電動汽車的電氣系統(tǒng)及其發(fā)展

談電動汽車的電氣系統(tǒng)及其發(fā)展

電動汽車，電氣，系統(tǒng)，發(fā)展電氣驅(qū)動是電動汽車的心臟，為了增加電動汽車的行駛里程，必須開發(fā)高功率密度、高效率、高可靠性以及價格合理的電氣驅(qū)動系統(tǒng)。電氣驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的關(guān)鍵部件，對于高性能的電動汽車，電氣驅(qū)動系統(tǒng)必須效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕和可靠性高。本文介紹電動汽車技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化正在快速發(fā)展，電動汽車電氣驅(qū)動系統(tǒng)的類型特點，以及電機驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)趨勢。.電動汽車技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化正在快速發(fā)展目前繼成為全球最大的汽車市場后，中國將有可能在電動汽車領(lǐng)域成為全球最大生產(chǎn)者，國內(nèi)及跨國汽車制造企業(yè)將在這個領(lǐng)域里展開激烈競爭。報載2009年前4個月的銷售規(guī)模已近300萬輛，中國不久后也將成為全球最大的電動汽車市場。中國電動汽車市場具有很大潛力，按現(xiàn)在全球汽車銷售規(guī)模來說，選擇購買電動汽車的消費者可以達150萬，其中20萬將會來自中國。中國的輕型電動車從基礎(chǔ)研究開始，在市場規(guī)模的有力推動之下，其自主技術(shù)創(chuàng)新經(jīng)歷了一個“爆炸式”的提升階段。作為輕型電動車技術(shù)的后起國家，中國在短短幾年走到世界輕型電動車技術(shù)的前沿，與之相關(guān)的驅(qū)動技術(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)先于國際水平。一是驅(qū)動技術(shù)的進步。輕型電動車的驅(qū)動方式大約經(jīng)過了兩個階段，進入2004年以后，浙江臺州新大洋機電集團有限公司成功推廣了他們研制的直槽式大轉(zhuǎn)矩電機，在綠源電動車公司等一批優(yōu)勢整車企業(yè)的大力合作推動下，逐漸成熟為具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的優(yōu)秀電機，開始成為輕型電動車的主流電機，具有技術(shù)含量高、性能可靠、實用性好等特點。二是電控技術(shù)的進步。輕型電動車控制技術(shù)發(fā)展進程同樣經(jīng)歷了兩個明顯的階段。第二階段是以無刷電機的廣泛成功應(yīng)用為標(biāo)志的。此時，控制器進入了快速發(fā)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安全性的控制模式正在不斷深化。CPU進入輕型電動車控制系統(tǒng)，為未來開發(fā)微型電動汽車的控制系統(tǒng)奠定了關(guān)鍵技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。三是電池技術(shù)的進步。中國的輕型電動車主要采用鉛蓄電池作為儲能部件，鉛蓄電池所表現(xiàn)出的循環(huán)經(jīng)濟特征已經(jīng)得到有效利用。目前，失效鉛蓄電池進入再生鉛工業(yè)的比例幾乎達到100%，再生利用效率最高可達97.7%，低水平的也在85%?90%。近十年來“密封動力型鉛蓄電池”領(lǐng)域技術(shù)進步明顯，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”，從而延長了電池壽命。由此，輕型電動車技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化在中國的快

速發(fā)展，正在拉開全球交通工具電動化的序幕。.電動汽車電氣系統(tǒng)工作原理與燃油汽車相比，電動汽車的結(jié)構(gòu)特點是靈活的，這種靈活性源于電動汽車具有以下幾個獨特的特點：首先，電動汽車的能量主要是通過柔性的電線而不是通過剛性聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)軸傳遞的，因此，電動汽車各部件的布置具有很大的靈活性；其次，電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的布置不同（如獨立的四輪驅(qū)動系統(tǒng)和輪轂電動機驅(qū)動系統(tǒng)等）會使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)區(qū)別很大，采用不同類型的電動機會影響到電動汽車的質(zhì)量、尺寸和形狀；不同類型的儲能裝置也會影響電動汽車的質(zhì)量、尺寸及形狀。另外，不同的補充能源裝置具有不同的硬件和機構(gòu)，例如蓄電池可通過感應(yīng)式和接觸式的充電機充電，或者采用替換蓄電池的方式，將替換下來的蓄電池再進行集中充電。電動汽車系統(tǒng)可分為電力驅(qū)動子系統(tǒng)、主能源子系統(tǒng)和輔助控制子系統(tǒng)。