電動汽車電動機驅(qū)動技術(shù)及其發(fā)展課件

1、電動汽車電動機驅(qū)動技術(shù)及其發(fā)展 電動汽車概論課程報告摘要通過查找大量與電動汽車車用電機及其驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)容相關(guān)的文獻后，本文主要從電動汽車車用電機及其驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)，中國車用電機及其驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，國外車用電機及其驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，電動汽車電動機驅(qū)動技術(shù)國際發(fā)展趨勢，電動汽車行業(yè)前景來這幾個方面來分析研究電動汽車電動機驅(qū)動技術(shù)及其發(fā)展?fàn)顩r。通過了解以下內(nèi)容目的是發(fā)現(xiàn)我國電動汽車車用電機存在的問題，提升我國電動汽車的車用電機及其驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)，從而更好的與世界接軌。關(guān)鍵詞：混合電動汽車，電動機，驅(qū)動技術(shù)目錄第一章 緒論 11.1電動汽車述1 1.1.1電動汽車的分類及特點1 1.1.2電動汽車

2、的國內(nèi)外發(fā)展情況21.2本文研究的目的意義及主要內(nèi)容31.2.1本文研究的目的和意義3 1.2.2本文研究的內(nèi)容4第二章 電動汽車驅(qū)動技術(shù) 5 2.1車用永磁電動機控制技術(shù)5 2.2驅(qū)動電機及其控制器5 2.2.1驅(qū)動電機類型及其發(fā)展5 2.2.2驅(qū)動電機特點及其分類62.2.3 我國驅(qū)動電機及其控制器主要存在的問題72.3 國外驅(qū)動電機及其控制器的發(fā)展現(xiàn)狀9 2.4 我國驅(qū)動電機及其控制器的發(fā)展現(xiàn)狀9 2.5 電動汽車驅(qū)動技術(shù)國際發(fā)展趨勢 13第三章 電動汽車行業(yè)的發(fā)展前景183.1我國電動汽車發(fā)展的政策性建議183.2我國電動汽車發(fā)展戰(zhàn)略18結(jié)論18致謝20參考文獻.21第一章 緒論目前，

3、電動汽車以其節(jié)能、低污染的特點已經(jīng)成為下一代汽車的發(fā)展方向。通過了解以下內(nèi)容有助于發(fā)現(xiàn)我國電動汽車車用電機存在的問題，提升我國電動汽車的車用電機及其驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)，從而更好的與世界接軌。11電動汽車概述電動汽車是指全部或部分由電能驅(qū)動電機作為動力系統(tǒng)的汽車，包括純電動汽車EV(Electric Vehicle)，混合動力電動汽車HEV(Hybrid ElectricVehicle)和燃料電池汽車FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)三種類型 。電動汽車的出現(xiàn)得益于19世紀(jì)末電池技術(shù)和電機技術(shù)的發(fā)展較內(nèi)燃機成熟，而且石油的運用還沒有普及，1873年英國人Robert D

4、avidson制造的一輛三輪車，它由一塊鐵鋅電池向電機提供電力，這被認(rèn)為是電動汽車的誕生，比我們現(xiàn)在常見的內(nèi)燃機驅(qū)動的汽車早出現(xiàn)了13年。到了1881年，法國人GustavTrouve使用鉛酸電池制造了第一輛能反復(fù)充電的電動汽車。此后三四十年間，電動汽車在當(dāng)時的汽車發(fā)展中占據(jù)著重要位置。進入20世紀(jì)以后，由于大量發(fā)現(xiàn)石油，石油開采提煉和內(nèi)燃機技術(shù)的迅速進步，電動汽車則由于電池進步緩慢，在性能、價格等方面都難以與燃油汽車競爭而逐步被燃油汽車所取代。20世紀(jì)60年代以后，由于汽車數(shù)量的驟增和同益嚴(yán)重的環(huán)境問題，給人類的健康和生存帶來了嚴(yán)重威脅，再加上70年代后的石油危機，各國都努力尋找石油的替代能

5、源，電動汽車的發(fā)展又成為了人們關(guān)注的熱點，取得了突飛猛進的發(fā)展。電動汽車具有傳統(tǒng)燃油汽車無可比擬的優(yōu)點，比如：電動汽車噪聲低；污染物排放可以減少97；能源多樣化：能效高，電動汽車能量利用率為178，燃油汽車的能量利用率僅為103，可節(jié)省大約40的石油。同時電動車由于利用電力這種可再生資源作為驅(qū)動力，對于資源的節(jié)約具有重要意義，所以電動汽車將成為21世紀(jì)最有潛力的交通工具。1.1.1電動汽車的分類及特點電動汽車一般分為三類：純電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池汽車，都處于不同的發(fā)展階段。1純電動汽車純電動汽車一般的理解是從車載蓄電池獲得電力，以電機驅(qū)動的各種車輛。優(yōu)點是零排放，但價格偏高，適合

6、短距離行駛。2混合動力汽車混合動力電動汽車(HEV)是在一輛汽車上同時配備電力驅(qū)動系統(tǒng)和輔助動力單元(AuxiliaryPower Unit，簡稱APU)，其中APU是燃燒某種燃料的原動機或由原動機驅(qū)動的發(fā)電機組，目前HEV所采用的原動機一般為柴油機、汽油機或燃汽輪機?；旌蟿恿﹄妱悠噷⒃瓌訖C、電動機、能量儲存裝置(蓄電池)組合在一起，它們之間的良好匹配和優(yōu)化控制，可充分發(fā)揮內(nèi)燃機汽車和電動汽車的優(yōu)點，避免各自的不足，是當(dāng)今最具實際開發(fā)意義的低排放和低油耗汽車。較之純電動汽車，HEV具有如下的優(yōu)點：(1)由于有原動機作為輔助動力，電池的數(shù)量和質(zhì)量可減少，因此汽車自身重量可以減小。(2)汽車的續(xù)

7、駛罩程和動力性可達到內(nèi)燃機的水平。(3)借助原動機的動力，可帶動空調(diào)、真空助力、轉(zhuǎn)向助力及其它輔助電器，無需消耗電池組有限的電能，從而保證了駕車和乘坐的舒適性。(4)在內(nèi)燃機輸出功率大于行駛要求時，可以將多余的能量帶動電機發(fā)電，實現(xiàn)能量回收，節(jié)省電力。3燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車(FCEV)是利用燃料電池中氫氣與氧氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的電力作驅(qū)動力的電動汽車。燃料電池汽車只有燃料電池一個動力源，汽車的所有功率負(fù)荷都由燃料電池承擔(dān)。常用的氫氧燃料電池裝置從本質(zhì)上說是水電解的一個“逆”裝置。燃料電池是將所供燃料的化學(xué)能直接變換為電能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，是通過連續(xù)供給燃料從而能連續(xù)獲得電力的發(fā)電裝置

