電動汽車用電機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢

電動汽車用電機(jī)的國內(nèi)外

發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢

目錄1.電動汽車對電動機(jī)的基本要求2.電動汽車用電動機(jī)的種類和控制方法2.1有刷直流電動機(jī)2.2永磁無刷直流電動機(jī)2.3交流三相感應(yīng)電動機(jī)2.4開關(guān)磁阻電動機(jī)3.電動汽車用驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀4.電動汽車用驅(qū)動電機(jī)的發(fā)展趨勢引言驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)是電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一。在新能源汽車中，一般情況下是電機(jī)取代發(fā)動機(jī)并在電機(jī)控制器的控制下，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能來驅(qū)動汽車行駛。其中，在純電動汽車、太陽能電動汽車和燃料電池電動汽車中，電機(jī)作為純驅(qū)動裝置；在串聯(lián)式混合動力汽車中，電機(jī)作為主要動力裝置；在并聯(lián)式混合動力汽車中，電機(jī)作為輔助動力裝置。新能源汽車與普通燃油汽車的最重要區(qū)別就在于電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。電動汽車對電動機(jī)的基本要求

（1）電動汽車用電動機(jī)應(yīng)具有瞬時功率大，過載能力強(qiáng)、過載系數(shù)應(yīng)為3～4，加速性能好，使用壽命長的特點(diǎn)。（2）電動汽車用電動機(jī)應(yīng)具有寬廣的調(diào)速范圍，包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運(yùn)行時具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足起動和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時具有高的速度，以滿足汽車在平坦的路面能夠高速行駛的要求。（3）電動汽車用電動機(jī)應(yīng)能夠在汽車減速時實現(xiàn)再生制動，將能量回收并反饋回蓄電池，使得電動汽車具有最佳能量的利用率，這在內(nèi)燃機(jī)汽車上是不能實現(xiàn)的。（4）電動汽車用電動機(jī)應(yīng)在整個運(yùn)行范圍內(nèi)，具有高的效率，以提高1次充電的續(xù)駛里程。電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)：組成：結(jié)構(gòu)形式：傳統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)簡化的傳統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)電動機(jī)—驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng)雙電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)轉(zhuǎn)子電動輪驅(qū)動系統(tǒng)外轉(zhuǎn)子電動輪驅(qū)動系統(tǒng)2.電動汽車用電動機(jī)的種類和控制方法

2.1有刷直流電動機(jī)

主要優(yōu)點(diǎn)：控制簡單、技術(shù)成熟。具有交流電機(jī)不可比擬的優(yōu)良控制特性。在早期開發(fā)的電動汽車上多采用直流電動機(jī)，即使到現(xiàn)在，還有一些電動汽車上仍使用直流電動機(jī)來驅(qū)動。

缺點(diǎn)：存在電刷和機(jī)械換向器，不但限制了電機(jī)過載能力與速度的進(jìn)一步提高，而且如果長時間運(yùn)行，要經(jīng)常維護(hù)和更換電刷和換向器。由于損耗存在于轉(zhuǎn)子上，使得散熱困難，限制了電機(jī)轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比的進(jìn)一步提高。

在新研制的電動汽車上已基本不采用直流電動機(jī)。2.2永磁無刷直流電動機(jī)永磁無刷直流電動機(jī)性能優(yōu)點(diǎn)：它是一種高性能的電動機(jī)。它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動機(jī)的外特性而沒有電刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒有勵磁損耗，發(fā)熱的電樞繞組又裝在外面的定子上，散熱容易，因此，永磁無刷直流電動機(jī)沒有換向火花，沒有無線電干擾，壽命長，運(yùn)行可靠，維修簡便。轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可以在每分鐘高達(dá)幾十萬轉(zhuǎn)運(yùn)行。永磁無刷直流電動機(jī)機(jī)系統(tǒng)相比具有更高的能量密度和更高的效率，在電動汽車中有著很好的應(yīng)用前景。永磁無刷直流電動機(jī)的不足：受永磁材料工藝的影響和限制，使得永磁無刷直流電動機(jī)的功率范圍較小，最大功率僅幾十千瓦。永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時，其導(dǎo)磁性能可能會下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象，將降低永磁電動機(jī)的性能，嚴(yán)重時還會損壞電動機(jī)，在使用中必須嚴(yán)格控制，使其不發(fā)生過載。