其中，電力驅(qū)動子系統(tǒng)又由電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動機、機械傳動裝置和驅(qū)動車輪組成；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)具有動力轉(zhuǎn)向、溫度控制和輔助動力供給等功能。根據(jù)制動踏板和加速踏板輸入的信號，電子控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令來控制功率轉(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)電動機和電源之間的功率流。當(dāng)電動汽車制動時，再生制動的動能被電源吸收，此時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)測電源的使用情況。輔助動力源供給電動汽車輔助系統(tǒng)不同等級電壓并提供必要的動力，它主要給動力轉(zhuǎn)向、空調(diào)、制動及其它輔助裝置提供動力。除了從制動踏板和加速踏板給電動汽車輸入信號外，轉(zhuǎn)向盤也是一個很重要的輸入信號，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向盤的角位置來決定汽車靈活地轉(zhuǎn)向。現(xiàn)代電動汽車很多采用三相交流感應(yīng)電動機，相應(yīng)的功率轉(zhuǎn)換器采用脈寬調(diào)制逆變器，機械變速傳動系統(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汽車廣泛采用的一種典型的動力能源，相應(yīng)的能源補充系統(tǒng)就是充電器。采用不同的電力驅(qū)動系統(tǒng)可構(gòu)成不同結(jié)構(gòu)形式的電動汽車。由發(fā)動機前置前輪驅(qū)動的燃油車發(fā)展而來，它由電動機、離合器、變速器和差速器組成。離合器用來切斷或接通電動機到車輪之間傳遞動力的機械裝置，變速器是一套具有不同速比的齒輪機構(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械傳動裝置的質(zhì)量、縮小其體積。電動機也可以裝在車輪里面，稱為輪轂電動機，可進一步縮短從電動機到驅(qū)動車輪的傳遞路徑。為了將電動機轉(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機的電動汽車結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)采用低速外轉(zhuǎn)子電動機，徹底去掉了機械減速變速器，電動機的外轉(zhuǎn)子直接安裝在車輪的輪緣上，車輪轉(zhuǎn)速和電動汽車的車速控制完全取決于電動汽車的轉(zhuǎn)速控制。.電動汽車電氣系統(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。作為一個有效的解決途徑，電動汽車已成為各大汽車廠商競爭的焦點。電動車是一種安全、經(jīng)濟、清潔的綠色交通工具，不僅在能源、環(huán)境方面有其獨特的優(yōu)越性和競爭力，而且能夠更方便地采用現(xiàn)代控制技術(shù)實現(xiàn)其機電一體化的目標(biāo)，因而具有廣闊的發(fā)展前景?，F(xiàn)有電動汽車的組成包括：電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)、驅(qū)動力傳動等機械系統(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主要部分：蓄電池、電池管理、充電系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、整車管理系統(tǒng)及車體等。電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)是電動汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機汽車的最大不同點。電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)由驅(qū)動電動機、電源和電動機的調(diào)速控制裝置等組成。電動汽車的其他裝置基本與內(nèi)燃機汽車相同。驅(qū)動系統(tǒng)為電動車提供所需的動力，負責(zé)將電能轉(zhuǎn)換成機械能。無論何種電動車的驅(qū)動系統(tǒng)，均具有基本相同的結(jié)構(gòu)，都可以分成能源供給子系統(tǒng)、電氣驅(qū)動子系統(tǒng)、機械傳動子系統(tǒng)三部分，其中電氣驅(qū)動子系統(tǒng)是電動車的心臟，主要包括電動機、功率電子元器件及控制部分；電動車驅(qū)動系統(tǒng)均具有相同或相似的功能模塊。電源為電動汽車的驅(qū)動電動機提供電能，電動機將電源的電能轉(zhuǎn)化為機械能，通過傳動裝置或直接驅(qū)動車輪和工作裝置。目前，電動汽車上應(yīng)用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，但隨著電動汽車技術(shù)的發(fā)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。正在發(fā)展的電源主要有鈉硫電池、銀銘電池、鋰電池、燃料電池、飛輪電池等，這些新型電源的應(yīng)用，為電動汽車的發(fā)展開辟了廣闊的前景。