第二章 纯电动汽车动力系统匹配关键部件选型要求电机及其控制器1 12.0.3 基本组成1.1.车载电源车载电源2.2.电池管理系统电池管理系统3.3. 驱动电动机驱动电动机4. 4. 控制系统控制系统5. 5. 车身及底盘车身及底盘6 6. . 安全保护系统安全保护系统2 22.0.3 基本组成1. 1. 车载电源车载电源组成组成 以动力电池组作为车载电源，用周期性的充电来补以动力电池组作为车载电源，用周期性的充电来补充电能。充电能。重要性重要性 动力电池组是动力电池组是EVEV的关键装备，储存的电能、质量和的关键装备，储存的电能、质量和体积，对体积，对EVEV性能起决定性影响，也是发展性能起决定性影响，也是发展EVEV的主要的主要研究和开发对象。研究和开发对象。 EVEV发展的症结在于电池发展的症结在于电池，电池技术对，电池技术对EVEV的制约仍的制约仍然是然是EVEV发展的瓶颈。发展的瓶颈。 建立充电站系统、报废电池回收和处理工厂，是推建立充电站系统、报废电池回收和处理工厂，是推广广EVEV的关键问题。的关键问题。3 32.0.3 基本组成1. 1. 车载电源车载电源发展发展 (1)(1)第一代第一代EVEV电池：电池：铅酸电池铅酸电池 优点：优点：技术成熟，成本低技术成熟，成本低。 缺点：缺点：比能量和比功率低比能量和比功率低不能满足不能满足EVEV续驶里程和续驶里程和动力性能的需求，但进一步发展了阀控铅酸电池、动力性能的需求，但进一步发展了阀控铅酸电池、铅布电池等，使铅酸电池的比能量有所提高。铅布电池等，使铅酸电池的比能量有所提高。 4 42.0.3 基本组成1. 1. 车载电源车载电源发展发展 (2)(2)第二代高能电池：镍第二代高能电池：镍镉电池、镉电池、镍镍氢电池氢电池、钠、钠硫电池、钠硫电池、钠氯化镍电池、氯化镍电池、锂离子电池锂离子电池、锂聚合物、锂聚合物电池、锌电池、锌空气电池和铝空气电池和铝空气电池等空气电池等 优点：优点：比能量和比功率比能量和比功率都比铅酸电池都比铅酸电池高高，大大提高，大大提高了了EVEV的动力性能和续驶里程。的动力性能和续驶里程。 缺点：有些高能电池缺点：有些高能电池需要复杂的电池管理系统和温需要复杂的电池管理系统和温度控制系统度控制系统，各种电池对充电技术有不同要求。而，各种电池对充电技术有不同要求。而且电化学电池中的活性物质在使用一定的期限后，且电化学电池中的活性物质在使用一定的期限后，会老化变质以至完全丧失充电和放电功能而报废，会老化变质以至完全丧失充电和放电功能而报废，从而使从而使EVEV的使用的使用成本高成本高。5 52.0.3 基本组成1. 1. 车载电源车载电源发展发展 (3)(3)第三代电池：第三代电池：飞轮电池飞轮电池、超级电容器超级电容器 飞轮电池是电能飞轮电池是电能机械能机械能电能转换的电池。电能转换的电池。 超级电容器是电能超级电容器是电能电位能电位能电能转换的电池。电能转换的电池。 这两种储能器在理论上都具有很大的转换能力，而这两种储能器在理论上都具有很大的转换能力，而且且充电和放电方便迅速充电和放电方便迅速，但尚，但尚处于研制阶段处于研制阶段。6 62.0.3 基本组成1. 1. 车载电源车载电源高压电源高压电源 动力电池组提供约动力电池组提供约155380V155380V高压直流电高压直流电。 动力电池组是供动力电池组是供电机电机工作的唯一动力电源。工作的唯一动力电源。 空调系统的空调系统的空压机空压机，动力转向系统的，动力转向系统的油泵油泵和制动系和制动系统的统的真空泵真空泵等，也需要动力电池组提供动力电能。等，也需要动力电池组提供动力电能。低压电源低压电源 动力电池组通过动力电池组通过DC/DCDC/DC转换器，供应转换器，供应12V12V或或24V24V低压低压电电，并储存到低压电池组中，作为，并储存到低压电池组中，作为仪表、照明和信仪表、照明和信号装置号装置等工作的电源。等工作的电源。7 72.0.3 基本组成2.2.