8、。燃料電池的原理由英國的WGrove于1839年提出，直到20世紀(jì)美國宇宙飛船使用燃料電池，該理論才達到實用水平并開始走向民用。通過燃料(氫氣、甲醇等)中的氫在電池內(nèi)部與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，生成水的同時產(chǎn)生電流。目前燃料電池汽車成本較高，暫時還未大面積推廣。1.1.2電動汽車的國內(nèi)外發(fā)展情況歐美國家面對原油價格的猛漲使新能源的開發(fā)利用同漸升溫，大力發(fā)展電動汽車尤其是純電動汽車已成為各國關(guān)注的焦點。目前，很多國家尤其是歐美、日本等國都將電動汽車的研發(fā)列入政府計劃。如美國政府與三大汽車公司(克萊斯勒、福特和通用)合作實施的新一代汽車合作計劃(PNGV)和大燃料電池汽車(FreedomCAR)協(xié)作計

9、劃，推動美國汽車技術(shù)革命、開發(fā)新一代汽車。歐盟也制定了電動汽車及其與能源相關(guān)的發(fā)展計劃：如框架(FP)系列計劃，歐盟燃料電池研究發(fā)展示范計劃，歐盟燃料電池巴士示范計劃和歐洲電動汽車城市運輸系統(tǒng)計劃等餾，3。從目前世界范圍內(nèi)的整個形勢來看，日本是電動汽車技術(shù)發(fā)展速度最快的少數(shù)幾個國家之一，特別是在混合動力汽車的產(chǎn)品發(fā)展方面，同本居世界領(lǐng)先地位。日本的豐田和本田兩家汽車公司已批量生產(chǎn)銷售混合動力汽車。1997年12月，豐田汽車公司首先在同本市場上推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動力轎車PRIUS。該轎車于2000年7月開始出口北美，同年9月開始出口歐洲，現(xiàn)在已經(jīng)在全世界20多個國家上市銷售，截止到

10、2007年11月，在全世界的銷量已經(jīng)突破了125萬輛，據(jù)估計由此產(chǎn)生的抑制二氧化碳排放效果將達到500萬噸。本田汽車公司開發(fā)的混合動力汽車也投放市場，供不應(yīng)求。日產(chǎn)汽車公司也已經(jīng)于2006年向美國市場銷售混合動力汽車。日本還設(shè)定了在2010年之前在國內(nèi)普及5萬輛燃料電池汽車的目標(biāo)。法國是最積極研制和推廣電動汽車的國家之一。法國政府、法國電力公司、標(biāo)致一雪鐵龍汽車公司和雷諾汽車公司共同承擔(dān)開發(fā)和推廣電動汽車的協(xié)議，共同合資組建了電動汽車的電池公司。德國政府投入大量資金用于電動汽車研發(fā)，指定奔馳汽車公司和大眾汽車公司合資成立科技開發(fā)機構(gòu)。瑞典的VOLVO公司，意大利的菲亞特公司等不惜投入巨額資金，

11、研發(fā)新一代電動汽車。丹麥、奧地利、捷克、匈牙利等也都在開展電動汽車的研發(fā)工作。日前，德國蓋爾森基興應(yīng)用技術(shù)大學(xué)汽車研究中心預(yù)計，今年歐盟國家將賣出8萬輛混合動力汽車和純電動汽車，到2025年將增加到1620萬輛。并斷言，由于電池技術(shù)不斷改進，成本不斷降低，從2010年起，電動汽車將同漸普及。我國在“八五”、“九五”、“十五三個五年計劃期間，在電動汽車的研究開發(fā)上投入了大量的人力、物力和財力，并取得了一系列科研成果?？傮w來說，中國電動汽車的研發(fā)與國外基本處于同一起跑線上，技術(shù)水平與產(chǎn)業(yè)化雖然有一定的差距，但是相差不大。目前，我國電動汽車已經(jīng)進入市場化的關(guān)鍵時期。在混合電動汽車領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的技

12、術(shù)準(zhǔn)備工作已經(jīng)初步完成。東風(fēng)電動汽車公司研制的混合動力公交客車已在武漢投入運行，一汽集團研發(fā)的混合動力客車也已下線，東風(fēng)、長安、奇瑞和一汽的混合動力轎車從2006年起陸續(xù)投放市場。在純電動汽車領(lǐng)域，部分制造商已經(jīng)實現(xiàn)了小批量生產(chǎn)，開發(fā)的產(chǎn)品通過了國家汽車認(rèn)證。2005年4月，由天津自主開發(fā)生產(chǎn)的6輛“幸福使者”純電動汽車出口美國，邁出了我國電動汽車產(chǎn)業(yè)化的重要一步。同時，國家電網(wǎng)參與電動汽車的推廣，國家電網(wǎng)公司已按照其所制定的“十一五期間詳細(xì)的車輛替換和運行規(guī)劃以及電動電力工程車輛替換的優(yōu)化設(shè)計方案，在北京、上海、天津、山東、浙江、湖北、湖南等省市試點區(qū)域開始付諸實施。在燃料電池電動汽車領(lǐng)域，

13、我國已經(jīng)建立了燃料電池電動汽車產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)平臺和演示驗證試驗平臺。清華大學(xué)、同濟大學(xué)已分別開發(fā)出與國際水平相接近的燃料電池電動客車和轎車，整車操控性能、行駛性能、安全性能、燃料利用率等均達到國際先進水平。北京國際馬拉松賽期間，由清華大學(xué)研制的燃料電池城市客車承擔(dān)比賽期間的服務(wù)工作。1.2本文研究的目的意義及主要內(nèi)容1.2.1本文研究的目的和意義出于對能源和環(huán)境的考慮，電動汽車技術(shù)在各國政府以及各大汽車公司的推動下得到了迅速發(fā)展。混合動力汽車結(jié)合了傳統(tǒng)汽油汽車和電動汽車的優(yōu)點，憑借其優(yōu)良的性能，已進入應(yīng)用階段。而作為電動汽車動力源的電池，其性能好壞直接影響電動汽車的性能和壽命。世界各大汽車公司紛

14、紛投巨資并采取結(jié)盟的方式研究各種類型的電池，投入很大的力量致力于研究和發(fā)展先進的電動車能源系統(tǒng)，建立了專門從事電池開發(fā)及其性能研究的實驗室。動力電池作為電動汽車的能量來源，其性能是否能夠滿足電動汽車的動力需要，關(guān)系到電動汽車的駕駛性能和電動車事業(yè)的推廣。對電池安全性和可靠性的測試對車輛的安全運行也至關(guān)重要?；谝陨峡紤]，本文設(shè)計了相應(yīng)的電池性能測試方案，所研究的電池性能測試系統(tǒng)可以測試動力電池在不同充放電率和不同溫度下的運行狀況，實現(xiàn)各種動力電池性能測試實驗，收集相關(guān)電池信息，為電池性能評估提供相應(yīng)的依據(jù)，估算SOC，防止由于過充電或過放電對電池的損傷，提高電池使用壽命，而且可以對故障電池做出

15、早期預(yù)測，防止因單體電池?fù)p壞而未能及時發(fā)現(xiàn)造成的整組電池壽命降低。1.2.2本文研究的內(nèi)容本文主要從電動汽車車用電機及其驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)，中國車用電機及其驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，國外車用電機及其驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，電動汽車電動機驅(qū)動技術(shù)國際發(fā)展趨勢，電動汽車行業(yè)前景來這幾個方面來分析研究電動汽車電動機驅(qū)動技術(shù)及其發(fā)展?fàn)顩r。第二章 電動汽車驅(qū)動技術(shù)2.1車用永磁電動機控制技術(shù)擁有TMS320L F2407和TMS320L F2812兩個控制硬件平臺。軟件平臺采用數(shù)字化矢量制技術(shù)，具有如下特點：具有多種控制模式，轉(zhuǎn)矩控制、轉(zhuǎn)速控制和功率控制；轉(zhuǎn)速控制精度恒轉(zhuǎn)速20 r/min，恒力矩控制精度5%T n(

