新能源車動力源知識解釋 （下）

4）永磁同步電動機的效率 5）永磁同步電動機的特點 （ 2）缺點 起動慢：由于轉(zhuǎn)速與頻率成比例關(guān)系，因此，只有在頻率升高時才能逐漸起動，而不能快速起動。另外，由于永磁磁阻同步電動機會出現(xiàn)：失步“現(xiàn)象”，因此較適合在重載下運行。 功率范圍較??；永磁磁阻同步電動機受到磁性材料材質(zhì)和加工工藝的限制，使得永磁磁阻同步電動機的功率范圍較小，最大功率僅幾十千瓦。 受溫度影響：永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時，會使得永磁材料發(fā)生退磁現(xiàn)象，降低永磁電動機的性能，過載或溫度超過居里溫度 磁材料將喪失磁性而損壞電動機。 控制系統(tǒng)復(fù)雜：永磁電動機需要一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使得永磁式電動機的控制系統(tǒng)造價也很高。 （ 1）優(yōu)點 高效、節(jié)能： 永磁磁阻同步電動機不用勵磁，節(jié)約了勵磁消耗的功率。具有高效率（達 97%）、高比功率（超過 1kW/“輸出扭矩 / 轉(zhuǎn)動慣量”比高的特點。比其他類型的電動機有更高的效率，更大的輸出轉(zhuǎn)矩和更加節(jié)能，大于性能相類似的三相感應(yīng)電動機的 1015%。 可靠性好：永磁磁阻同步電動機是與電源頻率同步，不受電源電壓和負載變化的影響，在額定的負載范圍內(nèi)，保持以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作時電流損耗小，在高速轉(zhuǎn)動時有良好的可靠性。 調(diào)速性能好：永磁磁阻同步電動機具有調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、效率高、噪音低，性能可靠。 結(jié)構(gòu)簡單：結(jié)構(gòu)簡單，壽命長，便于維修，體積小等優(yōu)點。 永磁無刷直流電動機的構(gòu)造與工作原理 永磁無刷直流電動機在工作時，將調(diào)制后的具有的方波（實際上是頂寬不小于 120梯形波）電流，輸入永磁無刷直流電動機的定子中，采用脈沖方波電流可以使永磁無刷直流電動機獲得較大的轉(zhuǎn)矩，在正常運行時，電極電流的磁勢與永磁磁極的磁勢在空間位置相差90，由于永磁體的磁力不能直接調(diào)整，因此，在高速時需要采用“弱磁”技術(shù)來調(diào)速。 永磁無刷直流電動機主回路的直流電源上，串聯(lián)回路電感 d，并將電流輸送到由三相半導(dǎo)體功率開關(guān)（ 成的 為電壓和頻率都可以變化的方波（矩形波）三相交流電。 1）永磁無刷直流電動機的特性 （ 2）缺點。永磁無刷直流電動機的控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，勵磁不能控制，機械特性較“硬”。不具有繞線式直流電動機的機械特性。如果輸出的波形不好，會發(fā)生較大的脈動轉(zhuǎn)矩波動和引起沖擊力，影響電動機的低速性能，電流損耗大，噪聲較大。永磁體性能在受到高溫時，會發(fā)生退磁現(xiàn)象。永磁電動機的控制器在發(fā)生故障采取安全保護時，由于永磁體的作用，電機會產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速成正比的反電動勢，并通過反向二極管加在高壓母線上，會造成安全隱患。 2）永磁無刷直流電動機的特點 （ 1）優(yōu)點。永磁無刷直流電動機轉(zhuǎn)子采用永磁體，不需要勵磁。優(yōu)點為功率因數(shù)高，有較高的功率密度，效率高（比交流電動機高 6個百分點），出力大，低頻轉(zhuǎn)矩大，在低速時可以達到理論轉(zhuǎn)矩輸出，啟動轉(zhuǎn)矩可達到額定轉(zhuǎn)矩的兩倍。高速性能好，轉(zhuǎn)速不受電壓與負載變動的影響，轉(zhuǎn)速范圍可以由幾十轉(zhuǎn)到十萬轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速精度高。