电池管理系统电池管理系统管理管理 对动力电池组充电与放电时的电流、电压、放电深对动力电池组充电与放电时的电流、电压、放电深度、再生制动反馈电流、电池温度等进行控制度、再生制动反馈电流、电池温度等进行控制。 个别电池性能变化后，会影响到整个动力电池组性个别电池性能变化后，会影响到整个动力电池组性能，故需用电池管理系统来对整个动力电池组及其能，故需用电池管理系统来对整个动力电池组及其每一单体电池进行监控，每一单体电池进行监控，保持各个单体电池间的一保持各个单体电池间的一致性致性。充电充电 动力电池组必须进行周期性的充电。动力电池组必须进行周期性的充电。高效率充电装高效率充电装置和快速充电装置置和快速充电装置，是，是EVEV使用时所必须的辅助设备。使用时所必须的辅助设备。可采用可采用地面充电器、车载充电器、接触式充电器或地面充电器、车载充电器、接触式充电器或感应充电器感应充电器等进行充电。等进行充电。8 82.0.3 基本组成3.3. 驱动电动机驱动电动机驱动电动机是驱动电动机是驱动驱动EVEV行驶行驶的唯一动力装置。的唯一动力装置。类型类型 直流电动机直流电动机、交流电动机交流电动机、永磁电动机永磁电动机和和开关磁阻开关磁阻电动机电动机等。等。再生制动再生制动 再生制动是再生制动是EVEV节能的重要措施之一。制动时节能的重要措施之一。制动时电动机电动机可可实现再生制动实现再生制动，一般可回收，一般可回收10%15%10%15%的能量，有的能量，有利于利于延长延长EVEV行驶里程行驶里程。 在在EVEV制动系统中，还保留常规制动系统和制动系统中，还保留常规制动系统和ABSABS制动制动系统，以保证车辆在紧急制动时有系统，以保证车辆在紧急制动时有可靠的制动性能可靠的制动性能. .9 92.0.3 基本组成4. 4. 控制系统控制系统EVEV的控制系统主要是的控制系统主要是对动力电池组的管理和对电动对动力电池组的管理和对电动机的控制机的控制。将加速踏板、制动踏板机械位移的行程量转换为电将加速踏板、制动踏板机械位移的行程量转换为电信号，输入中央控制器，通过动力控制模块控制驱信号，输入中央控制器，通过动力控制模块控制驱动电动机运转。动电动机运转。计算动力电池组剩余电量和剩余续驶里程。计算动力电池组剩余电量和剩余续驶里程。对整车低压系统的电子、电器装置进行控制。对整车低压系统的电子、电器装置进行控制。采用各种各样的传感器、报警装置和自诊断装置等，采用各种各样的传感器、报警装置和自诊断装置等，对整个动力电池组对整个动力电池组功率转换器功率转换器驱动电动机系统驱动电动机系统进行监控进行监控并及时反馈信息和报警。并及时反馈信息和报警。10102.0.3 基本组成5. 5. 车身及底盘车身及底盘车身车身 EVEV车身车身造型特别重视造型特别重视流线型流线型, ,以以降低空气阻力系数降低空气阻力系数。底盘底盘 由于动力电池组的质量大，为由于动力电池组的质量大，为减轻整车质量减轻整车质量，采用采用轻质材料轻质材料制造车身和底盘部分总成制造车身和底盘部分总成。 动力电池组占据的空间大，在底盘布置上动力电池组占据的空间大，在底盘布置上还要有足还要有足够的空间存放动力电池组够的空间存放动力电池组，并且要求线路连接、充，并且要求线路连接、充电、检查和装卸方便，能够实现动力电池组的整体电、检查和装卸方便，能够实现动力电池组的整体机械化装卸。机械化装卸。11112.0.3 基本组成6 6. . 安全保护系统安全保护系统高压安全高压安全 动力电池组具有高压直流电，必须设置安全保护系动力电池组具有高压直流电，必须设置安全保护系统，确保驾驶员、乘员和维修人员在驾驶、乘坐和统，确保驾驶员、乘员和维修人员在驾驶、乘坐和维修时的安全。维修时的安全。故障处理故障处理 必须配备电气装置的故障自检系统和故障报警系统，必须配备电气装置的故障自检系统和故障报警系统，在电气系统发生故障时自动控制在电气系统发生故障时自动控制EVEV不能起动等，及不能起动等，及时防止事故的发生。时防止事故的发生。