电机全转速段平均效率约2%，

整个NEDC工况下电机效率高于90%的区域占比仅为8%，电机的高效率区未得

到充分利用。

表3 电机本体效率与NEDC工况下效率对比 %最高效率 平均效率 高效率区占比

（≥90%）电机 93.5 85.5 44.8 NEDC 92.9 83.7 8.1差异 -0.6 -1.8 -36.7

根据NEDC循环工况及电机的效率MAP曲线，在不考虑电池、空调等其他损耗

的前提下，利用Matlab软件计算出该款车型的百公里电耗为13.79 kW·h，见图

5。其中，电动工况百公里电耗为16.38 kW·h，发电工况百公里发电为2.59

kW·h。

图5 NEDC工况下电机功率在效率MAP上的分布注：百公里能耗13.79 kW·h。

2 双电机驱动NEDC工况下能耗分析

2.1 双电机驱动系统介绍及电机参数选型

双电机驱动系统见图6，采用前、后双电机分别匹配一档减速器进行驱动，减速器

减速比为原车的9.114。起步、加速、爬坡等对动力性要求较高的工况采用双电机

耦合驱动，NEDC等对动力性要求较低的常用工况采用前置单电机驱动。

图6 双电机驱动系统

根据以上分析结果，该款车型NEDC工况下需求的电机最高转速为7 906 r/min、

最大扭矩为93 N·m、最大功率为41.5 kW。为降低研发成本，本文选取一款参数

相近并已经量产的小功率永磁同步电机作为前驱动电机，具体参数见表4，小电机

效率MAP见图7，其全转速段平均效率为87.8%。

表4 双电机驱动系统前驱动小电机参数峰值功率/kW 峰值扭矩/N·m 最高转速/

（r·min-1）NEDC工况需求 41.5 93 7 906前驱小电机 42.0 150 8 200

图7 小功率前驱动电机效率MAP

本文重点探讨NEDC工况下的能耗情况，故作为弥补动力性需求的后驱动电机的

参数选型及双电机耦合控制策略、能耗等相关问题此处暂不作介绍。

2.2 NEDC工况下能耗分析

根据NEDC循环工况及小电机的效率MAP曲线，利用Matlab软件计算出NEDC

工况下前驱动电机的平均工作效率为89.2%，整个NEDC工况下电机效率高于90%

的区域占比由8%提升到42%，电机的高效率区得到充分利用。

采用小功率前驱动电机，NEDC工况下该款车型的百公里电耗降低为12.96 kW·h。

其中，电动工况百公里电耗为15.69 kW·h，发电工况百公里发电为2.73 kW·h。

电机效率对比及能耗见表5及图8。

表5 电机本体效率与NEDC工况下效率对比%最高效率/% 平均效率/% 高效率区

占比（≥90%）/%电机 93.9 87.8 54.7 NEDC 93.7 89.2 42.0差异 -0.2 1.4 12.7

图8 NEDC工况下电机功率在效率MAP上的分布注：百公里能耗12.96 kW·h。

3 结果分析

在整车其他参数不变的情况下，该款单电机驱动的电动汽车经过分析，发现其在

NEDC工况下对电机的功率需求较小，对电机的高效率区利用率较低。通过本文

提出的双电机驱动方案，其NEDC工况下对电机的高效率区利用率大幅提升 （表

6），整车的百公里电耗降低0.83 kW·h。该款车型单电机驱动的续驶里程为350

km，可节省电量2.9 kW·h。目前的电池售价约为1 500元/（kW·h），按此计算

电池成本可降低4 350元。在电池电量不变的前提下，整车NEDC工况续驶里程

可提升约22 km，达到了节能降耗、提升纯电动汽车续驶里程的目的。

表6 NEDC工况下能耗对比平均效率/% 高效区占比/% 百公里电耗/（kW·h）单

电机 83.7 8.1 13.79双电机 89.2 42.0 12.96差异 ↑5.5 ↑33.9 ↓0.83

4 小结

本文提出了一种双电机驱动系统，旨在降低NEDC工况下的整车能耗，通过分析

完成了NEDC工况下对电机的能力需求及参数匹配工作，挖掘了NEDC工况下该

方案的节能潜力。结果显示，双电机驱动系统相对于传统的单电机驱动系统在

NEDC工况下能耗降低约6%。

【相关文献】

[1] 吴会敏.我国新能源汽车的现状及前景分析[D].长春：吉林大学，2014.

[2] 孙冬野，陈宗波.NEDC工况下双驱电动汽车传动系统参数匹配设计[J].内燃机，2013（4）：

22-25，39.

[3] 王军年，刘德春，张运昌，等.新型双电机构型纯电动汽车节能潜力分析[J].吉林大学学报：工学

版，2016，46（1）：28-34.

[4] 王硕，郭兴众，高文根，等.纯电动汽车双电机耦合驱动系统的模式切换研究[J].安徽工程大学学

报，2016，31（2）：87-91.