電動(dòng)汽車的電氣系統(tǒng)及其發(fā)展

-z.談電動(dòng)汽車的電氣系統(tǒng)及其開展電動(dòng)汽車,電氣,系統(tǒng),開展電氣驅(qū)動(dòng)是電動(dòng)汽車的心臟，為了增加電動(dòng)汽車的行駛里程，必須開發(fā)高功率密度、高效率、高可靠性以及價(jià)格合理的電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部件，對(duì)于高性能的電動(dòng)汽車，電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必須效率高、構(gòu)造緊湊、體積小、重量輕和可靠性高。本文介紹電動(dòng)汽車技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化正在快速開展，電動(dòng)汽車電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型特點(diǎn)，以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)趨勢(shì)。

1.電動(dòng)汽車技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化正在快速開展目前繼成為全球最大的汽車市場(chǎng)后，中國(guó)將有可能在電動(dòng)汽車領(lǐng)域成為全球最大生產(chǎn)者，國(guó)內(nèi)及跨國(guó)汽車制造企業(yè)將在這個(gè)領(lǐng)域里展開劇烈競(jìng)爭(zhēng)。報(bào)載2009年前4個(gè)月的銷售規(guī)模已近300萬(wàn)輛，中國(guó)不久后也將成為全球最大的電動(dòng)汽車市場(chǎng)。中國(guó)電動(dòng)汽車市場(chǎng)具有很大潛力，按現(xiàn)在全球汽車銷售規(guī)模來(lái)說(shuō)，選擇購(gòu)置電動(dòng)汽車的消費(fèi)者可以達(dá)150萬(wàn)，其中20萬(wàn)將會(huì)來(lái)自中國(guó)。中國(guó)的輕型電動(dòng)車從根底研究開場(chǎng)，在市場(chǎng)規(guī)模的有力推動(dòng)之下，其自主技術(shù)創(chuàng)新經(jīng)歷了一個(gè)“爆炸式〞的提升階段。作為輕型電動(dòng)車技術(shù)的后起國(guó)家，中國(guó)在短短幾年走到世界輕型電動(dòng)車技術(shù)的前沿，與之相關(guān)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)、電池技術(shù)、控制技術(shù)、充電技術(shù)、能量回收技術(shù)等已經(jīng)領(lǐng)先于國(guó)際水平。一是驅(qū)動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步。輕型電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)方式大約經(jīng)過(guò)了兩個(gè)階段，進(jìn)入2004年以后，****新大洋機(jī)電集團(tuán)**成功推廣了他們研制的直槽式大轉(zhuǎn)矩電機(jī)，在綠源電動(dòng)車公司等一批優(yōu)勢(shì)整車企業(yè)的大力合作推動(dòng)下，逐漸成熟為具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的優(yōu)秀電機(jī)，開場(chǎng)成為輕型電動(dòng)車的主流電機(jī)，具有技術(shù)含量高、性能可靠、實(shí)用性好等特點(diǎn)。二是電控技術(shù)的進(jìn)步。輕型電動(dòng)車控制技術(shù)開展進(jìn)程同樣經(jīng)歷了兩個(gè)明顯的階段。第二階段是以無(wú)刷電機(jī)的廣泛成功應(yīng)用為標(biāo)志的。此時(shí)，控制器進(jìn)入了快速開展的階段，以微處理器〔CPU〕的廣泛應(yīng)用為主要特征，一批有較強(qiáng)的自主開發(fā)能力的電子技術(shù)企業(yè)迅速崛起。目前，第二階段的爆炸性的技術(shù)創(chuàng)新仍在繼續(xù)，一系列旨在提高車輛行車便利性和平安性的控制模式正在不斷深化。CPU進(jìn)入輕型電動(dòng)車控制系統(tǒng)，為未來(lái)開發(fā)微型電動(dòng)汽車的控制系統(tǒng)奠定了關(guān)鍵技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化根底。三是電池技術(shù)的進(jìn)步。中國(guó)的輕型電動(dòng)車主要采用鉛蓄電池作為儲(chǔ)能部件，鉛蓄電池所表現(xiàn)出的循環(huán)經(jīng)濟(jì)特征已經(jīng)得到有效利用。目前，失效鉛蓄電池進(jìn)入再生鉛工業(yè)的比例幾乎到達(dá)100%，再生利用效率最高可達(dá)97.7%，低水平的也在85%～90%。近十年來(lái)“密封動(dòng)力型鉛蓄電池〞領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步明顯，不僅開發(fā)了14Ah大容量電池，還使放電壽命特性曲線從一般的“拋物線型〞變成理想的“馬鞍型〞，從而延長(zhǎng)了電池壽命。由此，輕型電動(dòng)車技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化在中國(guó)的快速開展，正在拉開全球交通工具電動(dòng)化的序幕。2.電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)工作原理與燃油汽車相比，電動(dòng)汽車的構(gòu)造特點(diǎn)是靈活的，這種靈活性源于電動(dòng)汽車具有以下幾個(gè)獨(dú)特的特點(diǎn)：首先，電動(dòng)汽車的能量主要是通過(guò)柔性的電線而不是通過(guò)剛性聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)軸傳遞的，因此，電動(dòng)汽車各部件的布置具有很大的靈活性；其次，電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置不同〔如獨(dú)立的四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和輪轂電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等〕會(huì)使系統(tǒng)構(gòu)造區(qū)別很大，采用不同類型的電動(dòng)時(shí)機(jī)影響到電動(dòng)汽車的質(zhì)量、尺寸和形狀；不同類型的儲(chǔ)能裝置也會(huì)影響電動(dòng)汽車的質(zhì)量、尺寸及形狀。