12122.0.3 基本组成小结小结操纵：在操纵装置和操纵方法上继承或沿用内燃机汽车主操纵：在操纵装置和操纵方法上继承或沿用内燃机汽车主要的操纵装置和操纵方法，适应驾驶员的操作习惯，使要的操纵装置和操纵方法，适应驾驶员的操作习惯，使操操作简单化和规范化作简单化和规范化。控制：在控制：在EVEV控制系统中，采用全自动或半自动的控制系统中，采用全自动或半自动的机电一体机电一体化控制化控制系统，达到安全、可靠、节能、环保和灵活的目的。系统，达到安全、可靠、节能、环保和灵活的目的。电池：电池：提高电池的比能量和比功率提高电池的比能量和比功率，实现电池的高能化。，实现电池的高能化。电机：采用高效率的电能转换系统和高效率的驱动电动机，电机：采用高效率的电能转换系统和高效率的驱动电动机，提高电动机和驱动系统的效率提高电动机和驱动系统的效率。车身和底盘：采用车身和底盘：采用流线型车身流线型车身，降低迎风面积和空气阻力降低迎风面积和空气阻力系数系数。采用轻金属材料、高强度复合材料和新型。采用轻金属材料、高强度复合材料和新型EVEV专用车专用车身和底盘结构，实现身和底盘结构，实现车身和底盘的轻量化车身和底盘的轻量化，减轻整备质量。，减轻整备质量。采用采用低滚动阻力轮胎低滚动阻力轮胎，降低行驶阻力。，降低行驶阻力。再生制动：回收再生制动：回收再生制动再生制动能量，延长行驶里程。能量，延长行驶里程。13132.0.4 关键技术1. 1. 驱动电动机的选择及功率匹配驱动电动机的选择及功率匹配电动机应具有电动机应具有良好的转矩良好的转矩转速特性转速特性，一般具有，一般具有600015000r/min600015000r/min的转速。的转速。根据车辆行驶工况，驱动电动机可以在根据车辆行驶工况，驱动电动机可以在恒转矩区恒转矩区和和恒恒功率区功率区运转。运转。驱动电动机应经常保持在高效率范围内运转。在低速驱动电动机应经常保持在高效率范围内运转。在低速大转矩（恒转矩区）运转范围内效率在大转矩（恒转矩区）运转范围内效率在0.750.850.750.85之间，在恒功率运转范围内效率在之间，在恒功率运转范围内效率在0.80.90.80.9之间。之间。14142.0.4 关键技术2. 2. 动力电池组的选择与特性动力电池组的选择与特性3. 3. 减速器传动比的确定减速器传动比的确定由于电动机的转速高，不能直接驱动车辆的车轮，由于电动机的转速高，不能直接驱动车辆的车轮，通常在驱动系统中通常在驱动系统中采用大速比的减速器或采用大速比的减速器或2 2档变速器档变速器。作用：作用：减速、增扭减速、增扭减速器或变速器中减速器或变速器中不设置倒档不设置倒档齿轮，齿轮，倒车是靠电动倒车是靠电动机的反转来实现机的反转来实现。15152.0.4 关键技术4. 4. 控制系统的设计控制系统的设计目标：目标：延长续驶里程延长续驶里程续驶里程续驶里程 续驶里程指电动汽车从动力蓄电池全充满状态开始续驶里程指电动汽车从动力蓄电池全充满状态开始到标准规定的试验结束时所走过的里程。到标准规定的试验结束时所走过的里程。采用工况采用工况法按照一定的工况反复地循环行驶，是法按照一定的工况反复地循环行驶，是EVEV测定续驶测定续驶里程的基本方法。里程的基本方法。 我国颁布的我国颁布的GB/T 183862001GB/T 183862001电动汽车能量消耗电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法率和续驶里程试验方法适用于适用于EVEV最大总质量最大总质量 3500kg 3500kg ，最高车速，最高车速 70km/h70km/h的的EVEV。16162.0.4 关键技术4. 4. 控制系统的设计控制系统的设计延长续驶里程的方法延长续驶里程的方法 选用选用高比能量的电池高比能量的电池。 减少减少EVEV在在行驶行驶中各种环节中的中各种环节中的能量损耗能量损耗。 减少减少EVEV辅助系统的电能消耗辅助系统的电能消耗，对空调、动力转向等，对空调、动力转向等进行自动控制。