16、T n是產(chǎn)品額定力矩)；轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度0.3 ms。具有上電自檢功能，能夠進行弱電系統(tǒng)和IGBT強電系統(tǒng)的檢測，并記錄故障信息。具有參數(shù)在線整定功能，可以通過上位機編程控制修改DSP中的控制參數(shù)，如采樣周期、P I參數(shù)等。具有軟件保護功能、超速保護、過溫保護、堵轉(zhuǎn)保護和過載保護等，能夠根據(jù)采樣智能判斷工作狀態(tài)，分辯干擾信號與真實保護信號。能夠自動判斷采樣的精度，根據(jù)誤差動態(tài)的進行誤差修正。具有故障診斷功能，并通過總線反饋到上位機。在高速弱磁控制方面，可以達到1:10的恒功率區(qū)，適合于寬調(diào)速范圍的調(diào)速系統(tǒng)。具體性能如下。適用于多種場合的異步、永磁電動機，實現(xiàn)寬恒功率區(qū)的調(diào)速，實現(xiàn)精確的功率控制，恒

17、功率5%Pn(Pn是產(chǎn)品額定功率)。動態(tài)性能好，調(diào)節(jié)速度快，能夠在0.5 ms內(nèi)達到穩(wěn)定?？煞€(wěn)定控制最高頻率達1500 Hz。高速位置角動態(tài)修正，角度誤差5 deg?；陔p機械端口電機的電力無級調(diào)速系統(tǒng)利用雙機械端口電機的兩個機械自由度和兩個電端口的控制，實現(xiàn)無級調(diào)速，實現(xiàn)內(nèi)燃機工況的最優(yōu)化，是具有原始創(chuàng)新的技術(shù)，打破國外技術(shù)壟斷。初步解決了電動機設(shè)計與控制，內(nèi)轉(zhuǎn)子冷卻，內(nèi)外電動機解耦等核心問題。EVT混合動力汽車動力性能測試結(jié)果如表1所示。 表12.2驅(qū)動電機及其控制器2.2.1驅(qū)動電機類型及其發(fā)展驅(qū)動電機是電動汽車的關(guān)鍵部件，直接影響整車的動力性及經(jīng)濟性。驅(qū)動電機主要包括直流電機和交流電機

18、。目前電動汽車廣泛使用交流電機，主要包括：異步電機、開關(guān)磁阻電機和永磁電機（包括無刷直流電機和永磁同步電機）。車用電機的發(fā)展趨勢如下：(1)電機本體永磁化：永磁電機具有高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性等優(yōu)點。我國具有世界最為豐富的稀土資源，因此高性能永磁電機是我國車用驅(qū)動電機的重要發(fā)展方向。(2)電機控制數(shù)字化：專用芯片及數(shù)字信號處理器的出現(xiàn)，促進了電機控制器的數(shù)字化，提高了電機系統(tǒng)的控制精度，有效減小了系統(tǒng)體積。(3)電機系統(tǒng)集成化：通過機電集成（電機與發(fā)動機集成或電機與變速箱集成）和控制器集成，有利于減小驅(qū)動系統(tǒng)的重量和體積，可有效降低系統(tǒng)制造成本。驅(qū)動電機國外發(fā)展情況：近年來美、

19、歐開發(fā)的電動客車多采用交流異步電機，國外典型產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)請見表2。為了降低車重，電機殼體大多采用鑄鋁材料，電機恒功率范圍較寬，最高轉(zhuǎn)速可達基速的22.5倍。日本近年來問世的電動汽車大多采用永磁同步電機。產(chǎn)品功率等級覆蓋3123kW，電機恒功率范圍很寬，最高轉(zhuǎn)速可達基速的5倍。日本近幾年開發(fā)的電動汽車驅(qū)動電機概況。2.2.2驅(qū)動電機特點及其分類 電動汽車對驅(qū)動電機系統(tǒng)的要求至少包括： （1）基速以下輸出大轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)車輛的啟動、加速、負(fù)荷爬坡、頻繁起停 等復(fù)雜工況； （2）基速以上為恒功率運行，以適應(yīng)最高車速、超車等要求； （3）全轉(zhuǎn)速運行范圍內(nèi)的效率最優(yōu)化，以提高車輛的續(xù)駛里程； （4）結(jié)構(gòu)堅

20、固、體積小、重量輕、良好的環(huán)境適應(yīng)性和高可靠性； （5）低成本及大批量生產(chǎn)能力。 電動汽車最早采用了直流電機系統(tǒng),特點是成本低、控制簡單,但重量大,需要定期維護。隨電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機控制技術(shù)的發(fā)展,包括異步電機及永磁電機在內(nèi)的交流電機系統(tǒng)體現(xiàn)出比直流電機系統(tǒng)更加優(yōu)越的性能,目前已逐步取代了直流電機控制系統(tǒng)。特別是借助于設(shè)計方法、開發(fā)工具及永磁材料的不斷進步,用于驅(qū)動的永磁同步電動機得到了飛速發(fā)展。電動汽車中常用的交流電機主要有異步、永磁、開關(guān)磁阻三大類型，其特點如表2所示。 表2其中,異步電機主要應(yīng)用在純電動汽車(包括轎車及客車),永磁同步電機主要應(yīng)用在混合動力汽車(包括轎車及

21、客車)中,開關(guān)磁阻電機目前主要應(yīng)用在客車中。特別是,由于具有高效、高功率密度的特點,目前在混合動力轎車中采用的基本都是永磁同步電動機。日本豐田公司的prius采用的永磁同步電動機功率已達到了50kw,新配置的suv車型所用電機功率甚至達到了123kw。與普通工業(yè)用驅(qū)動電機系統(tǒng)及通用變頻器不同，電動汽車用驅(qū)動電機系統(tǒng)的特點是高性能、高功率密度、高可靠性，低成本、低污染和良好的環(huán)境適應(yīng)性。2.2.3 我國驅(qū)動電機及其控制器主要存在的問題 (1)交流異步電機驅(qū)動系統(tǒng)我國已建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)異步電機驅(qū)動系統(tǒng)的開發(fā)平臺，形成了小批量生產(chǎn)的開發(fā)、制造、試驗及服務(wù)體系；產(chǎn)品性能基本滿足整車需求，大功率異