另外，不同的補(bǔ)充能源裝置具有不同的硬件和機(jī)構(gòu)，例如蓄電池可通過(guò)感應(yīng)式和接觸式的充電機(jī)充電，或者采用替換蓄電池的方式，將替換下來(lái)的蓄電池再進(jìn)展集中充電。電動(dòng)汽車系統(tǒng)可分為電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、主能源子系統(tǒng)和輔助控制子系統(tǒng)。其中，電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)又由電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)車輪組成；主能源子系統(tǒng)由主電源、能量管理系統(tǒng)和充電系統(tǒng)構(gòu)成；輔助控制子系統(tǒng)具有動(dòng)力轉(zhuǎn)向、溫度控制和輔助動(dòng)力供應(yīng)等功能。根據(jù)制動(dòng)踏板和加速踏板輸入的信號(hào)，電子控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令來(lái)控制功率轉(zhuǎn)換器的功率裝置的通斷，功率轉(zhuǎn)換器的功能是調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)和電源之間的功率流。當(dāng)電動(dòng)汽車制動(dòng)時(shí)，再生制動(dòng)的動(dòng)能被電源吸收，此時(shí)功率流的方向要反向。能量管理系統(tǒng)和電控系統(tǒng)一起控制再生制動(dòng)及其能量的回收，能量管理系統(tǒng)和充電系統(tǒng)一同控制充電并監(jiān)測(cè)電源的使用情況。輔助動(dòng)力源供應(yīng)電動(dòng)汽車輔助系統(tǒng)不同等級(jí)電壓并提供必要的動(dòng)力，它主要給動(dòng)力轉(zhuǎn)向、空調(diào)、制動(dòng)及其它輔助裝置提供動(dòng)力。除了從制動(dòng)踏板和加速踏板給電動(dòng)汽車輸入信號(hào)外，轉(zhuǎn)向盤也是一個(gè)很重要的輸入信號(hào)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向盤的角位置來(lái)決定汽車靈活地轉(zhuǎn)向?，F(xiàn)代電動(dòng)汽車很多采用三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，相應(yīng)的功率轉(zhuǎn)換器采用脈寬調(diào)制逆變器，機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)一般采用固定速比的減速器或變速器與差速器。鎳氫電池也是被電動(dòng)汽車廣泛采用的一種典型的動(dòng)力能源，相應(yīng)的能源補(bǔ)充系統(tǒng)就是充電器。采用不同的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可構(gòu)成不同構(gòu)造形式的電動(dòng)汽車。由發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的燃油車開展而來(lái)，它由電動(dòng)機(jī)、離合器、變速器和差速器組成。離合器用來(lái)切斷或接通電動(dòng)機(jī)到車輪之間傳遞動(dòng)力的機(jī)械裝置，變速器是一套具有不同速比的齒輪機(jī)構(gòu)，駕駛員可選擇不同的變速比，把力矩傳給車輪。如果用固定速比的減速器，去掉離合器可減少機(jī)械傳動(dòng)裝置的質(zhì)量、縮小其體積。電動(dòng)機(jī)也可以裝在車輪里面，稱為輪轂電動(dòng)機(jī)，可進(jìn)一步縮短從電動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)車輪的傳遞路徑。為了將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低到理想的車輪轉(zhuǎn)速，可采用固定減速比的行星齒輪變速器，它能提供大的減速比，而且輸入和輸出軸可布置在同一條軸線上。表示了另一種使用輪轂電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)汽車構(gòu)造，這種構(gòu)造采用低速外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，徹底去掉了機(jī)械減速變速器，電動(dòng)機(jī)的外轉(zhuǎn)子直接安裝在車輪的輪緣上，車輪轉(zhuǎn)速和電動(dòng)汽車的車速控制完全取決于電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)速控制。3.電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)的功用和組成在汽車業(yè)界，如何削減汽車的二氧化碳排放量已成為重要課題。作為一個(gè)有效的解決途徑，電動(dòng)汽車已成為各大汽車廠商競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。電動(dòng)車是一種平安、經(jīng)濟(jì)、清潔的綠色交通工具，不僅在能源、環(huán)境方面有其獨(dú)特的優(yōu)越性和競(jìng)爭(zhēng)力，而且能夠更方便地采用現(xiàn)代控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)其機(jī)電一體化的目標(biāo)，因而具有廣闊的開展前景。