进行自动控制。 设计新设计新EVEV时，在造型、结构、材料和配件方面，应时，在造型、结构、材料和配件方面，应使使G, f G, f 和和 C CD D等尽量降低等尽量降低。17172.0.5 发展趋势当前当前EVEV主要向主要向小型化、个性化、家庭化和休闲化小型化、个性化、家庭化和休闲化方方向开辟市场，可适当地降低对动力性能、最高车速向开辟市场，可适当地降低对动力性能、最高车速和续驶里程方面的要求。和续驶里程方面的要求。世界各国都有各式各样的微型和小型世界各国都有各式各样的微型和小型EVEV在使用。如在使用。如日本丰田汽车公司日本丰田汽车公司E-comE-com微型电动轿车和日产汽车公微型电动轿车和日产汽车公司的司的HyperminiHypermini微型电动轿车。微型电动轿车。NissanNissan HyperminiHypermini(2000(2000)18182.1 电动汽车驱动系统 2.1.1 组成和结构形式 2.1.2 传统的驱动系统 2.1.3 简化的传统驱动系统 2.1.4 电动机驱动桥整体式 驱动系统 2.1.5 双电动机驱动系统 2.1.6 内转子电动轮驱动系统 2.1.7 外转子电动轮驱动系统19192.1.1 组成和结构形式组成组成动力电池组动力电池组驱动电动机驱动电动机传动系统传动系统驱动轮驱动轮控制装置控制装置驱动系统驱动系统结构形式结构形式 传统的驱动系统传统的驱动系统 简化的传统驱动系统简化的传统驱动系统 电动机电动机驱动桥整体式驱动系统驱动桥整体式驱动系统 双电动机驱动系统双电动机驱动系统 内转子电动轮驱动系统内转子电动轮驱动系统 外转子电动轮驱动系统外转子电动轮驱动系统20202.1.2 传统的驱动系统电动机替代发动机电动机替代发动机。仍然仍然采用内燃机汽车的传动系统采用内燃机汽车的传动系统，包括离合器、变，包括离合器、变速器、传动轴和驱动桥等总成。速器、传动轴和驱动桥等总成。有电动机前置、驱动桥前置有电动机前置、驱动桥前置(F-F)(F-F)，电动机前置、驱，电动机前置、驱动桥后置动桥后置(F-R)(F-R)等各种驱动模式。等各种驱动模式。结构复杂，效率低，不能充分发挥电动机的性能。结构复杂，效率低，不能充分发挥电动机的性能。MM电动机电动机CC离合器离合器GBGB变速器变速器DD差速器差速器21212.1.1 组成和结构形式组成组成动力电池组动力电池组驱动电动机驱动电动机传动系统传动系统驱动轮驱动轮控制装置控制装置驱动系统驱动系统结构形式结构形式 传统的驱动系统传统的驱动系统 简化的传统驱动系统简化的传统驱动系统 电动机电动机驱动桥整体式驱动系统驱动桥整体式驱动系统 双电动机驱动系统双电动机驱动系统 内转子电动轮驱动系统内转子电动轮驱动系统 外转子电动轮驱动系统外转子电动轮驱动系统22222.1.2 传统的驱动系统电动机替代发动机电动机替代发动机。仍然仍然采用内燃机汽车的传动系统采用内燃机汽车的传动系统，包括离合器、变，包括离合器、变速器、传动轴和驱动桥等总成。速器、传动轴和驱动桥等总成。有电动机前置、驱动桥前置有电动机前置、驱动桥前置(F-F)(F-F)，电动机前置、驱，电动机前置、驱动桥后置动桥后置(F-R)(F-R)等各种驱动模式。等各种驱动模式。结构复杂，效率低，不能充分发挥电动机的性能。结构复杂，效率低，不能充分发挥电动机的性能。MM电动机电动机CC离合器离合器GBGB变速器变速器DD差速器差速器23232424经典汽车设计理论推导车辆行驶平衡方程252526262727驱动方程驱动系统的动力输出特性与车辆的动力性能直接相关。驱动系统的动力输出应该满足车辆的动力性要求。在设计电动汽车驱动系统时，为了使电动汽车达到要求的动力性能指标，首先必须建立电动汽车的力学模型，对电动汽车行驶过程中力与功率的平衡进行分析，以得到电动汽车的需求特性场。