22、步電機系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各類電動客車；通過示范運行和小規(guī)模市場化應(yīng)用，產(chǎn)品可靠性得到了初步驗證。(2)開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)已形成優(yōu)化設(shè)計和自主研發(fā)能力，通過合理設(shè)計電機結(jié)構(gòu)、改進控制技術(shù)，產(chǎn)品性能基本滿足整車需求；部分公司已具備年產(chǎn)2000套的生產(chǎn)能力，能滿足小批量配套需求，目前部分產(chǎn)品已配套整車示范運行，效果良好。(3)無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)國內(nèi)企業(yè)通過合理設(shè)計及改進控制技術(shù)，有效提高了無刷直流電機產(chǎn)品性能，基本滿足電動汽車需求；已初步具有機電一體化設(shè)計能力。(4)永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)已形成了一定的研發(fā)和生產(chǎn)能力，開發(fā)了不同系列產(chǎn)品，可應(yīng)用于各類電動汽車；產(chǎn)品部分技術(shù)指標(biāo)接近國際先進水平，但總體

23、水平與國外仍有一定差距；基本具備永磁同步電機集成化設(shè)計能力；多數(shù)公司仍處于小規(guī)模試制生產(chǎn)，少數(shù)公司已投資建立車用驅(qū)動電機系統(tǒng)專用生產(chǎn)線。(5)永磁電機材料永磁電機的主要材料有釹鐵硼磁鋼、硅鋼等。部分公司掌握了電機轉(zhuǎn)子磁體先裝配后充磁的整體充磁技術(shù)。國內(nèi)研制的釹鐵硼永磁體最高工作溫度可達280，但技術(shù)水平仍與德國和日本有較大差距。硅鋼是制造電機鐵芯的重要磁性材料，其成本占電機本體的20%左右，其厚度對鐵耗有較大影響，日本已生產(chǎn)出0.27mm硅鋼片用于車用電機，我國僅開發(fā)出0.35mm硅鋼片。 (6)電機控制器關(guān)鍵部件電機控制器用位置轉(zhuǎn)速傳感器多為旋轉(zhuǎn)變壓器，目前基本采用進口產(chǎn)品，我國部分公司已具

24、備旋轉(zhuǎn)變壓器的研發(fā)生產(chǎn)能力，但產(chǎn)品精度、可靠性與國外仍有差距。IGBT基本依賴進口，價格昂貴，國產(chǎn)車用IGBT尚處于研究階段。我國驅(qū)動電機及其控制器存在的主要問題(1)電機原材料、控制器核心部件研發(fā)能力較弱，依賴進口，如硅鋼片、電機高速軸承、位置轉(zhuǎn)速傳感器、IGBT模塊等。進口產(chǎn)品成本高，影響電機系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化。(2)我國車用電機的機電集成水平與國外差距較大?？刂破骷啥容^低，體積、重量相對偏大。(3)我國車用電機系統(tǒng)尚處于起步階段，制造工藝水平落后，缺乏自動化生產(chǎn)線，造成產(chǎn)品可靠性、一致性差。產(chǎn)業(yè)化規(guī)模較小，成本較高。(4)現(xiàn)階段國家出臺的電動汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)較少，且不完善。如：不同類型電機

25、系統(tǒng)采用同一檢測標(biāo)準(zhǔn)，缺乏可靠性、耐久性評價方法等。我國驅(qū)動電機及其控制器存在的主要問題基本上分為三類，第一類是完全由蓄電池推進的純電動汽車；第二類是混合動力電動汽車，它的動力來自兩個途徑，一個途徑是由發(fā)動機提供的，另外一個途徑是由電動機提供的；第三類是燃料電池電動汽車，它在驅(qū)動方面是電能驅(qū)動，但是能量的載體是燃料電池H2。典型的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)，由電池供電給逆變器，通常會有一個變速箱來帶動整個車輛。這個控制系統(tǒng)帶有傳感器，控制器現(xiàn)在都發(fā)展成數(shù)字化，電動機的變化不是很多。整車控制器的開發(fā)包括軟、硬件設(shè)計。核心軟件一般由整車廠研發(fā)，硬件和底層驅(qū)動軟件可選擇由汽車零部件廠商提供。(1)國外整車控制

26、器技術(shù)趨于成熟國外大部分汽車企業(yè)在電動汽車領(lǐng)域積累充足，控制策略成熟度高，整車節(jié)油效果良好，控制器產(chǎn)品通過市場檢驗證實了其可靠性。(2)汽車電子零部件企業(yè)積極開展整車控制器研發(fā)和生產(chǎn)制造。各汽車電子零部件巨頭，如德爾福、大陸、博世集團都紛紛進行整車控制器研發(fā)和生產(chǎn)。部分汽車設(shè)計公司也為整車廠提供整車控制器技術(shù)方案，如AVL、FEV、RICARDO等，在電動汽車整車控制器領(lǐng)域也有不少成功的案例。(3)控制器日趨標(biāo)準(zhǔn)化控制器的標(biāo)準(zhǔn)化已引起相關(guān)企業(yè)的關(guān)注。由全球汽車制造商、部件供應(yīng)商及電子、半導(dǎo)體和軟件系統(tǒng)公司，聯(lián)合建立了汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)聯(lián)盟，形成了AUTOSAR（汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)）標(biāo)準(zhǔn)，簡化了開發(fā)

27、流程并使ECU軟件具有復(fù)用性，是控制器開發(fā)的一個趨勢。我國整車控制器存在的主要問題(1)應(yīng)用軟件方面多數(shù)停留在功能實現(xiàn)，軟件診斷功能、整車安全控制策略、監(jiān)控功能均有待優(yōu)化和提高。(2)我國電動汽車處于樣車研發(fā)和示范運行階段，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫不完善，影響整車控制器設(shè)計水平。(3)部分企業(yè)能根據(jù)V型開發(fā)流程（一種軟件和產(chǎn)品開發(fā)工具）引進相關(guān)的設(shè)備和軟件，普遍使用通用開發(fā)工具進行二次開發(fā)；現(xiàn)有工具偏重于前期開發(fā)，缺少用于生產(chǎn)制造和售后服務(wù)的工具，不利于產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。(4)國內(nèi)企業(yè)能夠完成整車控制器硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計，但由于我國芯片集成力量比較薄弱，制造能力較差，可靠性和穩(wěn)定性仍有很大的提升空間。(5)目前各

28、整車企業(yè)控制器接口和網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議定義互不相同，造成控制器之間的通用性和復(fù)用性差，不利于控制器的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；?。2.3 國外驅(qū)動電機及其控制器的發(fā)展現(xiàn)狀 2.4 我國驅(qū)動電機及其控制器的發(fā)展現(xiàn)狀(1)交流異步電機驅(qū)動系統(tǒng)我國已建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)異步電機驅(qū)動系統(tǒng)的開發(fā)平臺，形成了小批量生產(chǎn)的開發(fā)、制造、試驗及服務(wù)體系；產(chǎn)品性能基本滿足整車需求，大功率異步電機系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各類電動客車；通過示范運行和小規(guī)模市場化應(yīng)用，產(chǎn)品可靠性得到了初步驗證。(2)開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)已形成優(yōu)化設(shè)計和自主研發(fā)能力，通過合理設(shè)計電機結(jié)構(gòu)、改進控制技術(shù)，產(chǎn)品性能基本滿足整車需求；部分公司已具備年產(chǎn)2000套的生產(chǎn)

