第三章電動汽車動力電池和驅(qū)動電機(jī)

第三章電動汽車動力電池和驅(qū)動電機(jī)第一節(jié)電動汽車動力電池第二節(jié)電動汽車驅(qū)動電機(jī)12/27/20231第一節(jié)電動汽車動力電池一動力電池的分類電動汽車運(yùn)用的動力電池可以分為化學(xué)電池、物理電池和生物電池三大類。1化學(xué)電池〔利用物質(zhì)的化學(xué)反響發(fā)電〕1)原電池，又稱一次電池。指電池放電后不能用簡單的充電方法使活性物質(zhì)復(fù)原而繼續(xù)運(yùn)用的電池。2)蓄電池，又稱二次電池指電池在放電后可經(jīng)過充電的方法使活性物質(zhì)復(fù)原而繼續(xù)運(yùn)用的電池，這種充放電可以達(dá)數(shù)十次到上千次循環(huán)。如鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。3)燃料電池，又稱延續(xù)電池是指參與反響的活性物質(zhì)從電池外部延續(xù)不斷地輸入電池，電池就延續(xù)不斷地任務(wù)而提供電能。如質(zhì)子交換膜燃料電池、堿性燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池、直接甲醇燃料電池、再生型燃料電池等。12/27/20232第一節(jié)電動汽車動力電池2物理電池是利用光、熱、物理吸附等物理能量發(fā)電的電池，如太陽能電池、超級電容器、飛輪電池等。3生物電池是利用生物化學(xué)反響發(fā)電的電池，如微生物電池、酶電池、生物太陽電池等。迄今曾經(jīng)適用化的車用動力蓄電池有傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池〔磷酸鐵鋰電池〕。在物理電池領(lǐng)域中，超級電容器也運(yùn)用于純電動汽車和混合動力汽車中。生物燃料電池在車用動力中運(yùn)用前景也非常寬廣，以氫為燃料的燃料電池和氧化物燃料電池的研發(fā)已進(jìn)入重要開展階段。

12/27/20233第一節(jié)電動汽車動力電池二電動汽車用動力電池的性能目的電池作為電動汽車的儲能動力源，在電動汽車上發(fā)揚(yáng)著非常重要的作用，要評定電池的實(shí)踐效應(yīng)，主要是看電池的性能目的。電池的性能目的主要有電壓、容量、內(nèi)阻、能量、功率、輸出效率、自放電率、運(yùn)用壽命等，根據(jù)電池種類不同，其性能目的也有差別。1電壓電壓分為端電壓、開路電壓、額定電壓、放電電壓和終止電壓等。1〕端電壓是指電池正極與負(fù)極之間的電位差。2〕電池在開路形狀下的端電壓稱為開路電壓，即電池在沒有負(fù)載情況下的端電壓。3)額定電壓是指電池在規(guī)范規(guī)定條件下任務(wù)時(shí)應(yīng)到達(dá)的電壓。4)放電電壓是指電池接通負(fù)載后在放電過程中顯示的電壓；在電池放電初始的任務(wù)電壓稱為初始電壓。5)電池在一定規(guī)范所規(guī)定的放電條件下放電時(shí)，電池的電壓將逐漸降低，當(dāng)電池再不宜繼續(xù)放電時(shí)，電池的最低任務(wù)電壓稱為終止電壓。12/27/20234第一節(jié)電動汽車動力電池2容量電池在一定的放電條件下所能放出的電量稱為電池的容量。常用單位為安時(shí)(Ah)，它等于放電電流與放電時(shí)問的乘積。電池的容量可以分為實(shí)際容量、實(shí)際容量、標(biāo)稱容量和額定容量等。1)實(shí)際容量把活性物質(zhì)的質(zhì)量按法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算而得到的最高實(shí)際值。為了比較不同系列的電池，常用比容量的概念，即單位體積或單位質(zhì)量電池所能給出的實(shí)際電量，單位為Ah／L或Ah／kg。2)實(shí)踐容量指電池在一定條件下所能輸出的電量，它等于放電電流與放電時(shí)間的乘積，單位為Ah，其值小于實(shí)際容量。3)標(biāo)稱容量標(biāo)稱容量是用來鑒別電池的近似安時(shí)值。12/27/20235第一節(jié)電動汽車動力電池4)額定容量額定容量也稱保證容量，是按國家或有關(guān)部門公布的規(guī)范，保證電流在一定的放電條件下應(yīng)該放出的最低限制的容量。5)荷電形狀荷電形狀(SOC)是電池在一定放電倍率下，剩余電量與一樣條件下額定容量的比值。反映電池容量的變化。SOC=1即表示電池充溢形狀。隨著電池的放電，電池的電荷數(shù)逐漸減少，此時(shí)電池的充電形狀，可以用SOC的百分?jǐn)?shù)的相對量來表示電池中電荷的變化形狀。普通電池放電高效率區(qū)為(50%～80%)SOC。3內(nèi)阻電流流過電池內(nèi)部遭到的阻力，使電池電壓降低，此阻力稱為電池內(nèi)阻。由于電池內(nèi)阻作用，電池放電時(shí)端電壓低于電動勢和開路電壓。充電時(shí)端電壓高于電動勢和開路電壓。