在電磁性能，磁場衰退等多方面的性能都優(yōu)于其他種類的電動機。無電刷，結(jié)構(gòu)簡單、牢固，尺寸小、質(zhì)量輕、免維護或少維護。 永磁發(fā)電機 開關(guān)磁阻電動機 稱為可變磁阻電動機 它的結(jié)構(gòu)比其他任何一種電動機都要簡單，開關(guān)磁阻電動機功率密度高，轉(zhuǎn)矩 高的起動轉(zhuǎn)矩和低的起動功率，效率可以達到 8593%。轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，可靈活的控制，調(diào)速控制較簡單，最高轉(zhuǎn)速可以達到 15000r/ 結(jié)構(gòu)簡單堅固，可靠性好。 四） 開關(guān)磁阻電動機 開關(guān)磁阻電機相數(shù) 3 4 5 6 7 8 9 定子極數(shù) 8 10 12 14 16 18 轉(zhuǎn)子極數(shù) 6 8 10 12 14 16 步進角 30 15 9 6 開關(guān)磁阻電動機的結(jié)構(gòu)與工作原理 開關(guān)磁阻電動機的定子和轉(zhuǎn)子都是由硅鋼片疊片組成，定子和轉(zhuǎn)子采用“凸極”結(jié)構(gòu)形式。開關(guān)磁阻電動機的定子和轉(zhuǎn)子凸極有多種組合方式，開關(guān)磁阻電動機的定子凸極數(shù)量為偶數(shù)，轉(zhuǎn)子凸極也是偶數(shù)，一般比定子凸極少兩個，共同組成不同極數(shù)的開關(guān)磁阻電動機。 開關(guān)磁阻電動機的定子和轉(zhuǎn)子都是凸極結(jié)構(gòu)，只在電動機的定子上安裝有簡單的集中勵磁繞組，在互相對稱的兩個定子凸極上的定子繞組互相串聯(lián)，構(gòu)成一相。定子勵磁繞組的端部較短，沒有相間跨接線，磁通量集中于磁極區(qū)，通過定子電流來勵磁。各相磁路的磁阻是隨轉(zhuǎn)子位置不同而變化。在電動機的轉(zhuǎn)子上，沒有滑環(huán)、繞組的導(dǎo)體和永久磁鐵等。轉(zhuǎn)子的運轉(zhuǎn)是依靠定子的磁引力來運行。（圖 5為各種開關(guān)磁阻電動機的結(jié)構(gòu)示意。 1）三相 6/4凸極結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電動機的工作原理 開關(guān)磁阻電動機是基于“磁阻最小”的原理設(shè)計的新型具有凸極結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子的電動機。（圖 1三相 6/4凸極結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電動機的截面圖，有 6個定子磁極，每相對的兩個定子磁極的繞組互相串聯(lián)成為一相繞組（ 組、 組、 組）。轉(zhuǎn)子沿圓周有 4個均勻分布的轉(zhuǎn)子磁極（ 1 2，轉(zhuǎn)子磁極上沒有線圈。定子磁極與轉(zhuǎn)子磁極之間有很小的氣隙。 不斷地按順序來接通和截斷 、 、 動機的轉(zhuǎn)子即按逆時針方連續(xù)轉(zhuǎn)動。如果反過來接通和截斷 CBA動機的轉(zhuǎn)子即順時針（反）方向連續(xù)轉(zhuǎn)動。因此，只要順序改變定子磁極繞組的通電方向的順序，就可以改變開關(guān)磁阻電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向。如果改變電流的大小，則可改變電動機的轉(zhuǎn)矩的大小和改變電動機的轉(zhuǎn)速快慢。如果控制轉(zhuǎn)子極在離開定子極時的通電方向，即可產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的動轉(zhuǎn)矩。 