29、能力，能滿足小批量配套需求，目前部分產(chǎn)品已配套整車示范運行，效果良好。(3)無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)國內(nèi)企業(yè)通過合理設(shè)計及改進控制技術(shù)，有效提高了無刷直流電機產(chǎn)品性能，基本滿足電動汽車需求；已初步具有機電一體化設(shè)計能力。(4)永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)已形成了一定的研發(fā)和生產(chǎn)能力，開發(fā)了不同系列產(chǎn)品，可應(yīng)用于各類電動汽車；產(chǎn)品部分技術(shù)指標(biāo)接近國際先進水平，但總體水平與國外仍有一定差距；基本具備永磁同步電機集成化設(shè)計能力；多數(shù)公司仍處于小規(guī)模試制生產(chǎn)，少數(shù)公司已投資建立車用驅(qū)動電機系統(tǒng)專用生產(chǎn)線。(5)永磁電機材料永磁電機的主要材料有釹鐵硼磁鋼、硅鋼等。部分公司掌握了電機轉(zhuǎn)子磁體先裝配后充磁的整體充磁技術(shù)

30、。國內(nèi)研制的釹鐵硼永磁體最高工作溫度可達280，但技術(shù)水平仍與德國和日本有較大差距。硅鋼是制造電機鐵芯的重要磁性材料，其成本占電機本體的20%左右，其厚度對鐵耗有較大影響，日本已生產(chǎn)出0.27mm硅鋼片用于車用電機，我國僅開發(fā)出0.35mm硅鋼片?！?63”計劃中我國整車控制器主要是以高校為依托進行研究，如清華大學(xué)、同濟大學(xué)、北京理工大學(xué)等，目前已初步掌握了整車控制器的軟、硬件開發(fā)能力。產(chǎn)品功能較為完備，基本可以滿足電動汽車需求，已經(jīng)應(yīng)用到樣車及小批量產(chǎn)品上。部分整車企業(yè)與國外公司進行合作，如FEV、RICARDO。通過聯(lián)合開發(fā)，吸收國外相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗，增強自主開發(fā)能力。目前各廠家基本掌握整車

31、控制器開發(fā)技術(shù)，但技術(shù)積累有限，水平參差不齊。我國控制器硬件水平與國外存在一定差距，產(chǎn)業(yè)化能力相對不足。大部分企業(yè)推出量產(chǎn)電動汽車產(chǎn)品時更傾向于選擇國外整車控制器硬件供應(yīng)商。另外，控制器基礎(chǔ)硬件、開發(fā)工具等基本依賴進口。經(jīng)過多年探索與努力，中國電動汽車電池、電機、電控三大關(guān)鍵技術(shù)相繼取得突破。業(yè)內(nèi)專家普遍認(rèn)為，中國電動汽車技術(shù)群體性突破的時期已經(jīng)到來，電動汽車即將大規(guī)模進入市場。目前，上海、北京、武漢等地已依托國有大型汽車企業(yè)成立了電動汽車股份制公司，這些地區(qū)正在加速建設(shè)產(chǎn)業(yè)基地。科技部部長徐冠華說，未來五年將努力把電動汽車推向市場，大型科研項目均以產(chǎn)品和企業(yè)為中心，盡快實現(xiàn)電動汽車的產(chǎn)業(yè)化。

32、據(jù)中國國家電動車專家組組長黃佳騰介紹，電池、電機、電控系統(tǒng)一直是制約電動汽車大規(guī)模進入市場的關(guān)鍵因素。近年來，中國在電動汽車整車設(shè)計、驅(qū)動系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)，尤其是鋰離子電池、燃料電池等高性能動力電池的研制方面取得重大進展，在某些方面已處于世界領(lǐng)先水平。在高性能電池方面，深圳雷天綠色電動源公司開發(fā)的鋰離子電池續(xù)駛能力達到三百公里，最高時速可達一百二十公里，可充電次數(shù)一千次以上，單臺車電池成本四萬元左右；深圳中星汽車制造公司研制的超級納米碳纖素電池容量是一般鉛酸電池的十一倍，能量比功率可達每千克一千瓦時，充電僅需十分鐘就可以完成，壽命可達十年以上，價格為鋰電池的一半，體積為鋰電池的三分之一，均展

33、示出明顯的商業(yè)化前景。此外，東風(fēng)汽車公司與中科院大連化物所聯(lián)合開發(fā)的質(zhì)子交換膜燃料電池、清華大學(xué)等單位開發(fā)的新型電池材料等都取得了重大突破。在電機與電控系統(tǒng)方面，華中科技大學(xué)開發(fā)的全數(shù)字化開關(guān)磁阻電機、中船總七一二所開發(fā)的永磁無刷電機、中國科學(xué)院北京三環(huán)通用電氣公司開發(fā)出電動汽車專用的七點五千瓦輪轂電機、哈工大開發(fā)的EV九六至十六點八千瓦多態(tài)輪轂電機，都是中國電動汽車驅(qū)動電機技術(shù)的重大突破。華中科技大學(xué)李培根教授認(rèn)為，相對于西方發(fā)達國家傳統(tǒng)汽車工業(yè)的巨大慣性，中國汽車工業(yè)向電動汽車轉(zhuǎn)型的包袱要輕得多，實現(xiàn)跨越式發(fā)展的動力也強得多。他說，中國在電動汽車關(guān)鍵技術(shù)研究方面，與世界先進水平的差距只有八

34、年左右，在有些領(lǐng)域還處于世界領(lǐng)先地位，趕上甚至超過發(fā)達國家的機會和可能性很大。電動汽車在中國一直是優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。國家高科技發(fā)展計劃“八六三計劃”在啟動之初即安排了電動汽車專項，迄今已投入三億多元支持多項關(guān)鍵技術(shù)的研究。 國內(nèi)外汽車制造商將很快在中國展開激烈的電動汽車市場爭奪。目前，一些中國汽車制造商已宣布了2009至2010年的電動汽車發(fā)展計劃，定價區(qū)間在6萬、7萬元至20多萬元。除在市場上已引起廣泛關(guān)注的比亞迪E6、奇瑞S18車型之外，很多國內(nèi)制造商也已計劃在未來18個月內(nèi)發(fā)布新款電動汽車車型。 電動汽車驅(qū)動電機，要求啟動、爬坡時高轉(zhuǎn)矩，高速行駛時要求低轉(zhuǎn)矩，要求變速范圍大。直流有刷電機、

35、直流永磁無刷電機、交流異步電機、磁阻電機是目前電動汽車驅(qū)動電機的主流技術(shù)和首選機型，它們有一個不可避開的設(shè)備，電子控制設(shè)備和微機控制技術(shù)，這個構(gòu)成了電動汽車成本的主要部份之一和技術(shù)障礙，目前核心技術(shù)掌握在外國人手中。 電動汽車驅(qū)動電機不同，其成本也差異甚大，若采用直流有刷電機，車載電源可直接供給電機，使用這種電機采用晶閘管式控制器斬波方式調(diào)速。目前電動汽車用直流有刷電機已經(jīng)能滿足電動汽車使用要求，但由于產(chǎn)量有限成本很高，品種規(guī)格不多，選擇余地較小，晶閘管控制器原采用外國公司如意大利和美國產(chǎn)品，現(xiàn)在可以國產(chǎn)化，成本較高，同時關(guān)鍵元器件均采用外國公司生產(chǎn)和控制。 若用直流無刷電機，其必須與控制器一