現(xiàn)有電動(dòng)汽車的組成包括：電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)力傳動(dòng)等機(jī)械系統(tǒng)、完成既定任務(wù)的工作裝置等。其大致可以分為以下幾個(gè)主要局部：蓄電池、電池管理、充電系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、整車管理系統(tǒng)及車體等。電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點(diǎn)。電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、電源和電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制裝置等組成。電動(dòng)汽車的其他裝置根本與內(nèi)燃機(jī)汽車一樣。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為電動(dòng)車提供所需的動(dòng)力，負(fù)責(zé)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。無(wú)論何種電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，均具有根本一樣的構(gòu)造，都可以分成能源供應(yīng)子系統(tǒng)、電氣驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)子系統(tǒng)三局部，其中電氣驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)是電動(dòng)車的心臟，主要包括電動(dòng)機(jī)、功率電子元器件及控制局部;電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均具有一樣或相似的功能模塊。電源為電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供電能，電動(dòng)機(jī)將電源的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)傳動(dòng)裝置或直接驅(qū)動(dòng)車輪和工作裝置。目前，電動(dòng)汽車上應(yīng)用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，但隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的開展，鉛酸蓄電池由于比能量較低，充電速度較慢，壽命較短，逐漸被其他蓄電池所取代。正在開展的電源主要有鈉硫電池、鎳鉻電池、鋰電池、燃料電池、飛輪電池等，這些新型電源的應(yīng)用，為電動(dòng)汽車的開展開辟了廣闊的前景。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的作用是將電源的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)傳動(dòng)裝置或直接驅(qū)動(dòng)車輪和工作裝置。目前電動(dòng)汽車上廣泛采用直流串激電動(dòng)機(jī)，這種電機(jī)具有軟的機(jī)械特性，與汽車的行駛特性非常相符。但直流電動(dòng)機(jī)由于存在換向火花，比功率較小、效率較低，維護(hù)保養(yǎng)工作量大，隨著電機(jī)技術(shù)和電機(jī)控制技術(shù)的開展，勢(shì)必逐漸被直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)〔BCDM〕、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)〔SRM〕和交流異步電動(dòng)機(jī)所取代。電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制裝置是為電動(dòng)汽車的變速和方向變換等設(shè)置的，其作用是控制電動(dòng)機(jī)的電壓或電流，完成電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向的控制。早期的電動(dòng)汽車上，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速采用串接電阻或改變電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)線圈的匝數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因其調(diào)速是有級(jí)的，且會(huì)產(chǎn)生附加的能量消耗或使用電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造復(fù)雜，現(xiàn)在已很少采用。目前電動(dòng)汽車上應(yīng)用較廣泛的是晶閘管斬波調(diào)速，通過(guò)均勻地改變電動(dòng)機(jī)的端電壓，控制電動(dòng)機(jī)的電流，來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速。在電子電力技術(shù)的不斷開展中，它也逐漸被其他電力晶體管斬波調(diào)速裝置所取代。從技術(shù)的開展來(lái)看，伴隨著新型驅(qū)動(dòng)電機(jī)的應(yīng)用，電動(dòng)汽車的調(diào)速控制轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髂孀兗夹g(shù)的應(yīng)用，將成為必然的趨勢(shì)。在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的旋向變換控制中，直流電動(dòng)機(jī)依靠接觸器改變電樞或磁場(chǎng)的電流方向，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的旋向變換，這使得孔子哈電路復(fù)雜、可靠性降低。當(dāng)采用交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的改變只需變換磁場(chǎng)三相電流的相序即可，可使控制電路簡(jiǎn)化。