2）三相 8/6凸極結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電動機的工作原理 （圖 5 8/6相凸極結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電動機的截面圖，有 8個定子磁極，每相對的兩個定子磁極的繞組互相串聯(lián)成為一相繞組（ 組、 組、 組、 組）。轉(zhuǎn)子沿圓周有 6個均勻分布的轉(zhuǎn)子磁極（ 1，轉(zhuǎn)子磁極上沒有線圈。 8/6相開關(guān)磁阻電動機的工作原理與三相凸極結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電動機的工作原理基本相同，只是轉(zhuǎn)子與定子數(shù)量和轉(zhuǎn)子與定子之間的“步進角”不同。（圖 5 8/6凸極開關(guān)磁阻電動機的工作原理。 電動車上只需要 3擋、 2 擋或 1擋 ,因此變速器在一定 程度上被簡化了 ,但電動汽車 對傳動系統(tǒng)的要求反而更高。 一擋式變速器多為兩級傳動比 ,即變速器只有一個傳動比 ,主減速器有一個傳動比 ,總傳動比為兩個傳動比相乘 ,如圖電動機集成變速器所示 ,多使用在低擋小、中型面包車上。 如圖所示 ， 高檔轎車采用電動驅(qū)動系統(tǒng) ， 把電動機 、 減速器 、 差速器 、 功率控制器集成在一起 ， 外部只有強電 、 弱電線束和冷卻的水管 ， 若采用前后軸各一臺這樣的動力驅(qū)動系統(tǒng)則是很好的四輪驅(qū)動 。 純電動客車相比傳統(tǒng)燃油客車變速器發(fā)生了巨大變化 ， 傳統(tǒng)變速器逐漸被取代或者被弱化 。 直接使用電動機控制變速 ， 它們通過電子轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)直接控制車輪轉(zhuǎn)速 ， 實現(xiàn)對車輛速度的控制 ,一個擋的變速器電動機有起動電流大 、 低速電流大 、 爬坡無力 、 最高車速低噪聲大 、 耗電量過大的缺點 。 在電動客車上配裝變速器 ， 主要是為解決電動機驅(qū)動力不足的問題 ， 裝變速器可以改變電動機轉(zhuǎn)矩 ， 提升電動機動力 ， 純電動客車配裝的變速器相比燃油車型上的變速器應(yīng)有變化 ，突出的特點是變速器擋數(shù)由傳統(tǒng)多擋簡化成 擋或擋 。 客車變速器為節(jié)省成本 ， 同時又考慮無離合器的自動換擋 ， 因此電控的無同步器自動換擋變速器成為首選 ， 如圖所示為無同步器自動換擋動力總成 。 輪轂電動機驅(qū)動系統(tǒng) 輪轂電動機驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)電動機的轉(zhuǎn)子型式主要分成兩種結(jié)構(gòu)型式 :外轉(zhuǎn)子式和內(nèi)轉(zhuǎn)子式 。 如圖所示內(nèi)轉(zhuǎn)子式則采用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電動機 ， 配備固定傳動比的行星減速器 ， 也稱輪邊減速器 。 輪轂電動機的優(yōu)點 讓車輛結(jié)構(gòu)更簡單 。 采用輪轂電動機驅(qū)動的車輛可以獲得更好的空間利用率 ， 同時傳動效率也要高出不少 。 由于輪轂電動機具備單個車輪獨立驅(qū)動的特性 ， 因此無論是前驅(qū) 、 后驅(qū)還是四驅(qū)形式 ， 它都可以比較輕松地實現(xiàn) 。 新能源車型不少都采用電驅(qū)動 ， 因此輪轂電動機驅(qū)動也就派上了大用場 。 無論是純電動還是燃料電池電動車 ， 亦或是增程電動車 ， 都可以用輪轂電動機作為主要驅(qū)動力 。 輪轂電動機的缺點 對車輛的操控有所影響 。 維持制動系統(tǒng)運行需要消耗不少電能 。 如圖所示商用車車橋的內(nèi)置緩速器 。 可靠性較差 。 汽車變速器種類包括手動變速器 ( 自動變速器 ( 無級自動變速器 ( 自動機械式變速器 ( 雙離合器式變速器 ( 帶有 傳感器、 控制過程是當轉(zhuǎn)動鑰匙通電后 ， 系統(tǒng)首先給變速器頂部的選擋和換擋油缸加油壓 ， 這樣可促使變速器進入空擋 ， 確認后 ， 發(fā)動機起動系統(tǒng)方可起動發(fā)動機 。 