36、體制成，成本更高。以調(diào)電源脈沖寬度來調(diào)電機轉(zhuǎn)速，優(yōu)點是體積小，重量輕。電機能國產(chǎn)化，控制器的關(guān)鍵元器件均由國外公司生產(chǎn)，成本降下來可能性不大，且目前這種電機與電動汽車一樣屬研發(fā)階段形不成批量，成本高就在情理之中。 若用交流異步電機作為電動汽車驅(qū)動電機，其優(yōu)點：體積小、重量輕，國產(chǎn)質(zhì)量不差，由于車載電源系直流電，需將電源經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電，汽車電機電壓380V左右，功率在幾十千瓦不等，其逆變器功率不小，成本也不會低到哪里去，交流電機調(diào)速由變頻方式調(diào)速，交流異步電機采用變頻變壓控制（VVVF）和磁場定向控制（FOC）也稱矩量控制或解耦控制、變極控制。變頻控制器國產(chǎn)、進口都有，但關(guān)鍵元器件均為進口

37、。這一領(lǐng)域的應(yīng)用將是未來變頻器廠商關(guān)注的重點，一旦以交流異步電機驅(qū)動的電動車成為主流，未來市場空間將非常巨大。記者13日在北京市121路電動公交車隊總站見到，一輛輛寬敞明亮的公交車安靜地?？吭谲囌纠铮绻皇擒嚿砩稀半妱悠嚒钡茸謽犹崾?，誰也不會想到這些公交車是電動車。作為“科技奧運”北京電動公交車示范運營項目，121路公交車隊已有4輛交流電機驅(qū)動電動公交車，運營里程最長的車輛已經(jīng)達到16000多公里?！跋乱浑A段，還將有10多輛電動車參加示范運行。”中國科學(xué)院電工研究所電動汽車項目負(fù)責(zé)人溫旭輝研究員說。電動汽車是汽車工業(yè)發(fā)展的重大新技術(shù)，國際上各大汽車集團都在致力于發(fā)展這項綜合技術(shù)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化

38、。和燃料電池一樣，作為電動汽車最關(guān)鍵的部件之一，我國有關(guān)部門近年來組織力量對電機驅(qū)動系統(tǒng)進行研究和攻關(guān)。作為這支攻關(guān)隊伍中的一支重要力量，中國科學(xué)院電工研究所電動汽車技術(shù)研究發(fā)展中心的研究人員在吸收國內(nèi)外已有先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國國情，建立了交流異步永磁同步電機驅(qū)動控制技術(shù)平臺。為促進我國電動汽車電機驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家還牽頭編寫了我國電動汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)的兩項國標(biāo)，為推進我國電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到重要作用。 專家指出，雖然是一個具有戰(zhàn)略意義的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，但當(dāng)前電動汽車在我國性價比還無法與傳統(tǒng)燃油汽車相比，急需政府給予稅收等政策支持。 “我們的技術(shù)目前主要應(yīng)用在大車示范運營上，而小轎車

39、的應(yīng)用更見真功夫?！睖匦褫x說，電機系統(tǒng)的研究目前正處于工程化和產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵時期，研究發(fā)展中心將進一步加快與生產(chǎn)型企業(yè)的結(jié)合，進一步深化電動汽車電氣驅(qū)動系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，加速電動汽車電機驅(qū)動產(chǎn)品的市場化。 有關(guān)專家指出，我國雖然研制出一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電機驅(qū)動系統(tǒng)，但仍然應(yīng)該在技術(shù)深度、產(chǎn)品可靠性和耐久性方面開展深度研究和開發(fā)，建議有關(guān)部門和單位加大支持力度。其中，電動汽車用驅(qū)動電機系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀為：目前國內(nèi)的車用驅(qū)動電機系統(tǒng)已達到了小批量生產(chǎn)的水平，包括上述的各種類型電機以及風(fēng)冷、水冷等冷卻形式，涵蓋5kw180kw功率范圍。部分系統(tǒng)指標(biāo)（如比功率和系統(tǒng)效率）達到了國際先進水平。系統(tǒng)中應(yīng)

40、用了矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等控制方法,采用了全控型電力電子器件等先進的數(shù)字處理器,總線通訊模式等控制技術(shù),對參數(shù)辨識,效率優(yōu)化,死區(qū)補償?shù)葘ｉT的問題開展了有針對性的研究,取得了卓有成效的成果,有一大批車輛已在城市道路上進行示范運行。 目前的電動汽車電機有以下幾種：（1）永磁無刷直流電機通過改變永磁直流電機的定子和轉(zhuǎn)子的位置，就可以得到永磁無刷直流電機。需注意到是“直流”這個術(shù)語會引起誤解，因為它并不是指直流電機，實際上它采用交流方波供電，所以也稱為永磁無刷方波電機。它最大的優(yōu)點是無刷，消除了電刷帶來的許多問題。而且方波電流方波磁場相互作用可以產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩。佛山照明沈大衛(wèi)教授給的全稱就是“永磁

41、無刷方波力矩電機”。 （2）永磁無刷同步電機用永磁材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)同步電機的勵磁繞組，就能去掉傳統(tǒng)的電刷、滑環(huán)和勵磁繞組的銅損，由于采用正弦交流電及無刷結(jié)構(gòu)，又叫永磁無刷交流電機。其優(yōu)點是高能量密度和高效率，其恒功率區(qū)域有更寬的轉(zhuǎn)速范圍，并可以以矢量控制方法來滿足電動汽車的高性能要求。如南車時代的電機。 （3）異步電機驅(qū)動系統(tǒng)異步電機其特點是結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、成本低廉、運行可靠、低轉(zhuǎn)矩脈動、低噪聲、不需要位置傳感器、轉(zhuǎn)速極限高。 異步電機矢量控制調(diào)速技術(shù)比較成熟，使得異步電機驅(qū)動系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢，因此被較早應(yīng)用于電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)，目前仍然是電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的主流產(chǎn)品（尤其在美國），但已被其它

42、新型無刷永磁牽引電機驅(qū)動系統(tǒng)逐步取代。最大缺點是最大缺點是驅(qū)動電路復(fù)雜，成本高；相對永磁電機而言，異步電機效率和功率密度偏低。 電動汽車電機最大缺點是驅(qū)動電路復(fù)雜，成本高；相對永磁電機而言，異步電機效率和功率密度偏低。目前車用驅(qū)動電機系統(tǒng)尚需提高的地方（1） 全運行范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速控制精度,效率最優(yōu)化;（2） 系統(tǒng)可靠性及耐久性尚未得到充分驗證,和汽車行業(yè)的嚴(yán)格要求還有 一定差距;（3） 動力總成裝置的集成度不高,機電一體化不夠;（4） 關(guān)鍵材料（如高性能硅鋼片，絕緣材料）和關(guān)鍵元器件（如模塊，芯片）仍依靠進口，限制了選擇余地和成本降低；（5） 尚未形成完整的、滿足汽車工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的供應(yīng)商體系。