此外，采用交流電動(dòng)機(jī)及其變頻調(diào)速控制技術(shù)，使電動(dòng)汽車的制動(dòng)能量回收控制更加方便，控制電路更加簡(jiǎn)單。電動(dòng)汽車傳動(dòng)裝置的作用是將電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳給汽車的驅(qū)動(dòng)軸，當(dāng)采用電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)裝置的多數(shù)部件常?？梢院雎?。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)可以帶負(fù)載啟動(dòng)，所以電動(dòng)汽車上無(wú)需傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的離合器。因?yàn)轵?qū)動(dòng)電機(jī)的旋向可以通過(guò)電路控制實(shí)現(xiàn)變換，所以電動(dòng)汽車無(wú)需內(nèi)燃機(jī)汽車變速器中的倒檔。當(dāng)采用電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速控制時(shí)，電動(dòng)汽車可以忽略傳統(tǒng)汽車的變速器。在采用電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)汽車也可以省略傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的差速器。行駛裝置的作用是將電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩通過(guò)車輪變成對(duì)地面的作用力，驅(qū)動(dòng)車輪行走。它同其他汽車的構(gòu)成是一樣的，由車輪、輪胎和懸架等組成。轉(zhuǎn)向裝置是為實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)彎而設(shè)置的，由轉(zhuǎn)向機(jī)、方向盤、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向輪等組成。作用在方向盤上的控制力，通過(guò)轉(zhuǎn)向機(jī)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)一定的角度，實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。多數(shù)電動(dòng)汽車為前輪轉(zhuǎn)向，工業(yè)中用的電動(dòng)叉車常常采用后輪轉(zhuǎn)向。電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)向裝置有機(jī)械轉(zhuǎn)向、液壓轉(zhuǎn)向和液壓助力轉(zhuǎn)向等類型。電動(dòng)汽車的制動(dòng)裝置同其他汽車一樣，是為汽車減速或停車而設(shè)置的，通常由制動(dòng)器及其操縱裝置組成。在電動(dòng)汽車上，一般還有電磁制動(dòng)裝置，它可以利用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制電路實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)電運(yùn)行，使減速制動(dòng)時(shí)的能量轉(zhuǎn)換成對(duì)蓄電池充電的電流，從而得到再生利用。工作裝置是工業(yè)用電動(dòng)汽車為完成作業(yè)要求而專門設(shè)置的，如電動(dòng)叉車的起升裝置、門架、貨叉等。貨叉的起升和門架的傾斜通常由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓系統(tǒng)完成。4.電動(dòng)車電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型特點(diǎn)電動(dòng)機(jī)的類型對(duì)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及電動(dòng)車整體性能影響非常大，評(píng)價(jià)電動(dòng)車的電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上主要就是對(duì)不同電動(dòng)機(jī)及其控制方式進(jìn)展比擬和分析。目前正在應(yīng)用或開發(fā)的電動(dòng)車電動(dòng)機(jī)主要有直流電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)四類。直流電動(dòng)機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，具有優(yōu)良的電磁轉(zhuǎn)矩控制特性，所以直到20世紀(jì)80年代中期，它仍是國(guó)內(nèi)外的主要研發(fā)對(duì)象。而且目前國(guó)內(nèi)用于電動(dòng)車的絕大多數(shù)是直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。目前，我國(guó)電動(dòng)車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仍以直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)為主，普遍采用從蓄電池到功率變換器再到驅(qū)動(dòng)電機(jī)的單向能量傳遞方式，它存在著很多缺乏。具體而言，直流電機(jī)雖然具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、可控制性好、調(diào)速范圍寬、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)較大、控制電路相對(duì)簡(jiǎn)單、本錢較低等優(yōu)點(diǎn)，但它的缺點(diǎn)同樣不可無(wú)視。