永磁無刷直流電動機(jī)在恒功率模式下，操縱復(fù)雜，需要一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從而使得永磁無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)造價很高。2.3交流三相感應(yīng)電動機(jī)交流三相感應(yīng)電動機(jī)優(yōu)點(diǎn)：交流三相感應(yīng)電動機(jī)是應(yīng)用得最廣泛的電動機(jī)。其定子和轉(zhuǎn)子采用硅鋼片疊壓而定子之間沒有相互接觸的滑環(huán)、換向器等部件。結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，經(jīng)久耐用。交流感應(yīng)電動機(jī)的功率覆蓋面很寬廣，轉(zhuǎn)速達(dá)到12000～15000r/min?？刹捎每諝饫鋮s或液體冷卻方式，冷卻自由度高。對環(huán)境的適應(yīng)性好，井能夠?qū)崿F(xiàn)再生反饋制動。與同樣功率的直流電動機(jī)相比較，效率較高，質(zhì)量減輕一半左右，價格便宜，維修方便。交流三相感應(yīng)電動機(jī)的不足：交流三相感應(yīng)電動機(jī)的耗電量較大，轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時需要保證對交流三相感應(yīng)電動機(jī)的冷卻，否則會損壞電動機(jī)。

交流三相感應(yīng)電動機(jī)的功率因數(shù)較低，使得變頻變壓裝置的輸入功率因數(shù)也較低，因此需要采用大容量的變頻變壓裝置。交流三相感應(yīng)電動機(jī)的控制系統(tǒng)的造價遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于交流三相感應(yīng)電動機(jī)本身，增加了電動汽車的成本。并且調(diào)速性也較差。2.4開關(guān)磁阻電動機(jī)開關(guān)磁阻電動機(jī)優(yōu)點(diǎn)：它是一種新型電動機(jī)，該系統(tǒng)具有很多明顯的特點(diǎn)：它的結(jié)構(gòu)比其它任何一種電動機(jī)都要簡單，在電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒有滑環(huán)、繞組和永磁體等，只是在定子上有簡單的集中繞組，繞組的端部較短，沒有相間跨接線，維護(hù)修理容易。因而可靠性好，轉(zhuǎn)速可達(dá)15000r/min。效率可達(dá)85%～93%呢，比交流感應(yīng)電動機(jī)要高。

損耗主要在定子，電機(jī)易于冷卻；轉(zhuǎn)子元永磁體，調(diào)速范圍寬，控制靈活，易于實現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩一速度特性，而且在很廣的范圍內(nèi)保持高效率。更加適合電動汽車動力性能要求。開關(guān)磁阻電動機(jī)的不足：控制系統(tǒng)比其他電動機(jī)的控制系統(tǒng)復(fù)雜一些，位置檢測器是開關(guān)磁阻電動機(jī)的關(guān)鍵器件，其性能對開關(guān)磁阻電動機(jī)的控制操作有重要影響。由于開關(guān)磁阻電動機(jī)為雙凸極結(jié)構(gòu)，不可避免地存在轉(zhuǎn)矩波動，噪聲是開關(guān)磁阻電動機(jī)最主要的缺點(diǎn)。

但近年來的研究表明，采用合理的設(shè)計、制造和控制技術(shù)，開關(guān)磁阻電動機(jī)的噪聲完全可以得到良好的抑制。另外，由于開關(guān)磁阻電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩波動較大，功率變換器的直流電流波動也較大，所以在直流母線上需要裝置一個很大的濾波電容器。電動汽車用驅(qū)動電機(jī)特性比較3.電動汽車用驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀電動乘用車方面，我國目前主要應(yīng)用的是永磁無刷電機(jī)及交流異步電機(jī)，開關(guān)磁阻式電機(jī)在乘用車方面還沒有應(yīng)用，永磁及異步電機(jī)目前技術(shù)都已經(jīng)很成熟，也具有批量配套的能力，但是國內(nèi)目前的電動汽車市場還沒有實現(xiàn)量產(chǎn)，只是處于小批量試制及實驗階段，因此國內(nèi)的車用驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)也是小批量生產(chǎn)的水平，包括上述的各種類型電機(jī)以及風(fēng)冷、水冷等冷卻形式，涵蓋5KW-180KW功率范圍。現(xiàn)我國主要電動乘用車驅(qū)動電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)電機(jī)類型一覽表：部分國內(nèi)電機(jī)廠商為電動車生產(chǎn)商供應(yīng)情況湖南南車時代電機(jī)類型及配套廠商大連天元電機(jī)電機(jī)類型及配套廠商襄樊特種電機(jī)電機(jī)類型及配套廠商上海南洋電機(jī)配套廠商及配套車型四川東風(fēng)電機(jī)廠產(chǎn)品類型及配套廠商江門電機(jī)