2828主要部件选型设计纯电动汽车首先要进行选型设计，除了车型选设计纯电动汽车首先要进行选型设计，除了车型选择外，电机类型与其性能择外，电机类型与其性能参数、电池类型与其性能参数、控制方式的选择、参数、电池类型与其性能参数、控制方式的选择、电池数量的选择等都是首先要确定的。电池数量的选择等都是首先要确定的。1 1电机功率的选择电机功率的选择2929主要部件选型电机功率的选择将对电动汽车的动力性和经济性有电机功率的选择将对电动汽车的动力性和经济性有着重要的影响。对于纯电动汽车用电机，在选择电着重要的影响。对于纯电动汽车用电机，在选择电机的功率时还要考虑以下几个因素机的功率时还要考虑以下几个因素: :a a、最高车速。电机的功率必须能满足电动汽车最高、最高车速。电机的功率必须能满足电动汽车最高车速的功率要求，以保证汽车在良好路面和空载情车速的功率要求，以保证汽车在良好路面和空载情况下，能获得较高的行驶速度。况下，能获得较高的行驶速度。b b、加速性能。电机的功率越大，则电动汽车的后备、加速性能。电机的功率越大，则电动汽车的后备功率就越多，从而其加速性能越好。但过多的后备功率就越多，从而其加速性能越好。但过多的后备功率又会增加纯电动汽车不必要的能量消耗。功率又会增加纯电动汽车不必要的能量消耗。c c、由于汽车的行驶工况较为复杂，需要电机具有一、由于汽车的行驶工况较为复杂，需要电机具有一定的过载能力，即能承受较大的过载电流，能发出定的过载能力，即能承受较大的过载电流，能发出高于额定转矩高于额定转矩2 2倍以上的转矩。倍以上的转矩。3-53-5倍倍3030主要部件选型2 电机、电池电压的选择在选择了电机和电池的类型后，就要确定电机的额定电压和电池的电压。在电机功率一定的情况下，电压越高，电流越低，线路功率损失就越小，电池以小电流放电时，可获得较大的容量。但电压过高，又影响电子元器件的性能和安全。3131主要部件选型3 3电池容量选择电池容量选择众所周知，目前影响电动汽车商品化和实用化进众所周知，目前影响电动汽车商品化和实用化进程的关键因素是电动汽车的续驶里程和电池的使程的关键因素是电动汽车的续驶里程和电池的使用性能用性能( (包括电池的充电时间、安全性、价格和使包括电池的充电时间、安全性、价格和使用寿命等用寿命等) )。在选择电池的容量时，既要满足汽车。在选择电池的容量时，既要满足汽车的续驶里程的设计要求，又要考虑整车的空间结的续驶里程的设计要求，又要考虑整车的空间结构和底盘承载能力。因为选择电池容量过大，电构和底盘承载能力。因为选择电池容量过大，电池组所贮存的电能越多，续驶里程相应延长，但池组所贮存的电能越多，续驶里程相应延长，但电池组的重量增加，整车的整备质量增加，导致电池组的重量增加，整车的整备质量增加，导致行驶阻力也增加，反过来又影响纯电动汽车的续行驶阻力也增加，反过来又影响纯电动汽车的续驶里程。驶里程。3232主要部件选型4 4传动系的传动比的选择传动系的传动比的选择汽车在行驶过程中，通过一定的传动比来满足不汽车在行驶过程中，通过一定的传动比来满足不同行驶工况的需要。传动比起到减速增矩的作用。同行驶工况的需要。传动比起到减速增矩的作用。尽管电机一般都具有较宽的调速范围，但在纯电尽管电机一般都具有较宽的调速范围，但在纯电动汽车的设计过程中要选择合理的传动比，一方动汽车的设计过程中要选择合理的传动比，一方面满足不同工况要求，另一方面使得电机在不同面满足不同工况要求，另一方面使得电机在不同工况运转时，尽量处于高效率范围内，以获得较工况运转时，尽量处于高效率范围内，以获得较高的转化效率，减小功率损失。高的转化效率，减小功率损失。3333电机及其控制器电动机的基本要求电机的驱动曲线图分析常用电机常用控制结构和控制方法3434电动汽车用电动机的基本要求采用大功率的电动机来驱动电动汽车与采用小功采用大功率的电动机来驱动电动汽车与采用小功率的电动机相比，具有电阻小、效率高、比能耗率的电动机相比，具有电阻小、效率高、比能耗低、动力性能好等优点。在确定电动汽车所采用低、动力性能好等优点。在确定电动汽车所采用的电动机时，其性能必须充分满足电动汽车不同的电动机时，其性能必须充分满足电动汽车不同行驶工况的要求。