駕駛員掛擋后 ， 系統(tǒng)先向離合器油缸供入油液 ， 離合器分離 ，選擋油缸的一端加壓選擋 ， 換擋油缸一端加壓換擋 ， 換擋完成后系統(tǒng)控制離合器油缸脈沖閥開始泄油 ， 以保證離合器接合平順 。 （一）、串聯(lián)混合動力驅(qū)動系統(tǒng) （二）、并聯(lián)混合動力驅(qū)動系統(tǒng) 單軸式 雙軸式 并聯(lián)式混合動力電動汽車具有如下特點。 發(fā)動機通過機械傳動機構(gòu)直接驅(qū)動汽車，無機械能一電能轉(zhuǎn)換損失，因此發(fā)動機輸出能量的利用率相對較高，如果汽車行駛工況能保證發(fā)動機在其最佳的工作范圍內(nèi)運行時，并聯(lián)驅(qū)動系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟性比串聯(lián)的高。 當電機僅起功率“調(diào)峰”作用時，電機、發(fā)動機的功率可適當減小，電池的容量也可減小。 在繁華的市區(qū)低速行駛時，并聯(lián)式混合動力電動汽車也可通過關(guān)閉發(fā)動機，以純電動方式運行實現(xiàn)零排放行駛，但這就需要有功率足夠大的電機，所需電池容量也相 發(fā)動機與電機并聯(lián)驅(qū)動時，還需要動力復(fù)合裝置，因此，并聯(lián)驅(qū)動系統(tǒng)的傳動機構(gòu)較為復(fù)雜。 并聯(lián)驅(qū)動系統(tǒng)與車輪之間直接機械連接，發(fā)動機的運行工況會受車輛行駛工況的影響，所以車輛在行駛工況頻繁變化的情況下運行時，發(fā)動機有可能不在其最佳工作區(qū)域內(nèi)運行，其油耗和排放指標可能不如串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)最適合于汽車在中、高速工況下（如高速公路）穩(wěn)定行駛。 此外，并聯(lián)混合驅(qū)動系統(tǒng)不適合采用燃料電池作動力源的動力系統(tǒng)。 （三）、混聯(lián)式混合動力電動車 混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)可以在串聯(lián)混合模式下工作，也可以在并聯(lián)混合動力模式下工作，即兩種模式的綜合。這就要求有兩個電機、一個比較復(fù)雜的傳動系統(tǒng)和一個智能化控制系統(tǒng)。 混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的控制策略是：在汽車低速行駛時，驅(qū)動系統(tǒng)主要以串聯(lián)模式工作；當汽車高速穩(wěn)定行駛時，則以并聯(lián)工作模式為主。 豐田混合動力汽車 普銳斯 控可變配氣系統(tǒng)汽油發(fā)動機 動力控制單元（控制器、交直流變壓系統(tǒng)） 高壓大電流電纜 高功率高壓鎳氫(池 動力結(jié)構(gòu) 無級變速系統(tǒng)(電驅(qū)動、動力變換、能量回收 ) 高功率高壓鎳氫(池 動力控制單元（控制器、交直流變壓系統(tǒng)） 動力結(jié)構(gòu) 為了實現(xiàn)最高水準的低油耗，混合動力系統(tǒng)分別發(fā)揮電動機和發(fā)動機各自的特長來行駛。 池 能量 - + 停止 開始行駛 全加速 正常行駛 制動 行駛動力 提供能量儲存 制動能量 回收 發(fā)動機輸出動力 動力特征 動力不足時補充 豐田混合動力系統(tǒng)的動力輸出 發(fā)動機 汽油發(fā)動機 驅(qū)動橋內(nèi)含 500V 交流電動機 I 系統(tǒng)操作 最大的優(yōu)點是在同一個系統(tǒng)中，同時使用了并聯(lián)和串聯(lián)系統(tǒng) 串聯(lián)混合動力系統(tǒng) 在這個系統(tǒng)中，發(fā)動機驅(qū)動電動機，由電動機驅(qū)動車輪 