12/27/20236第一節(jié)電動汽車動力電池4能量電池的能量是指在一定放電制度下，電池所能輸出的電能，單位是Wh或kWh。它影響電動汽車的行駛間隔。1)實(shí)際能量實(shí)際能量是電池的實(shí)際容量與額定電壓的乘積，指一定規(guī)范所規(guī)定的放電條件下，電池所輸出的能量。2)實(shí)踐能量實(shí)踐能量是電池實(shí)踐容量與平均任務(wù)電壓的乘積，表示在一定條件下電池所能輸出的能量。3)比能量比能量也稱質(zhì)量比能量，是指電池單位質(zhì)量所能輸出的電能，單位是Wh／kg。常用比能量來比較不同的電池系統(tǒng)。實(shí)際比能量是指lkg電池反響物質(zhì)完全放電時(shí)實(shí)際上所能輸出的能量；實(shí)踐比能量是指lkg電池反響物質(zhì)所能輸出的實(shí)踐能量。電池的比能量是綜合性目的，它反映了電池的質(zhì)量程度。電池的比能量影響電動汽車的整車質(zhì)量和續(xù)駛里程，是評價(jià)電動汽車的動力電池能否滿足預(yù)定的續(xù)駛里程的重要目的。4)能量密度能量密度也稱體積比能量，是指電池單位體積所能輸出的電能，單位是Wh／L。12/27/20237第一節(jié)電動汽車動力電池5功率電池的功率是指電池在一定放電制度下，單位時(shí)間內(nèi)所輸出能量的大小，單位為W或kW。電池的功率決議了電動汽車的加速性能和爬坡才干。1)比功率單位質(zhì)量電池所能輸出的功率稱為比功率，也稱質(zhì)量比功率，單位為W／kg或kW／kg。2)功率密度單位體積電池所能輸出的功率稱為功率密度，也稱體積比功率，單位為W／L或kW／L。12/27/20238第一節(jié)電動汽車動力電池6輸出效率動力電池作為能量存儲器，充電時(shí)把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，放電時(shí)把電能釋放出來。在這個(gè)可逆的電化學(xué)轉(zhuǎn)換過程中，有一定的能量損耗。通常用電池的容量效率和能量效率來表示。1)容量效率指電池放電時(shí)輸出的容量與充電時(shí)輸入的容量之比。式中，ηc為電池的容量效率；C放為電池放電時(shí)輸出的容量；C充為電池充電時(shí)輸入的容量。影響電池容量效率的主要要素是副反響。當(dāng)電池充電時(shí)，有一部分電量耗費(fèi)在水的分解上。此外，自放電、電極活性物質(zhì)的零落、結(jié)塊、孔率收縮等也降低容量輸出。2)能量效率，也稱電能效率指電池放電時(shí)輸出的能量與充電時(shí)輸入的能量之比。式中，ηw為電池的能量效率；W放為電池放電時(shí)輸出的能量；W充為電池充電時(shí)輸入的能量。影響能量效率的緣由是電池存在內(nèi)阻，它使電池充電電壓添加，放電電壓下降。內(nèi)阻的能量損耗以電池發(fā)熱的方式損耗掉。12/27/20239第一節(jié)電動汽車動力電池7自放電率自放電率是指電池在存放期間容量的下降率，即電池?zé)o負(fù)荷時(shí)本身放電使容量損失的速度。自放電率用單位時(shí)間容量降低的百分?jǐn)?shù)表示。式中，Ca為電池存儲前的容量(Ah)；Cb為電池存儲后的容量(Ah)；T為電池存儲的時(shí)間，常用日、月計(jì)算。8放電速率(放電率)放電速率普通用電池在放電時(shí)的時(shí)間或放電電流與額定電流的比值來表示。1)時(shí)率(時(shí)間率)電池以某種電流強(qiáng)度放電，放完額定容量所經(jīng)過的放電時(shí)間。汽車用電池普通用20小時(shí)率容量表示。2)倍率(電流率)電池以某種電流強(qiáng)度放電的數(shù)值為額定容量數(shù)值的倍數(shù)。9運(yùn)用壽命運(yùn)用壽命是指電池在規(guī)定條件下的有效壽命期限。電池的運(yùn)用壽命包括運(yùn)用期限和運(yùn)用周期。運(yùn)用期限是指電池可供運(yùn)用的時(shí)間，包括電池的存放時(shí)間。運(yùn)用周期是指電池可供反復(fù)運(yùn)用的次數(shù)。