因此其性能要求有行驶工况的要求。因此其性能要求有: : 1 1、要有较大的起动转矩来保证电动汽车的良好、要有较大的起动转矩来保证电动汽车的良好的起动和加速性能的起动和加速性能; ; 爬坡、频繁启爬坡、频繁启/ /停的要求停的要求, ,通常通常电机的过载系数应达电机的过载系数应达3 34 4。 2 2、要有较宽的恒功率范围，保证电动汽车具有、要有较宽的恒功率范围，保证电动汽车具有高速行驶的能力，电动机的过载系数应达到高速行驶的能力，电动机的过载系数应达到2-32-3倍倍; ;3535电动汽车用的电动机的基本要求 3 3、要有较大范围的调速功能，在低速时具有较、要有较大范围的调速功能，在低速时具有较大的转矩，在高速时具有高功率，能够根据驾驶大的转矩，在高速时具有高功率，能够根据驾驶员对加速踏板的控制，随即地调整电动汽车的行员对加速踏板的控制，随即地调整电动汽车的行驶速度和相应的驱动力驶速度和相应的驱动力; ; 4 4、具有良好的效率特性、具有良好的效率特性, ,在较宽的转速在较宽的转速/ /转矩范转矩范围内围内, ,获得最优的效率获得最优的效率, ,提高一次充电后的持续行驶提高一次充电后的持续行驶里程里程, ,一般要求在典型的驾驶循环区一般要求在典型的驾驶循环区, ,获得获得85%85%93%93%的效率。的效率。 5 5、再生制动时的能量回收率高。、再生制动时的能量回收率高。 6 6电动机的外形尺寸要求尽可能小，质量尽可能电动机的外形尺寸要求尽可能小，质量尽可能轻轻; ; 7 7电动机的可靠性好，耐温和耐潮性能强，能够电动机的可靠性好，耐温和耐潮性能强，能够在较恶劣的环境下长期工作，运行时噪音低，维在较恶劣的环境下长期工作，运行时噪音低，维修方便。修方便。 8 8 价格低价格低 3636373738383939电动车驱动力与行驶阻力平衡图4040414119941994年美国通用汽车公司向重庆电机厂定购电动汽车用年美国通用汽车公司向重庆电机厂定购电动汽车用50kW50kW交流感应电机时，提出的电机必须满足的转矩特性交流感应电机时，提出的电机必须满足的转矩特性图图4242电机及其控制技术 纯电动汽车是利用电动机将电能转化为机械能来实现驱动的。电机的种类多、用途广、功率覆盖面非常大。车辆行驶的路面工况较复杂，所以作为电动汽车用的电动机的功率必须要适应这种复杂工况的要求。对于不同的电机，采用的控制理论不同，其控制方法也各异。4343控制结构图4444直流电机一标准斩波驱动系直流电机结构简单，技术成熟，具有交流电动机所不可比拟的优良电磁转矩控制特性，直到20世纪80年代中期，仍是国内外电动汽车用电机的主要研发对象。但是，直流电动机价格高、体积和质量，因此在电动汽车上的应用受到了限制。45452.2.3 直流电机分类分类 永磁直流电机永磁直流电机 励磁绕组直流电机励磁绕组直流电机它励它励并励并励串励串励( (多用多用于电于电动车动车) )复励复励46462.2.3 直流电机优点优点 具有优良的电磁转矩控制特性，具有优良的电磁转矩控制特性，控制装置简单控制装置简单、价廉。、价廉。缺点缺点 效率较低效率较低、质量大质量大、体积大体积大、可靠性低可靠性低( (有换向器和电刷有换向器和电刷). ).控制系统控制系统 斩波器是在直流电源与直流电机之间的一个周期性的通断斩波器是在直流电源与直流电机之间的一个周期性的通断开关装置。开关装置。一象限一象限直流斩直流斩波控制波控制直流斩直流斩波器控波器控制下的制下的输出电输出电压压PWM47472.2.4 感应电机分类分类 绕线式感应电机绕线式感应电机 鼠笼式感应电机：多用于电动车鼠笼式感应电机：多用于电动车优点优点 效率高效率高、结构简单结构简单、坚实、坚实可靠可靠、免维护、免维护、体积小体积小、重量轻重量轻、易于冷却、易于冷却( (可直接向定子和转子喷油可直接向定子和转子喷油) )、寿、寿命长、能有效的实现再生制动等命长、能有效的实现再生制动等 。