有刷直流電機(jī)由于存在著機(jī)械換向部件電刷或換向器，很容易導(dǎo)致火花，噪聲和震動(dòng)嚴(yán)重，電磁干擾問(wèn)題突出，而且電刷或換向器的維護(hù)比擬困難，使用壽命較短，此外，電機(jī)的體積十分龐大，造成有限空間的浪費(fèi)；無(wú)刷直流電機(jī)雖然克制了有刷電機(jī)的一些缺陷，但它的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)困難，整機(jī)價(jià)格頗高，性價(jià)比相對(duì)較低。再?gòu)南到y(tǒng)效率角度來(lái)看，由于絕大多數(shù)系統(tǒng)采用單向功率傳遞，使得車輛在剎車減速或下坡滑行時(shí)白白地浪費(fèi)了大量能量。此外，電刷、換向器等的機(jī)械震動(dòng)、摩擦，也造成了系統(tǒng)效率的降低。隨著控制理論和電力電子技術(shù)的開展，直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與其它驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，已大大處于劣勢(shì)。因此，目前國(guó)外各大公司研制的電動(dòng)車電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已逐漸淘汰了直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電動(dòng)車感應(yīng)電動(dòng)機(jī)與一般感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比擬具有以下特征：穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，與一般感應(yīng)電動(dòng)機(jī)工況相似;驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)沒有一般感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程，轉(zhuǎn)差率小，轉(zhuǎn)子上的集膚效應(yīng)不明顯;運(yùn)行頻率不是50Hz，而是遠(yuǎn)遠(yuǎn)在此之上;采用變頻調(diào)速方式時(shí)，轉(zhuǎn)速與極數(shù)之間沒有嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系。為此，電動(dòng)車感應(yīng)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方面如下特點(diǎn)：盡力擴(kuò)大恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，使電動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也能有較高轉(zhuǎn)矩。而要提高轉(zhuǎn)矩，則需盡量減小定轉(zhuǎn)子之間的氣隙，同時(shí)減小漏抗;更注重電動(dòng)機(jī)的電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)，使轉(zhuǎn)矩、功率和效率等因素到達(dá)綜合最優(yōu);減少重量、體積，以增加與車體的適配性。應(yīng)用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變頻控制技術(shù)主要有三種：V/F控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制。20世紀(jì)90年代以前主要以PWM方式實(shí)現(xiàn)V/F控制和轉(zhuǎn)差頻率控制，但這兩種控制技術(shù)因轉(zhuǎn)速控制范圍小，轉(zhuǎn)矩特性不理想，而對(duì)于需頻繁起動(dòng)、加減速的電動(dòng)車不太適宜。近幾年來(lái)，研制的電動(dòng)車感應(yīng)電動(dòng)機(jī)幾乎都采用矢量控制技術(shù)。矢量控制按其側(cè)重點(diǎn)不同，主要有兩種控制策略：提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率的最大效率控制與簡(jiǎn)化系統(tǒng)、降低本錢的無(wú)速度傳感器矢量控制。最大效率控制技術(shù)是通過(guò)使勵(lì)磁電流Io隨電動(dòng)機(jī)參數(shù)和負(fù)載條件而變化來(lái)實(shí)現(xiàn)在任何負(fù)載條件下都使電動(dòng)機(jī)的損耗最小，效率最大的目標(biāo)。矢量控制離不開速度的控制，而無(wú)速度傳感器是利用電動(dòng)機(jī)電壓、電流和電動(dòng)機(jī)參數(shù)來(lái)估算出速度，從而無(wú)需一般矢量控制中的速度傳感器，到達(dá)簡(jiǎn)化系統(tǒng)、降低本錢、提高可靠性的目的。電動(dòng)車行業(yè)開展到今天，幾乎全部采用了無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)無(wú)論是在技術(shù)上還是在使用上都顯現(xiàn)出它的優(yōu)勢(shì)。永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可以分為兩類，一類是方波驅(qū)動(dòng)的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)〔BDCM〕，另一類是永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)〔PMSM〕，也稱為正弦波驅(qū)動(dòng)的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。BDCM系統(tǒng)不需要絕對(duì)位置傳感器，一般采用霍爾元件或增量式碼盤，也可以通過(guò)檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)波形換相。PMSM系統(tǒng)一般需要絕對(duì)式碼盤或旋轉(zhuǎn)變壓器等轉(zhuǎn)子位置傳感器。