12/27/202310第一節(jié)電動汽車動力電池三電動汽車對動力電池的要求電動汽車對動力電池的要求主要有：(1)比能量高。為了提高電動汽車的續(xù)駛里程，要求電動汽車上的動力電池盡可能儲存多的能量，但電動汽車又不能太重，其安裝電池的空間也有限，這就要求電池具有高的比能量。(2)比功率大。為了能使電動汽車在加速行駛、爬坡才干和負(fù)載行駛等方面能與燃油汽車相競爭，就要求電池具有高的比功率。(3)充放電效率高。電池中能量的循環(huán)必需經(jīng)過充電-放電充電的循環(huán)，高的充放電效率對保證整車效率具有至關(guān)重要的作用。(4)相對穩(wěn)定性好。電池該當(dāng)在快速充放電和充放電過程變工況的條件下堅(jiān)持性能的相對穩(wěn)定，使其在動力系統(tǒng)運(yùn)用條件下能到達(dá)足夠的充放電循環(huán)次數(shù)。(5)運(yùn)用本錢低。除了降低電池的初始購買本錢外，還要提高電池的運(yùn)用壽命以延伸其改換周期。(6)平安性好。電池應(yīng)不會引起自燃或熄滅，在發(fā)生碰撞等事故時(shí)，不會對乘員呵斥損傷。12/27/202311第一節(jié)電動汽車動力電池美國先進(jìn)電池開發(fā)結(jié)合體(USABC)對電動汽車用動力電池制定的開發(fā)目的12/27/202312第一節(jié)電動汽車動力電池四電池充放電和SOC估計(jì)1電池的充電特性電池的充電方法：常規(guī)充電和快速充電兩種。常規(guī)充電方法主要有恒流充電法、分段電流充電法、恒壓充電法、恒壓限流充電法等?？焖俪潆姺椒ǎ好}沖式充電法、變電流間歇充電法、變電壓間歇充電法。2電池的放電特性

12/27/202313第一節(jié)電動汽車動力電池3電池SOC估計(jì)電池剩余容量的多少普通用電池荷電形狀(SOC)來描畫。電池荷電形狀是無量綱的量，既可以反映電池剩余的電量，也可以反映電池耗費(fèi)的電量。電池荷電形狀估算是蓄電池管理系統(tǒng)的中心部分，也是電池管理技術(shù)的難點(diǎn)之一。電動汽車電池在運(yùn)用過程中表現(xiàn)為高度非線性，這使得準(zhǔn)確估算蓄電池荷電形狀具有很大難度。目前國內(nèi)外蓄電池常用的荷電形狀估計(jì)的方法主要有放電實(shí)驗(yàn)法、安時(shí)計(jì)量法、開路電壓法、負(fù)載電壓法、電化學(xué)阻抗頻譜法、內(nèi)阻法、線性模型法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和卡爾曼濾波法等。

12/27/202314第一節(jié)電動汽車動力電池五電池性能的檢測1電池充電性能測試充電過程中的主要檢測參數(shù)有充電接受才干(充電效率)及充電最高電壓等。充電效率是指電池在充電時(shí)充入電池的電能與所耗費(fèi)的總電能之比，以百分?jǐn)?shù)表示。充電電流的大小、充電方法、充電時(shí)的溫度直接影響到充電效率。電池的耐過充才干是其充電過程中的另一個(gè)重要目的。蓄電池應(yīng)具有良好的耐過充性能，即使電池處于極端充電條件下，也能擁有較為優(yōu)良的運(yùn)用性能。例如，對于Ni-MH電池，普通要求在lC充電率下，電池充電90min應(yīng)無走漏，充電6h內(nèi)不發(fā)生爆裂。2電池放電性能測試電池的放電性能受放電制度的影響，放電制度主要包括放電時(shí)間、電流、環(huán)境溫度及終止電壓等。電池的放電方法主要分恒流放電和恒阻放電兩種。3電池容量的測定；4電池壽命的測試；5電池內(nèi)阻、內(nèi)壓的測定6高、低環(huán)境溫度下電池性能的測定；7自放電及儲存性能的測試8平安性能測試〔耐過充、過放才干的測試、短路測試、耐高溫測試、鉆孔實(shí)驗(yàn)、機(jī)械性能、抗腐蝕性能測試〕12/27/202315第一節(jié)電動汽車動力電池六國內(nèi)外動力電池開展現(xiàn)狀和動向1國外動力電池開展現(xiàn)狀和動向〔1〕國外電池企業(yè)技術(shù)程度先進(jìn)，尤其是動力電池一致性較好，運(yùn)用壽命長，能滿足整車要求，但本錢較高?！?〕國外電池企業(yè)與整車或零部件廠家組建合資公司，共同開發(fā)和消費(fèi)動力電池及其管理系統(tǒng)。〔3〕政府注重動力電池與相關(guān)資料的研發(fā)，積極投入巨資資助企業(yè)開發(fā)?！?〕日本電池企業(yè)大多自籌資金投資建廠；美國電池企業(yè)大多以政府資助方式投資建廠。〔5〕國外相關(guān)機(jī)構(gòu)和企業(yè)已啟動下一代新型動力電池開發(fā)工程。