控制方法控制方法 脉冲宽度调节脉冲宽度调节(PWM)(PWM)；变频变压调节；变频变压调节(VFVV)(VFVV)；矢；矢量控制调节量控制调节(VC)(VC)；直接转矩控制；直接转矩控制(DSC)(DSC)48482.2.5 永磁电机优点优点 高质量比功率高质量比功率，高效率高效率等。等。缺点缺点 控制系统复杂控制系统复杂，成本高成本高，功率范围较小等。，功率范围较小等。4949永磁同步电机驱动系永磁无刷电动机可以分为由方波驱动的无刷直流电动机系永磁无刷电动机可以分为由方波驱动的无刷直流电动机系统统(BLDCM)(BLDCM)和由正弦波驱动的无刷直流电动机系统和由正弦波驱动的无刷直流电动机系统(PMSM)(PMSM)，其中以永磁同步电机应用最为广泛目前，由日，其中以永磁同步电机应用最为广泛目前，由日本研制的电动汽车主要采用这种电机。如丰田的本研制的电动汽车主要采用这种电机。如丰田的PriusPrius混联混联汽车。它们都具有较高的功率密度，其控制方式与感应电汽车。它们都具有较高的功率密度，其控制方式与感应电机基本相同，因此在电动汽车上得到了广泛的应用，是当机基本相同，因此在电动汽车上得到了广泛的应用，是当前电动汽车专用电动机的研发热点。前电动汽车专用电动机的研发热点。BLDCMBLDCM系统不需要绝对位置传感器，一般采用霍尔元件系统不需要绝对位置传感器，一般采用霍尔元件或增量式码盘。或增量式码盘。PMSMPMSM系统需要绝对式码盘或旋转变压器系统需要绝对式码盘或旋转变压器等转子位置传感器，这类电机具有较高的能量密度和效率，等转子位置传感器，这类电机具有较高的能量密度和效率，其体积小、惯性小、响应快，非常适用于电动汽车的驱动其体积小、惯性小、响应快，非常适用于电动汽车的驱动系统，有极好的应用前景。系统，有极好的应用前景。50502.2.6 开关磁阻电机优点优点 高起动转矩、低起动电流高起动转矩、低起动电流 高效率、低损耗高效率、低损耗 电机电机结构简单结构简单，适应于高速运转，成本低，适应于高速运转，成本低 电机功率电路简单电机功率电路简单 可靠性好可靠性好 良好的适应性良好的适应性缺点缺点 控制系统复杂，控制系统复杂，输出转矩波动较大输出转矩波动较大，振动大振动大、噪噪声声大等。大等。5151汽车专用电机驱动目前汽车专用电机驱动系主要有三大驱动系直流电机驱动系、永磁同步电机驱动系、交流感应电机驱动系。52525353545455552.2.7 各种电机的比较驱动电机的基本性能比较驱动电机的基本性能比较项目项目直流电机直流电机感应电机感应电机永磁电机永磁电机开关磁阻电机开关磁阻电机比功率比功率低低中中高高较高较高峰值效率峰值效率(%)(%)85898589949594959595 97979090负荷效率负荷效率(%)(%)80878087909290928585 9 97 778867886功率因数功率因数(%)(%)- -828582859090 939360656065恒功率区恒功率区- -1:51:51:1:2 2.25.251:31:3转速范围转速范围(r/min)(r/min)40006000400060001200015000120001500040004000 1000010000可可1500015000可靠性可靠性 一般一般好好优良优良好好结构的坚固性结构的坚固性差差好好一般一般优良优良电机外廓电机外廓大大中中小小小小电机质量电机质量大大中中小小小小电机成本电机成本 ($/kW)($/kW)101081281210151015610610控制操作性能控制操作性能最好最好好好好好好好控制器成本控制器成本低低高高高高一般一般5656无刷直流电机系统框图根据控制信号的不同，永磁同步电机可以分为两种。一种是基于方波驱动的永磁同步电机，又称为无刷直流电机，简称为BLDCM;一种是基于正弦波驱动的永磁同步电机，简称为PMSM57575858595960606161作业1：比较各种驱动电机的性能优缺点。6262