目前，江門電機(jī)主要電動機(jī)客戶只有上海申沃客車一家，申沃混合動力的SWB6116HB型客車是用的江門電機(jī)產(chǎn)品，該型號的客車還采用了上海御能動力（即上海大郡）生產(chǎn)的電機(jī)系統(tǒng)。4.電動汽車用驅(qū)動電機(jī)的發(fā)展趨勢新能源汽車的發(fā)展，純電動汽車所用電機(jī)市場已經(jīng)成為重點(diǎn)銷售方向，雖然很多國內(nèi)企業(yè)都宣稱自己擁有全產(chǎn)業(yè)鏈的科研實力，但是真正好的電機(jī)一定是需要長期的技術(shù)積累，然后才能試制、測試，最終才能走向批量生產(chǎn)。國內(nèi)真正有實力做新能源電機(jī)的整車企業(yè)很少，尤其是在乘用車領(lǐng)域，在各企業(yè)大力宣揚(yáng)擁有核心自主的背景下，大家都不愿對外展示作為新能源汽車核心部件之一的電機(jī)環(huán)節(jié)仍處于受制于人的境況。新能源汽車所用電機(jī)分為異步電機(jī)和永磁電機(jī)兩種，前者主要用于公交、客運(yùn)等商用車，而后者主要用于乘用車。

由于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子無繞組，也無電刷，沒有磁感應(yīng)，功率轉(zhuǎn)換效率低，構(gòu)造也簡單，價格也比較便宜，主要應(yīng)用于大型客車;

永磁電機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)子有繞組，有電刷向轉(zhuǎn)子供電，功率轉(zhuǎn)換效率大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格也貴，主要用于對轉(zhuǎn)速要求嚴(yán)厲的環(huán)境，比如純電動乘用車。在此過程中很多電機(jī)配套企業(yè)都是急忙上馬，將傳統(tǒng)工業(yè)電機(jī)進(jìn)行簡單的技術(shù)改進(jìn)，當(dāng)作新能源汽車電機(jī)提供給整車廠。但在國外，生產(chǎn)新能源汽車電機(jī)存在著多項嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)。電動汽車生產(chǎn)現(xiàn)狀對電機(jī)生產(chǎn)商的要求：新能源汽車，尤其是純電動汽車在爬坡、下坡、平坦路面、顛簸路面等不同路況行駛時，電機(jī)的輸出功率不一樣。國內(nèi)很多電機(jī)廠僅僅是在傳統(tǒng)工業(yè)電機(jī)的生產(chǎn)經(jīng)驗上稍加改進(jìn)，完全沒有考慮到新能源汽車電機(jī)的使用環(huán)境，會大大縮短使用壽命，且易造成局部過熱、線路短路等危險情況。既然都意識到電動汽車電機(jī)今后將有廣闊的市場，何不嚴(yán)格的從電機(jī)的研發(fā)、試驗、投產(chǎn)進(jìn)行把控，盡早進(jìn)行基礎(chǔ)性研究，“靜下心來”從零做起，真正形成電動汽車電機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈，以健全的姿態(tài)面對觸手可得的機(jī)遇。中國電動汽車電機(jī)控制器供應(yīng)模式目前車用驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)尚需提高的地方：（1）全運(yùn)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(jī)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IGBT模塊，CPU芯片）仍依靠進(jìn)口，限制了選擇余