12/27/202316第一節(jié)電動汽車動力電池2我國動力電池開展現(xiàn)狀1〕電池資料〔1〕我國動力電池主要原資料資源豐富，產(chǎn)業(yè)化開展有保證。〔2〕鋰離子電池負(fù)極資料已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，產(chǎn)品性能居于國際先進(jìn)程度?！?〕磷酸鐵鋰資料消費(fèi)企業(yè)眾多，能滿足動力電池運(yùn)用的較少?！?〕鋰離子動力電池隔膜資料已研發(fā)出樣品，性能有待改良?！?〕鎳氫電池的發(fā)泡鎳曾經(jīng)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，產(chǎn)品銷量占世界前列。2〕電池產(chǎn)品〔1〕鋰離子電池已構(gòu)成產(chǎn)品系列，能支持樣車和示范車型配套，但間隔產(chǎn)業(yè)化運(yùn)用仍有較大差距?！?〕鋰離子電池的平安性能目的獲得明顯提高?！?〕國內(nèi)鋰離子電池企業(yè)技術(shù)程度參差不齊，總體與國際先進(jìn)程度存在一定差距，且存在差距繼續(xù)擴(kuò)展的趨勢?！?〕鎳氫電池已構(gòu)成產(chǎn)品系列，產(chǎn)品性能已有明顯提高，部分產(chǎn)品可與量產(chǎn)車型配套?！?〕國內(nèi)動力電池成組技術(shù)較落后，離產(chǎn)業(yè)化尚有較大差距?！?〕國內(nèi)企業(yè)規(guī)劃擴(kuò)展投資，積極進(jìn)展產(chǎn)業(yè)化預(yù)備。12/27/202317第一節(jié)電動汽車動力電池3〕電池管理系統(tǒng)〔1〕我國在電池管理系統(tǒng)方面已獲得一定進(jìn)展，產(chǎn)品功能較為完備，能支持示范車型配套，但尚未到達(dá)產(chǎn)業(yè)化程度?！?〕電池和整車行業(yè)都缺乏電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)和消費(fèi)閱歷，且雙方缺乏嚴(yán)密的協(xié)作?！?〕國內(nèi)電池企業(yè)較少介入電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造，普通委托專業(yè)電子公司或高校開發(fā)相關(guān)系統(tǒng)?！?〕電池廠家對電池內(nèi)部變化規(guī)律研討不夠深化，缺乏數(shù)據(jù)積累，無法與設(shè)計(jì)公司進(jìn)展深化溝通，影響產(chǎn)品性能?！?〕產(chǎn)品功能較簡單，在數(shù)據(jù)采集的可靠性、SOC的估算精度、熱管理、平衡、平安管理等方面與國外存在很大差距?！?〕電子元器件多為非車用級，產(chǎn)品電磁兼容性差，穩(wěn)定性和可靠性低。4〕動力電池回收與處置〔1〕車用動力電池的消費(fèi)和報(bào)廢對環(huán)境污染的壓力不斷添加。〔2〕國內(nèi)缺乏完善的回收處置體系?！?〕電池梯級利用方式能夠較難實(shí)施。12/27/202318第一節(jié)電動汽車動力電池3我國動力電池開展存在的問題1〕電池資料〔1〕磷酸鐵鋰資料批次穩(wěn)定性差，導(dǎo)電性存在差別，且面臨專利風(fēng)險(xiǎn)?！?〕國產(chǎn)動力電池隔膜產(chǎn)業(yè)化尚待時(shí)日?！?〕傳統(tǒng)鎳氫電池的貯氫資料和氫氧化鎳無法完全滿足動力電池要求，需求電池制造廠家后續(xù)處置。2〕電池產(chǎn)品〔1〕磷酸鐵鋰電池廢品率低，本錢高。〔2〕動力電池產(chǎn)品一致性不好。3〕消費(fèi)設(shè)備電池與資料的消費(fèi)設(shè)備廠家研發(fā)制造才干薄弱，其產(chǎn)品難以滿足動力電池及資料消費(fèi)的需求。4〕電池管理系統(tǒng)〔1〕缺乏熟習(xí)電池和電池管理系統(tǒng)的復(fù)合型專業(yè)人員。〔2〕系統(tǒng)功能簡單，性能與國外存在很大差距?！?〕產(chǎn)品工程化設(shè)計(jì)才干較弱，產(chǎn)品可靠性差。