43、雖然具備了小批量供貨的能力,但產(chǎn)品尚未通過ts16949質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。今后仍需要重點研究的內(nèi)容為：（1）系統(tǒng)的集成化；（2）高性能電機控制策略，電機效率優(yōu)化；（3）系統(tǒng)熱管理；（4）系統(tǒng)失效模式分析，系統(tǒng)可靠性、耐久性預(yù)測與快速評估方法；（5）系統(tǒng)電磁兼容，環(huán)境適應(yīng)性研究及試驗驗證，電機系統(tǒng)成本控制等。2.5 電動汽車驅(qū)動技術(shù)國際發(fā)展趨勢與工業(yè)應(yīng)用相比，汽車應(yīng)用是個不同的概念。工業(yè)應(yīng)用空間不受限制，用標(biāo)準(zhǔn)封裝模式來應(yīng)用還是可行的，但是對于汽車應(yīng)用來講，空間是有限的，每一套系統(tǒng)都根據(jù)特定車型來訂制，尤其混合動力汽車體現(xiàn)非常明顯。在可靠性方面，工業(yè)應(yīng)用可靠性很高，但是不管從哪方面講，工業(yè)應(yīng)用的

44、等級還是不如汽車應(yīng)用，因為他們的目的是不同的。在工業(yè)應(yīng)用中，主要是保證應(yīng)用效率的可靠性，但是在汽車應(yīng)用中，電動機應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性涉及到乘車者的安全，所以可靠性要求非常高。冷卻方式上工業(yè)應(yīng)用是風(fēng)冷，汽車應(yīng)用是水冷?？刂菩阅芊矫婀I(yè)應(yīng)用多為變頻調(diào)速控制，其動態(tài)性能差，而汽車應(yīng)用里，需要精確的力矩控制，動態(tài)性能好。目前車用電驅(qū)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢主要有永磁化、數(shù)字化和集成化。永磁磁阻電動機效率高，比功率較大，功率因數(shù)高。數(shù)字化是電驅(qū)驅(qū)動系統(tǒng)的核心。電動機系統(tǒng)集成有兩種方式，一種是電動機跟發(fā)動機結(jié)合，一種是電動機跟變速箱結(jié)合。還有一種趨勢是做電力電子的集成，現(xiàn)在驅(qū)動控制器產(chǎn)品中，國際最高水平是17.2 kW

45、。采用混合電力電子集成技術(shù)，核心是采用高功能集成模塊，采用新型薄膜電容一體化的技術(shù)。當(dāng)前中國新能源汽車中用驅(qū)動電動機和電控技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀可以這樣歸結(jié)：掌握了核心技術(shù)，但處于小批量生產(chǎn)。全世界真正做到大批量生產(chǎn)的只有豐田一家。從20世紀(jì)80年代開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)問世后，打破了傳統(tǒng)的電機設(shè)計理論和正弦波電壓源供電方式；并隨著磁阻電機，永磁電機、電力電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，交流電機驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計進入一個新的黃金時代；新的電機拓樸結(jié)構(gòu)與控制方式層出不究，推出了新一代機電一體化電機驅(qū)動系統(tǒng)迅猛發(fā)展。高密度、高效率、輕量化、低成本、寬調(diào)速牽引電機驅(qū)動系統(tǒng)已成為各國研究和開發(fā)的主要熱點之一。SRD開關(guān)磁

46、阻電機驅(qū)動系統(tǒng)的主要特點是電機結(jié)構(gòu)緊湊牢固，適合于高速運行，并且驅(qū)動電路簡單成本低、性能可靠，在寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)效率都比較高，而且可以方便地實現(xiàn)四象限控制。這些特點使SRD開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)很適合電動車輛的各種工況下運行，是電動車輛中極具有潛力的機種。SRD的最大特點是轉(zhuǎn)矩脈動大、噪聲大；此外，相對永磁電機而言，功率密度和效率偏低；另一個缺點是要使用位置傳感器增加了結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、降低了可靠性。因此無傳感器的SRD也是未來的發(fā)展趨勢之一。永磁式開關(guān)磁阻電機也稱為雙凸極永磁電機，永磁式開關(guān)磁阻電機可采用圓柱形徑向磁場結(jié)構(gòu)、盤式軸向磁場結(jié)構(gòu)和環(huán)形橫向磁場結(jié)構(gòu)。該電機在磁阻轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上迭加了永磁轉(zhuǎn)矩，

47、永磁轉(zhuǎn)矩的存在有助于提高電機的功率密度和減小轉(zhuǎn)矩脈動，以利于它在電動車輛驅(qū)動系統(tǒng)中應(yīng)用。轉(zhuǎn)子磁極分割型混合勵磁結(jié)構(gòu)同步電機這一概念一提出就引起國際電工界和各大汽車公司研發(fā)中心的極大關(guān)注。轉(zhuǎn)子磁極分割型混合勵磁結(jié)構(gòu)同步電機具有磁場控制能力，類似直流電機的低速助磁控制和高速弱磁控制，符合電動車輛牽引電機低速大力矩和恒功率寬調(diào)速的需求。目前該電機的研究處于探索階段，電機的機理和設(shè)計理論有待于進一步深入研究與完善，作為電動車輛牽引電機具有較強的潛在的競爭優(yōu)勢。此外，正在研發(fā)的熱點課題還有：具有磁場控制能力的永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)；車輪電機驅(qū)動系統(tǒng)；動力傳動一體化部件（電機、減速齒輪、傳動軸）；雙饋電異步

48、電機驅(qū)動系統(tǒng)和雙饋電永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)。下一代汽車電子伺服系統(tǒng)1993年美國能源部、商務(wù)部、貿(mào)易部、國防部、環(huán)保局、宇航局、國家科學(xué)基金會七個政府部門下美國三個最大的汽車制造公司，克萊斯勒、福特和通用，建立了新一代車輛伙伴關(guān)系（PNGV，Partnership for a New Generation of Vehicles），目標(biāo)是開發(fā)新一代機動車技術(shù)，以增強美國汽車工業(yè)的實力。1998年至2002年期間，美國國家自然科學(xué)基金（NSF）資助美國國家電力電子中心（由美國Virginia和美國Wisconsin等四所大學(xué)組建）研發(fā)車輛電子動力驅(qū)動系統(tǒng)、電子伺服控制系統(tǒng)和各種車輛專用IC模塊，提

49、高汽車電子電氣部件的可靠性，降低其成本和搶占車輛電氣自動化技術(shù)的制高點，增強在國際市場的競爭力。線控的汽車電子伺服系統(tǒng)（Xbywire）在未來將是十分重要的技術(shù)，該技術(shù)可將各種獨立的系統(tǒng)（如轉(zhuǎn)向、制動、懸掛等）集成到一起由計算機調(diào)控，使汽車的操縱性、安全性以及汽車的總體結(jié)構(gòu)大大改善，設(shè)計的靈活度也大大增加。目前，電子動力方向盤和線控剎車已經(jīng)在一些歐洲車型上被采用，在這個系統(tǒng)中已經(jīng)削減了相當(dāng)多的機械部件，如液壓泵等。汽車電子伺服技術(shù)是具有革命性的技術(shù)，隨著這個技術(shù)的使用，許多傳統(tǒng)的機械部件將會在未來的汽車上消失，而越來越多的車用伺服電機將出現(xiàn)在未來的汽車上。驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢驅(qū)動電機系