從磁鐵所處不同位置的構(gòu)造上看，永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)可以分成外表型、鑲嵌型、深埋式等構(gòu)造型式，在電動(dòng)汽車中也有采用盤式構(gòu)造或外轉(zhuǎn)子構(gòu)造的。深埋式永磁同步電動(dòng)機(jī)因其有高的功率密度、有效的弱磁控制及方便的最大效率控制而在電動(dòng)車應(yīng)用領(lǐng)域倍受青睞，是當(dāng)前電動(dòng)車電動(dòng)機(jī)研發(fā)的熱點(diǎn)。用在電動(dòng)車上的永磁同步電動(dòng)機(jī)是將磁鐵插入轉(zhuǎn)子內(nèi)部，得到同步旋轉(zhuǎn)的磁極深埋式轉(zhuǎn)子構(gòu)造，這種電動(dòng)機(jī)在構(gòu)造設(shè)計(jì)方面主要有兩個(gè)特征：轉(zhuǎn)子磁鐵使用埋入式；采用多極化設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)：與將永磁體貼在轉(zhuǎn)子外表的情況相比，將永磁體植入轉(zhuǎn)子內(nèi)部，則即使高速旋轉(zhuǎn)，永磁體也不會(huì)飛散，為此就使設(shè)計(jì)超高速電動(dòng)機(jī)成為可能。對(duì)于要求的最大轉(zhuǎn)矩而言，采用轉(zhuǎn)子構(gòu)造，永磁電動(dòng)機(jī)能做得更小;電機(jī)多極化設(shè)計(jì)也是降低本錢的有效手段。深埋式永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)。深埋式永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)與一般電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)多為速度控制系統(tǒng)或位置控制系統(tǒng)不同，電動(dòng)車是由加速器與控制器共同決定的轉(zhuǎn)矩指令來(lái)控制電機(jī)。因?yàn)檗D(zhuǎn)矩由電流決定，所以實(shí)際上構(gòu)成了一個(gè)電流控制系統(tǒng)。以上設(shè)計(jì)不僅考慮了電動(dòng)機(jī)的特性，還考慮了電動(dòng)機(jī)的控制方法及使用方法，系統(tǒng)構(gòu)造緊湊、性能穩(wěn)定，是目前電動(dòng)車的優(yōu)選驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。目前，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)〔SRM〕已投入實(shí)際使用，法國(guó)F1AT公司研制的電動(dòng)車和東風(fēng)電動(dòng)客車都曾采用了開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。SRM是沒有任何形式的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體和永久磁鐵的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，它的定子磁極和轉(zhuǎn)子磁極都是凸的。由于SRM具有集中的定子繞組和脈沖電流，其功率變換器可以采用更可靠的電路拓?fù)湫问?。SRM具有簡(jiǎn)單可靠、在較寬轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)高效運(yùn)行、控制靈活、可四象限運(yùn)行、響應(yīng)速度快、本錢較低等優(yōu)點(diǎn)。但SRM有轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大、噪聲大、需要位置檢測(cè)器、系統(tǒng)非線性特性等缺點(diǎn)，所以，目前應(yīng)用還受到限制。針對(duì)傳統(tǒng)SRM的缺點(diǎn)，研制了永磁式開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)〔PMSRD〕，通過(guò)高性能永磁鋼的引入，克制了傳統(tǒng)SRM存在的換流相對(duì)較慢、能量利用率較低的缺點(diǎn)，增加了電機(jī)的比功率密度。由于SRM系統(tǒng)具有明顯的非線性特性，系統(tǒng)難于建模，一般的線性控制方式不適于SRM系統(tǒng)。目前主要利用模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。5.電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)的開展趨勢(shì)電動(dòng)汽車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不同于普通的風(fēng)機(jī)、水泵等工業(yè)應(yīng)用。受到車輛空間限制和使用環(huán)境的約束，汽車要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有更高的性能，更高的體積重量比密度，更高的耐受環(huán)境溫度范圍，并且能經(jīng)受高強(qiáng)度的振動(dòng)以及更低本錢等。為滿足以上嚴(yán)格甚至苛刻的要求，電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)的開展趨勢(shì)根本可以歸納為永磁化、數(shù)字化和集成化。永磁電機(jī)具有效率高、比功率大、功率因數(shù)高、可靠性高和便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，采用矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)，可使永磁電動(dòng)機(jī)具有寬廣的調(diào)速范圍，因此，以豐田汽車和本田汽車為代表的國(guó)際化制造商以及國(guó)內(nèi)一汽、東風(fēng)、長(zhǎng)安、奇瑞等廠商均在其電動(dòng)汽車中采用了永磁電機(jī)方案，推動(dòng)了車用電機(jī)向永磁化方向開展。永磁電機(jī)的主要材料、部件是釹鐵硼磁鋼、電工鋼和高速軸承。