12/27/202319第一節(jié)電動汽車動力電池4動力電池產(chǎn)業(yè)化開展的建議〔1〕盡快實(shí)施動力電池系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)工程〔2〕盡快落實(shí)電池專項(xiàng)突破方案〔3〕完善動力電池及資料的規(guī)范體系〔4〕建立適宜的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟〔5〕建立動力電池系統(tǒng)供應(yīng)商準(zhǔn)入制度第三章電動汽車動力電池和驅(qū)動電機(jī)12/27/202320第二節(jié)電動汽車驅(qū)動電機(jī)一電動汽車對驅(qū)動電機(jī)性能的根本要求汽車行駛的特點(diǎn)是頻繁地啟動、加速、減速、停車等。在低速或爬坡時(shí)需求高轉(zhuǎn)矩，在高速行駛時(shí)需求低轉(zhuǎn)矩。電動機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)能滿足汽車從零到最大行駛速度的要求，即要求電動機(jī)具有高的比功率和功率密度。電動汽車電動機(jī)應(yīng)滿足的主要要求可歸納為如下10個(gè)方面：1)高電壓。在允許的范圍內(nèi)，盡能夠采用高電壓，可以減小電動機(jī)的尺寸和導(dǎo)線等配備的尺寸，特別是可以降低逆變器的本錢。2)轉(zhuǎn)速高。電動汽車所采用的感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可以到達(dá)8000-12000r／min，高轉(zhuǎn)速電動機(jī)的體積較小，質(zhì)量較輕，有利于降低裝車的配備質(zhì)量。3)質(zhì)量輕，體積小。電動機(jī)可經(jīng)過采用鋁合金外殼等途徑降低電動機(jī)的質(zhì)量，各種控制安裝和冷卻系統(tǒng)的資料等也應(yīng)盡能夠選用輕質(zhì)資料。4)電動機(jī)應(yīng)具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩和較大范圍的調(diào)速性能，以滿足啟動、加速、行駛、減速、制動等所需的功率與轉(zhuǎn)矩。5)電動汽車驅(qū)動電動機(jī)需求有4～5倍的過載，以滿足短時(shí)加速行駛與最大爬坡度的要求，而工業(yè)驅(qū)動電動機(jī)只需求有2倍的過載就可以了。6)電動汽車驅(qū)動電動機(jī)應(yīng)具有高的可控性、穩(wěn)態(tài)精度、動態(tài)性能，以滿足多部電動機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，而工業(yè)驅(qū)動電動機(jī)只需求滿足某一種特定的性能。12/27/202321第二節(jié)電動汽車驅(qū)動電機(jī)(7)電動機(jī)應(yīng)具有高效率、低損耗，并在車輛減速時(shí)，可進(jìn)展制動能量回收。(8)電氣系統(tǒng)平安生和控制系統(tǒng)的平安性應(yīng)到達(dá)有關(guān)的規(guī)范和規(guī)定。電動汽車的各種動力電池組和電動機(jī)的任務(wù)電壓可以到達(dá)300V以上，因此必需配備高壓維護(hù)設(shè)備以保證平安。(9)可以在惡劣條件下可靠任務(wù)。電動機(jī)應(yīng)具有高的可靠性、耐溫暖耐潮性，并且運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪聲低，可以在較惡劣的環(huán)境下長期任務(wù)。(10)構(gòu)造簡單，適宜大批量消費(fèi)，運(yùn)用維修方便，價(jià)錢廉價(jià)等。12/27/202322第二節(jié)電動汽車驅(qū)動電機(jī)二電動汽車驅(qū)動電機(jī)的分類和特點(diǎn)電機(jī)可分為交流電機(jī)、直流電機(jī)、交/直流兩用電機(jī)、控制電機(jī)(包括步進(jìn)、測速、伺服、自整角等)、開關(guān)磁阻電機(jī)及信號電機(jī)等多種。適用于電力驅(qū)動的電機(jī)可分為：直流電機(jī)(將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電機(jī))和交流電機(jī)(將交流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電機(jī))兩大類。目前在電動汽車上已運(yùn)用的和有運(yùn)用前景的有直流電機(jī)、交流感應(yīng)(異步)電機(jī)、永磁無刷電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)等。