并聯(lián)混合動力系統(tǒng) 車輪由發(fā)動機和電動機共同驅(qū)動 . I 系統(tǒng)操作 電動機補充發(fā)動機的扭矩 電動 機 發(fā)動 機 轉(zhuǎn) 速 (2000 4000 6000 扭矩 (Nm) 100 200 300 400 I 結(jié)構(gòu)示意圖 發(fā)電機 (發(fā)動機 行星齒輪組 高壓電池 變頻器 電動機 (發(fā)電機 (實際位置在發(fā)動機和行星齒輪組中間 I 結(jié)構(gòu) (發(fā)動機 ) 型號： 1列 4缸 16氣門 雙頂置凸輪軸 電控可變配氣系統(tǒng) 汽油發(fā)動機 I 結(jié)構(gòu) (驅(qū)動橋 ) 包含 交流 500電動機，發(fā)電機 , 行星齒輪 , 減速齒輪 和主減速齒輪 使用 無級變速 傳動裝置，達到操作的平滑性和寧靜性 00V) 00V) ( 全封閉的 鎳氫 (池 大約電壓為 直流 200V 位于后備箱內(nèi)后排座位下 I 結(jié)構(gòu) (變頻器 ) 變頻作用 直流 交流 高電壓 變壓作用 直流 200V 升至 直流 500V 直流 轉(zhuǎn)換 直流 200V 降至 直流 12V A/C 變頻器 動 A/C 壓縮機 起步時 當汽車起步時，混合動力系統(tǒng)僅使用由 分利用電動機啟動時的低速扭矩，這時發(fā)動機并不運轉(zhuǎn)。 低速 中速行駛時 由高效利用能量的電動機驅(qū)動行駛 動電動機行駛。 一般行駛時 低油耗的駕駛，使用發(fā)動機作為主要動力源。 一般行駛時剩余能量充電 將剩余能量用于 全速開進 (行駛 )時 利用雙動力來獲得更高一級的加速 減速能量再生時 將減速時的能量回收到 停車時 停車時動力系統(tǒng)全部停止 切換 六、燃料電池汽車 燃料電池汽車也是電動汽車，它與一般電動汽車的區(qū)別，在于燃料電池汽車裝備車載燃料電池發(fā)動機（發(fā)電機）。用燃料電池發(fā)動機與動力電池組和超級電容器共同組成“電 力驅(qū)動平臺取代內(nèi)燃機驅(qū)動平臺。只要保證燃料電池發(fā)動機氫燃料的供應(yīng)，燃料電池汽車就可以象內(nèi)燃機汽車一樣自由馳騁，不受充電時間和動力電池的 有高度的環(huán)保性、靈活性和機動性。燃料電池汽車與一般電動汽車一樣，電動機是唯一的驅(qū)動裝備。 燃料供應(yīng)系統(tǒng)： 1甲醇儲存罐； 2重整器帶燃燒氣； 3 4氫氣循環(huán)泵 水循環(huán)系統(tǒng)： 5冷凝氣、氣水分離器； 6水箱； 7水泵 空氣（氧化劑）供應(yīng)系統(tǒng)： 8空氣壓縮機； 9空氣加濕、去離子過濾裝置 電氣系統(tǒng)： 12. 3逆變器； 以甲醇為燃料的燃料電池發(fā)動機系統(tǒng) 燃料電池 燃料電池的分類 燃料電池依據(jù)其電解質(zhì)的性質(zhì)分為不同的類型 燃料電池使用須解決問題 燃料電池種類繁多；其性質(zhì)和溫度范圍隨所用的電解質(zhì)的性質(zhì)而異；對于汽車用燃料電池 ， 質(zhì)子交換膜燃料電池 (為適合 。 ( )如何經(jīng)濟地獲取純氫 。 ( )如何為燃料電池供應(yīng)燃料 ， 通常氫能以三種狀態(tài)存儲和運輸 :高壓氣態(tài) 、 液態(tài)和氫化物形態(tài) 。 ( )安全問題 ， 氫氣是易燃氣體 ， 使用時要防止泄露 、 爆炸等危險情況的發(fā)生 。 ( )其工作溫度低 、 起動快 、 能量密度高 、 壽命長 、質(zhì)量輕 、 無腐蝕性 、 不受二氧化碳的影響 ， 但由于膜的結(jié)構(gòu) 、工藝和生產(chǎn)批量等問題的存在 ， 到目前為止 ， 質(zhì)子交換膜的成本是非常高 。 七、其他清潔能源汽車 燃氣汽車 1壓縮天然氣 (車 將天然氣經(jīng)多級加壓到 20存在高壓氣瓶內(nèi)，作為燃料的汽車。 2液化天然氣 (車 將天然氣經(jīng)低溫液化后，儲存在絕熱氣瓶內(nèi)，作為燃料的汽車。 3吸附天然氣 (車 將天然氣吸附在存貯罐的活性炭中，作為燃料的汽車。 4液化