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)磁性材料產(chǎn)業(yè)年增長(zhǎng)率超過(guò)20%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2004年燒結(jié)釹鐵硼永磁到達(dá)27510噸(占全球總量的81%)，黏結(jié)釹鐵硼永磁到達(dá)1350噸(占全球總量的35%)。作為制造電機(jī)鐵芯的材料，電工鋼帶是使用最普遍的重要磁性材料，是車用電機(jī)高效、高功率密度的保障，其本錢占到了電機(jī)本體本錢的20%左右。據(jù)報(bào)道日本住友電工生產(chǎn)的0.27mm厚電工鋼帶已用在混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)電機(jī)上，我國(guó)寶鋼集團(tuán)在“863〞課題支持下，從2008年起開展了電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)用電工鋼帶研發(fā)，我國(guó)車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)可望在近期采用國(guó)產(chǎn)的高效電工鋼帶。另外，要保證電動(dòng)汽車歷經(jīng)20余萬(wàn)公里、經(jīng)受嚴(yán)寒酷暑仍然可以運(yùn)行，車用電機(jī)高速軸承仍需要投入開發(fā)，目前我國(guó)所研制的車用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大多采用進(jìn)口的高速軸承。在電動(dòng)汽車中，由燃料電池或蓄電池提供的直流電能，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)逆變器將其轉(zhuǎn)換成交流電能驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)運(yùn)動(dòng)，其中車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器由逆變器和電機(jī)的控制電路構(gòu)成。到目前為止，由于電動(dòng)汽車的直流電壓大多低于600V，逆變器都采用三相兩電平構(gòu)造和1200V以下的IGBT模塊，其中逆變器的核心器件IGBT和電容的本錢占到了電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器本錢的50%以上。在混合動(dòng)力汽車應(yīng)用中，為了簡(jiǎn)化冷卻系統(tǒng)、降低整車本錢，對(duì)車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提出了冷卻液入口溫度大于105℃的要求，這個(gè)要求除提高了電機(jī)絕緣等級(jí)和釹鐵硼磁鋼的等級(jí)外，市場(chǎng)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(jì)高換熱效率的散熱器系統(tǒng)。逆變器控制系統(tǒng)數(shù)字化也是未來(lái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)開展的必然趨勢(shì)。數(shù)字化不僅包括驅(qū)動(dòng)控制的數(shù)字化、驅(qū)動(dòng)到數(shù)控系統(tǒng)接口的數(shù)字化，而且還應(yīng)該包括測(cè)量單元數(shù)字化。隨著微電子學(xué)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的開展，高速、高集成度、低本錢的專用芯片以及數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)等的問(wèn)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(hù)、故障監(jiān)控、自診斷等其他功能。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成化包括兩個(gè)方面：機(jī)電集成。其一是車用電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)集成構(gòu)成混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)總成，如本田的ISA系統(tǒng)；其二將車用電機(jī)與變速箱集成，如豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS?？傊囉秒姍C(jī)與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)或變速箱集成的方向開展有利于減小整個(gè)系統(tǒng)的重量和體積，有效降低系統(tǒng)制造本錢。此外，將電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)控制器的開關(guān)器件、電路、控制、傳感器、電源和無(wú)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(wèn)題，具有較高的集成度，也可以比擬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(wèn)題，并且尚不能有效地降低本錢，到達(dá)更高的可靠性。近10年來(lái)，我國(guó)車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研發(fā)就得到了各方面的重視和支持，通過(guò)在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用，驗(yàn)證了技術(shù)、鍛煉了隊(duì)伍，研發(fā)出全數(shù)字化矢量控制的車用交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和開關(guān)磁阻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其技術(shù)水平到達(dá)了當(dāng)時(shí)國(guó)際先進(jìn)水平，形成了有利于提高產(chǎn)品品質(zhì)、降低本錢的產(chǎn)業(yè)鏈。隨著電力電子技術(shù)的開展，交流電動(dòng)機(jī)控制變得