12/27/202323第二節(jié)電動汽車驅(qū)動電機(jī)1直流電機(jī)的特點(diǎn)及其性能參數(shù)直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是具有優(yōu)良的電磁轉(zhuǎn)矩控制特性，啟動轉(zhuǎn)矩、制動轉(zhuǎn)矩大，易于快速啟動、停車；調(diào)速比較方便，調(diào)速范圍寬，易于平滑調(diào)理；控制安裝簡單、價(jià)廉。直流電機(jī)的磁場和電樞可以分別控制，因此控制起來比較容易，而且控制性能較好。直流電機(jī)的容量范圍很廣，可以根據(jù)所需的轉(zhuǎn)矩和最高轉(zhuǎn)速來選用所需求的容量。市場上有各種不同構(gòu)造的直流電動機(jī)供選用，直流電機(jī)的制造技術(shù)和控制技術(shù)都較成熟，驅(qū)動系統(tǒng)價(jià)錢較廉價(jià)。直流電機(jī)的缺陷是效率較低、質(zhì)量大、構(gòu)造較復(fù)雜、體積大、價(jià)錢貴。直流電機(jī)上有電刷、換向器等接觸零件，它們?nèi)菀啄p。在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)電刷與換向器之間會產(chǎn)生火花，嚴(yán)重時(shí)形成“環(huán)火〞，限制了直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的提高。在早期開發(fā)的電動汽車上多采用直流電動機(jī)，但在新研制的電動汽車上已根本不采用直流電機(jī)。根據(jù)國家規(guī)范，直流電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)有額定容量Pe(kW)、額定電壓以(V)、額定電流(A)、額定轉(zhuǎn)速(r/min)、勵磁方式及額定勵磁電流Ife(A)及額定勵磁電壓Ufe(V)等。額定容量是指其軸上輸出的機(jī)械功率，等于額定電壓與額定電流之積再乘以機(jī)械效率。12/27/202324第二節(jié)電動汽車驅(qū)動電機(jī)2交流電機(jī)的特點(diǎn)及其性能參數(shù)交流電機(jī)可分為同步電機(jī)和異步電機(jī)兩大種類，異步電機(jī)具有構(gòu)造簡單、價(jià)錢廉價(jià)、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、維護(hù)方便、效率較高等優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛的運(yùn)用。據(jù)估計(jì)，90％左右的電動機(jī)均為異步電機(jī)。在電網(wǎng)總負(fù)荷中，異步電機(jī)用電量占60％以上。異步電機(jī)的缺陷是功率因數(shù)低，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)必需從電網(wǎng)吸收無功電流來建立磁場，故其功率因數(shù)小于1。大量的異步電機(jī)在電網(wǎng)中運(yùn)轉(zhuǎn)，使電網(wǎng)的功率因數(shù)降低，所以必需用其他的方法進(jìn)展補(bǔ)償。異步感應(yīng)電機(jī)曾經(jīng)可以大批量消費(fèi)，有各種不同型號規(guī)格的系列產(chǎn)品供用戶選用，其主要性能目的有額定功率、電壓、電流、頻率等，其定義如下：1〕額定功率Pe：電動機(jī)在額定工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸上輸出的機(jī)械功率，單位為kW。2〕額定電壓Ue：電動機(jī)在額定工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，加在定子繞組上的線電壓，單位為V。3〕額定電流：指電機(jī)任務(wù)在額定電壓和額定頻率下輸出額定功率時(shí)，定子繞組中的電流，單位為A。4〕額定頻率fe：指電機(jī)所接的交流電源的頻率。5〕額定轉(zhuǎn)速ne：指電機(jī)任務(wù)在額定電壓額定頻率和額定輸出功率時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r／min。12/27/202325第二節(jié)電動汽車驅(qū)動電機(jī)3永磁電機(jī)的特點(diǎn)根據(jù)輸入電機(jī)接線端的電流種類可分為永磁直流電機(jī)和永磁交流電機(jī)。由于永磁交流驅(qū)動電機(jī)沒有電刷、換向器或滑環(huán)，因此也可稱為永磁無刷電機(jī)。根據(jù)輸入電機(jī)接線端的交流波形，永磁無刷電機(jī)可分為永磁同步電機(jī)和永磁無刷直流電機(jī)。