新能源電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)

1、新能源電動汽車電驅(qū)動/系統(tǒng)P+-UHHW e-uoov- e4)128)現(xiàn)代電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)主要由四大部分組成：驅(qū)動電機(jī)、變速器、功率變換 器和控制器。驅(qū)動電機(jī)是電氣驅(qū)動系統(tǒng)的核心，其性能和效率直接影響電動汽 車的性能。驅(qū)動電機(jī)和變速器的尺寸、重量也會影響到汽車的整體效率。功率 變換器和控制器則對電動汽午的安全可靠運(yùn)行有很大關(guān)系。電驅(qū)動系統(tǒng)的由以下兒個(gè)部分組成：電動汽車驅(qū)動電機(jī)選用小型輕量的高效電機(jī)，對目前電池容量較小、續(xù)駛里程較短的電動汽車現(xiàn)狀 顯得尤為重要。早期電動汽車驅(qū)動電機(jī)大部分采用他勵直流電機(jī)(DCM) o直流電 機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)改變輸入電壓或電流就可以實(shí)現(xiàn)對其轉(zhuǎn)矩的獨(dú)立控制，進(jìn)行平滑調(diào)

2、 速，具有良好的動態(tài)特性，并且有成本低、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。但是，直流電機(jī)的 絕對效率低，體積、質(zhì)量大，碳刷和換向器維護(hù)量大，散熱困難等缺陷，使其在 現(xiàn)代電動汽車中應(yīng)用越來越少。隨著電力電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技 術(shù)的發(fā)展以及新材料的出現(xiàn)和現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，機(jī)電一體化的交流驅(qū)動系 統(tǒng)顯示了它的優(yōu)越性，如效率高、能量密度大、驅(qū)動力大、有效的再生制動、工 作可靠和兒乎無需維護(hù)等，使得交流驅(qū)動系統(tǒng)開始越來越多地應(yīng)用于電動汽車 中。目前在電動汽車中，主要采用永磁同步電機(jī)(PMSM)驅(qū)動系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電 機(jī)(SRM)驅(qū)動系統(tǒng)和異步感應(yīng)電機(jī)(耕)驅(qū)動系統(tǒng)。永磁同步電機(jī)(PMSM)是一種高性能的電機(jī)，

3、具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、 效率高、控制靈活的優(yōu)點(diǎn)，在電動汽車上得到了廣泛的應(yīng)用，是當(dāng)前電動汽車 用電動機(jī)的研發(fā)熱點(diǎn)，是異步感應(yīng)電機(jī)的最有力的競爭對手。目前，由日本研 制的電動汽車主要采用這種電機(jī),如Honda公司的EV Plus、Nissan公司的Altra和Toyota公司的RAV4及Prius車型等。但是，永磁電機(jī)的磁鋼價(jià)格較 高, 磁性能受溫度振動等因素的影響，有高溫退磁等問題。開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)是由磁阻電機(jī)和開關(guān)電路控制器組成的機(jī)電一體化新型調(diào) 速電機(jī)。開關(guān)磁阻電機(jī)工作時(shí)，依次使定子線圈中的電流導(dǎo)通或截止，電流變 化形成的磁場吸引轉(zhuǎn)子的凸出磁極從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡

4、單，成 本較低，可靠性高，起動性能和調(diào)速性能好，控制裝置也比較簡單。然而在實(shí) 際應(yīng)用中，開關(guān)磁阻電動機(jī)存在著轉(zhuǎn)矩波動大、噪聲大、需要位置檢測器等缺 點(diǎn)，所以目前應(yīng)用開關(guān)磁阻電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)仍然很少，主要以Chloride公司的 “Lucas”電動汽車為代表。異步感應(yīng)電機(jī)(M)具有結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固、成本低、可靠性高、轉(zhuǎn)矩脈動小、噪聲 小、轉(zhuǎn)速極限高、無需位置傳感器及免維護(hù)等特點(diǎn)，因而在電動汽車驅(qū)動電機(jī) 領(lǐng)域里，是應(yīng)用很廣泛的一種無換向器電機(jī)。近年來，由IM驅(qū)動的電動汽車 兒乎都采用欠量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。美國以及歐洲研制的電動汽車多采用這 種電動機(jī)。異步電機(jī)的矢量控制調(diào)速技術(shù)也比較成熟，其電驅(qū)動系統(tǒng)

5、具有良好的性能，因 此被較早地應(yīng)用于電動汽年，目前仍然是電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的主流產(chǎn)品。迄今 為止，美國 a Impactf 系列、ETX. 2” 型，日本”Cedric”、OTwn”、“FEV型，德國“T4”、“190型等電動汽車均采用異步感應(yīng)電機(jī)。異步電機(jī)的 最大缺點(diǎn)是驅(qū)動電路復(fù)雜，效率比永磁電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)低，特別是在輕載 運(yùn)行時(shí)效率更低。因此，如何進(jìn)一步提高異步電機(jī)的運(yùn)行效率，己經(jīng)成為人們 關(guān)注的重要課題。變速器電動汽車用的驅(qū)動電機(jī)具有寬廣的運(yùn)行范圍，并且在低速恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和 高速弱磁區(qū)具有良好的轉(zhuǎn)矩.轉(zhuǎn)速性能，為了提高傳動系統(tǒng)效率，可以去掉內(nèi)燃 機(jī)汽車中必備的十分笨重的機(jī)械齒輪變速器，代之

6、以固定速比減速器的傳動系 統(tǒng)。固定速比的確山東大學(xué)碩士學(xué)位論文定非常重要，如果選擇不合適，將對 整車的性能產(chǎn)生不利影響。通過多次仿真和實(shí)驗(yàn)測試，可對電動汽車的固定速 比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使之具有良好的傳動性能。功率變換器在現(xiàn)代電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)中，通過功率變換器將電池儲存的直流電經(jīng)電壓/頻 率變換后供給電機(jī)和其他交流負(fù)載使用。功率轉(zhuǎn)換器技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)是要達(dá)到 高功率密度、高效率、高可控性和高可靠性。功率變換器常見的是三相全橋的 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中，尤以電壓型逆變器為研究最多，而控制方式也是PWM調(diào)制 占主流。此外，某些電驅(qū)動系統(tǒng)的能量源如超級電容等，也會用到DC-DC變換 器以控制各能量源的功率流動。對于電動汽車，在選用功率器件時(shí)，必須考慮 額定值、轉(zhuǎn)換效率、功率損耗、基極/門極的可驅(qū)動性、動態(tài)特性、堅(jiān)固可靠 性、成熟性與成本等要求。目前，電驅(qū)動系統(tǒng)的PVvGVI逆變器主要采用IGBT元件，提高工作頻率，降低低 頻諧波分量和起動時(shí)的電流沖擊。近