50、統(tǒng)是電動汽車的核心，未來我國電動汽車用驅(qū)動電機系統(tǒng)將朝著永磁化、數(shù)字化和集成化方向發(fā)展。目前某些關(guān)鍵材料（如高性能硅鋼片、絕緣材料）和關(guān)鍵元器件（如IGBT、DSP 芯片）仍主要依靠進口，限制了選擇余地和成本降低，但是相對動力電池而言，驅(qū)動電機系統(tǒng)并不是電動汽車發(fā)展的障礙。（1）、電機永磁化電機永磁化符合電機驅(qū)動系統(tǒng)高效率的需要。永磁電機具有效率高、比功率大、功率因數(shù)高、可靠性高和便于維護等優(yōu)點，采用矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)，可使永磁電動機具有寬廣的調(diào)速范圍。永磁電機的主要材料及部件是釹鐵硼磁鋼、電工鋼和高速軸承。進入21 世紀(jì)以來，我國磁性材料產(chǎn)業(yè)年增長率超過20%，作為制造電機鐵心的材料，電

51、工鋼帶是使用最普遍的重要磁性材料，是車用電機高效、高功率密度的保障，其成本占到了電機本體成本的20%左右。日本住友電工生產(chǎn)的0.27mm 厚電工鋼帶已用在混合動力驅(qū)動電機上，我國寶鋼集團在“863”課題支持下，從2008 年起開展了電動汽車驅(qū)動電機用電工鋼帶研發(fā)，我國車用驅(qū)動電機系統(tǒng)將有望采用國產(chǎn)的高效電工鋼帶。 要保證電動汽車歷經(jīng)20 余萬公里、經(jīng)受嚴(yán)寒酷暑仍然可以運行，車用電機高速軸承仍需要投入開發(fā)，目前我國所研制的車用驅(qū)動系統(tǒng)大多采用進口的高速軸承。（2）、逆變器數(shù)字化在電動汽車中，由燃料電池或蓄電池提供的直流電能，通過一個或多個逆變器將其轉(zhuǎn)換成交流電能驅(qū)動永磁電機運動，其中車用電機驅(qū)動

52、控制器由逆變器和電機的控制電路構(gòu)成。目前為止，由于電動汽車的直流電壓大多低于600V，逆變器都采用三相兩電平結(jié)構(gòu)和1200V 以下的IGBT 模塊，其中逆變器的核心器件IGBT 和電容的成本占到了電機驅(qū)動控制器成本的50%以上。在混合動力汽車應(yīng)用中，為了簡化冷卻系統(tǒng)、降低整車成本，對車用電機驅(qū)動系統(tǒng)提出了冷卻液入口溫度大于105的要求，這個要求除提高了電機絕緣等級和釹鐵硼磁鋼的等級外，市場上廣泛使用的150結(jié)溫IGBT 不能滿足要求，需要使用175結(jié)溫IGBT，并仔細(xì)設(shè)計高換熱效率的散熱器系統(tǒng)。 逆變器控制系統(tǒng)數(shù)字化是未來電機驅(qū)動技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。數(shù)字化不僅包括驅(qū)動控制的數(shù)字化、驅(qū)動到數(shù)控系

53、統(tǒng)接口的數(shù)字化，而且還應(yīng)該包括測量單元數(shù)字化。隨著微電子學(xué)及計算機技術(shù)的發(fā)展，高速、高集成度、低成本的專用芯片以及數(shù)字信號處理器(DSP)等的問世及商品化，使全數(shù)字的控制系統(tǒng)成為可能。用軟件最大限度地代替硬件，除完成要求的控制功能外，還應(yīng)該具有保護、故障監(jiān)控、自診斷等其他功能。（3）、系統(tǒng)集成化系統(tǒng)集成化符合電機驅(qū)動系統(tǒng)降成本的需要。電機驅(qū)動系統(tǒng)的集成化包括兩個方面:其一是車用電機與發(fā)動機集成構(gòu)成混合動力發(fā)動機總成，如本田的ISA 系統(tǒng)；其二將車用電機與變速箱集成，如豐田混合動力系統(tǒng)THS?？傊?，車用電機與汽車發(fā)動機或變速箱集成的方向發(fā)展有利于減小整個系統(tǒng)的重量和體積，有效降低系統(tǒng)制造成本。2

54、）將電動汽車驅(qū)動控制器的開關(guān)器件、電路、控制、傳感器、電源和無源器件都集成到標(biāo)準(zhǔn)的模塊中構(gòu)成電力電子組件，這種集成方法可以較好地解決不同工藝的電路之間的組合和高電壓隔離等問題，具有較高的集成度，能比較有效地減小體積和重量，但目前還存在分布參數(shù)、電磁兼容、傳熱等具有較高難度的技術(shù)問題，尚不能同時有效地降低成本，達到更高的可靠性。（4）面臨挑戰(zhàn)a技術(shù)方面經(jīng)過“九五”、“十五”、“十一五”對電動汽車用電機系統(tǒng)的集中研發(fā)和應(yīng)用，我國已開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)，滿足各類電動汽車需求的驅(qū)動電機系統(tǒng)產(chǎn)品，獲得了一大批電機系統(tǒng)的相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)，初步形成了車用驅(qū)動電機系統(tǒng)的小批量生產(chǎn)能力?？傮w來說，在電動汽車關(guān)鍵零

55、部件方面，電機技術(shù)的進步明顯，與國際先進的水平相比，但是在產(chǎn)品集成度、可靠性和系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)方面，仍存在較大的差距。主要表現(xiàn)在以下幾方面： 由于整車開發(fā)的經(jīng)驗積累有限，導(dǎo)致對電機和控制器的可靠性與使用壽命考核辦法不明確，可靠性和環(huán)境適應(yīng)性的研究考核不足,控制器、DC/DC的體積、質(zhì)量普遍偏大,模塊化設(shè)計不足，插接件標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，需要提高工程化程度,關(guān)鍵電力電子元器件需要進口，成本占到控制器近一半左右.除了需要縮短以上差距，為了進一步增強綜合競爭力，還應(yīng)進行新產(chǎn)品技術(shù)和關(guān)鍵共性技術(shù)研究：新型電機一體化動力總成；低噪音高效一體化發(fā)電機組；耐惡劣環(huán)境稀土永磁材料；低成本高性能絕緣材料；高集成度、低成本軸角位置模數(shù)轉(zhuǎn)換器等。b資金和人才該領(lǐng)域項目由于和整車開發(fā)的周期長，工作量大，各種研發(fā)認(rèn)證的相關(guān)費用投入非常多，產(chǎn)業(yè)化擴大投資規(guī)模時，固定資產(chǎn)投入較大，汽車零部件供應(yīng)鏈的回款周期較長，一般需要6個月9個月的賬期，流動資金需求較大，資金周轉(zhuǎn)難度較大。因此新產(chǎn)品研制及產(chǎn)業(yè)化費用高，投入回報周期長。同時由于該領(lǐng)域是屬于邊緣和交叉學(xué)科，需要有較高的理論知識、較強的實踐能力和經(jīng)驗，人才培養(yǎng)的周期也較長。(5