輸入永磁同步電機(jī)的是交流正弦或近似正弦坡，采用延續(xù)轉(zhuǎn)子位置反響信號來控制換向；而輸入永磁無刷直流電機(jī)的是交流方波，采用離散轉(zhuǎn)子位置反響信號控制換向。永磁電機(jī)因運(yùn)用永磁體，所以不用勵磁，從而省去了勵磁功率。永磁同步電機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子既無能耗，又無鐵耗，因此效率提高，耗損降低，無功功率很小，其功率因數(shù)為0.95以上。其主要特點(diǎn)可歸納為如下四個(gè)方面：①高效節(jié)能、功率因數(shù)高。普通效率到達(dá)95％以上,異步電機(jī)提高。10％～15％。因永磁同步電機(jī)沒有勵磁功率，無功損耗很小，功率因數(shù)大于0.95～0.99，接近于1，系統(tǒng)綜合節(jié)電明顯。②效率曲線平直。永磁同步電機(jī)效率曲線好，負(fù)載在1/4時(shí)，效率仍能到達(dá)92％以上。③構(gòu)造簡單，便于維護(hù)。與普通異步電機(jī)一樣，主要由定子、轉(zhuǎn)子及機(jī)殼構(gòu)成，無滑環(huán)、無電刷、構(gòu)造簡單、壽命長、維護(hù)方便。④調(diào)速精度高。永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速完全與頻率同步，不受電源電壓和負(fù)載變化的影響。在任何情況下，永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速的誤差都不大于0.25r/min，假設(shè)誤差超越0.5r/min，就進(jìn)入失步形狀。12/27/202326第二節(jié)電動汽車驅(qū)動電機(jī)永磁無刷直流電動機(jī)的特點(diǎn)永磁無刷直流電動機(jī)由于沒有碳刷與換向器，所以沒有維修與保養(yǎng)的需求；由于采用永磁轉(zhuǎn)子，所以沒有勵磁損耗的問題。與其他電動機(jī)相比其特點(diǎn)有：1)低頻轉(zhuǎn)矩大，低速可以到達(dá)實(shí)際轉(zhuǎn)矩輸出；啟動轉(zhuǎn)矩可以到達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的兩倍或更高，并且過載容量高，負(fù)載轉(zhuǎn)矩變動在200％以內(nèi)輸出轉(zhuǎn)速不變。2)轉(zhuǎn)速彈性大，轉(zhuǎn)速范圍為幾十轉(zhuǎn)到十萬轉(zhuǎn)；運(yùn)轉(zhuǎn)精度高，轉(zhuǎn)速精度可達(dá)1/3000轉(zhuǎn)，并且不受電壓與負(fù)載變動的影響。3)構(gòu)造簡單結(jié)實(shí)、免維護(hù)或少維護(hù)、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用更低，沒有保養(yǎng)維修的煩惱。4)永磁無刷直流電動機(jī)尺寸小、質(zhì)量輕，具有很高的功率密度。5)綜合效率高，明顯高出有刷直流的效率及歐盟CEMED效率規(guī)范。永磁無刷直流電動機(jī)的主要缺乏是勵磁不能控制，因此永磁電動機(jī)不能得到類似于繞線直流電動機(jī)的任務(wù)特性。另外，控制系統(tǒng)較為復(fù)雜。12/27/202327第二節(jié)電動汽車驅(qū)動電機(jī)4開關(guān)磁阻電機(jī)的特點(diǎn)磁阻式SR(SwitchResistance)電機(jī)也叫可變磁阻式VR(VariableReluctance)電機(jī)，隨著科學(xué)技術(shù)提高，磁阻式電機(jī)的性能不斷提高，其性能在較大的功率范圍內(nèi)已不低于其他方式的電機(jī)，并且在很多性能目的上超越了其他電機(jī)。因此，自20世紀(jì)80年代年以后，國際上掀起了開關(guān)磁阻電機(jī)研討熱，并繼續(xù)至今，使開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)用已擴(kuò)展到礦山機(jī)械(采煤機(jī)、保送帶等)、航空發(fā)動機(jī)、電梯、電動汽車、洗衣機(jī)、食品加工機(jī)、火車空調(diào)機(jī)、織布機(jī)等領(lǐng)域。開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在一些機(jī)械中發(fā)揚(yáng)出獨(dú)有的優(yōu)勢，已難以為其他類變速傳動系統(tǒng)所替代。1〕磁阻電機(jī)的優(yōu)勢〔1〕磁阻電機(jī)構(gòu)造簡單、本錢低、適用于高速。其突出的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)子上沒有任何方式的繞組，轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度極高，可以用于超高速運(yùn)轉(zhuǎn)。在定子方面，它只需幾個(gè)集中繞組，因此制造簡便，絕緣容易?！?)功率電路簡單可靠。由于電機(jī)只需一方向繞組電流，功率電路可以做到每相一個(gè)功率開關(guān)，從根本上防止了直通短路景象。因此開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中功率電路的維護(hù)電路可以簡化，既降低了本錢，又具有高的任務(wù)可靠性。12/27/202328第二節(jié)電動汽車驅(qū)動電機(jī)〔3〕各相獨(dú)立任務(wù)，可靠性高。從電機(jī)的電磁構(gòu)造上看，各相繞組和磁路相互獨(dú)立，各自在一定軸角范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。從控制器構(gòu)造上看，各相電路各自給一相繞組供電，普通也是相互獨(dú)立任務(wù)。系統(tǒng)可構(gòu)成可靠性極高的系統(tǒng)，可以適用于宇航等特殊場所?！?〕啟動電流小、轉(zhuǎn)矩大。低啟動電流控制器從電源側(cè)吸收較少的電流，在電機(jī)側(cè)得到較大的啟動轉(zhuǎn)矩是磁阻電機(jī)的一大特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)闡明，啟動電流為15％和30％額定電流時(shí)獲得的。啟動轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的100％和150％。并且啟動電流小、轉(zhuǎn)矩大的優(yōu)點(diǎn)還可以延伸到低速運(yùn)轉(zhuǎn)段，因此開關(guān)磁阻電機(jī)很適宜電動車輛等需求重載啟動和較長時(shí)低速重載運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械?！?〕適用于頻繁起、停及正、反向轉(zhuǎn)換運(yùn)轉(zhuǎn)。開關(guān)磁阻電機(jī)具有低啟動電流、高啟動轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，使之在啟動過程中電流沖擊小，電動機(jī)和控制器發(fā)熱較延續(xù)額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)還小。〔6〕可控參數(shù)多，調(diào)速性能好。控制開關(guān)磁阻電機(jī)的主要運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)有相開通角、相關(guān)斷角、相電流幅值及相繞組電壓等。因此可控參數(shù)多，控制靈敏方便。負(fù)載才干曲線?！?〕損耗小，效率高。由于其轉(zhuǎn)子不存在繞組銅損，加上可控參數(shù)多，靈敏方便，易于在寬轉(zhuǎn)速范圍和不同負(fù)載下實(shí)現(xiàn)高效優(yōu)化控制。其效率在很寬范圍內(nèi)都在87％以上?！?〕易于回收利用。定子和轉(zhuǎn)子資料都是常見硅鋼片。容易得到且回收利用容易?！?〕高溫運(yùn)轉(zhuǎn)性能好。由于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子不發(fā)熱，冷卻控制比較容易，可以在高溫下運(yùn)轉(zhuǎn)。12/27/202329第二節(jié)電動汽車驅(qū)動電機(jī)2〕開關(guān)磁阻電動機(jī)的缺陷〔1〕轉(zhuǎn)矩有脈動景象。開關(guān)磁阻電機(jī)中的磁場是騰躍性旋轉(zhuǎn)的，使得開關(guān)磁阻電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生脈動景象。目前僅在不太寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，可使開關(guān)磁阻電機(jī)的脈動降低到交流感應(yīng)電動機(jī)的程度，但要在較大轉(zhuǎn)速