驅(qū)動電動機的作用是將電源的電能轉(zhuǎn)化為機械能，通過傳動裝置或直接驅(qū)動車輪和工作裝置。目前電動汽車上廣泛采用直流串激電動機，這種電機具有軟的機械特性，與汽車的行駛特性非常相符。但直流電動機由于存在換向火花，比功率較小、效率較低，維護保養(yǎng)工作量大，隨著電機技術(shù)和電機控制技術(shù)的發(fā)展，勢必逐漸被直流無刷電動機（BCDM）、開關(guān)磁阻電動機（SRM）和交流異步電動機所取代。電動機調(diào)速控制裝置是為電動汽車的變速和方向變換等設(shè)置的，其作用是控制電動機的電壓或電流，完成電動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向的控制。早期的電動汽車上，直流電動機的調(diào)速采用串接電阻或改變電動機磁場線圈的匝數(shù)來實現(xiàn)。因其調(diào)速是有級的，且會產(chǎn)生附加的能量消耗或使用電動機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)在已很少采用。目前電動汽車上應(yīng)用較廣泛的是晶閘管斬波調(diào)速，通過均勻地改變電動機的端電壓，控制電動機的電流，來實現(xiàn)電動機的無級調(diào)速。在電子電力技術(shù)的不斷發(fā)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)的發(fā)展來看，伴隨著新型驅(qū)動電機的應(yīng)用，電動汽車的調(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。在驅(qū)動電動機的旋向變換控制中，直流電動機依靠接觸器改變電樞或磁場的電流方向，實現(xiàn)電動機的旋向變換，這使得孔子哈電路復(fù)雜、可靠性降低。當(dāng)采用交流異步電動機驅(qū)動時，電動機轉(zhuǎn)向的改變只需變換磁場三相電流的相序即可，可使控制電路簡化。此外，采用交流電動機及其變頻調(diào)速控制技術(shù)，使電動汽車的制動能量回收控制更加方便，控制電路更加簡單。電動汽車傳動裝置的作用是將電動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩傳給汽車的驅(qū)動軸，當(dāng)采用電動輪驅(qū)動時，傳動裝置的多數(shù)部件常常可以忽略。因為電動機可以帶負載啟動，所以電動汽車上無需傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的離合器。因為驅(qū)動電機的旋向可以通過電路控制實現(xiàn)變換，所以電動汽車無需內(nèi)燃機汽車變速器中的倒檔。當(dāng)采用電動機無級調(diào)速控制時，電動汽車可以忽略傳統(tǒng)汽車的變速器。在采用電動輪驅(qū)動時，電動汽車也可以省略傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車傳動系統(tǒng)的差速器。行駛裝置的作用是將電動機的驅(qū)動力矩通過車輪變成對地面的作用力，驅(qū)動車輪行走。它同其他汽車的構(gòu)成是相同的，由車輪、輪胎和懸架等組成。轉(zhuǎn)向裝置是為實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)彎而設(shè)置的，由轉(zhuǎn)向機、方向盤、轉(zhuǎn)向機構(gòu)和轉(zhuǎn)向輪等組成。作用在方向盤上的控制力，通過轉(zhuǎn)向機和轉(zhuǎn)向機構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)一定的角度，實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。多數(shù)電動汽車為前輪轉(zhuǎn)向，工業(yè)中用的電動叉車常常采用后輪轉(zhuǎn)向。電動汽車的轉(zhuǎn)向裝置有機械轉(zhuǎn)向、液壓轉(zhuǎn)向和液壓助力轉(zhuǎn)向等

類型。電動汽車的制動裝置同其他汽車一樣，是為汽車減速或停車而設(shè)置的，通常由制動器及其操縱裝置組成。在電動汽車上，一般還有電磁制動裝置，它可以利用驅(qū)動電動機的控制電路實現(xiàn)電動機的發(fā)電運行，使減速制動時的能量轉(zhuǎn)換成對蓄電池充電的電流，從而得到再生利用。工作裝置是工業(yè)用電動汽車為完成作業(yè)要求而專門設(shè)置的，如電動叉車的起升裝置、門架、貨叉等。貨叉的起升和門架的傾斜通常由電動機驅(qū)動的液壓系統(tǒng)完成。.電動車電氣驅(qū)動系統(tǒng)的類型特點電動機的類型對電氣驅(qū)動系統(tǒng)以及電動車整體性能影響非常大，評價電動車的電氣驅(qū)動系統(tǒng)實質(zhì)上主要就是對不同電動機及其控制方式進行比較和分析。目前正在應(yīng)用或開發(fā)的電動車電動機主要有直流電動機、感應(yīng)電動機、永磁無刷電動機、開關(guān)磁阻電動機四類。直流電動機結(jié)構(gòu)簡單，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，它仍是國內(nèi)外的主要研發(fā)對象。而且目前國內(nèi)用于電動車的絕大多數(shù)是直流驅(qū)動系統(tǒng)。目前，我國電動車電驅(qū)動系統(tǒng)仍以直流電機驅(qū)動為主，普遍采用從蓄電池到功率變換器再到驅(qū)動電機的單向能量傳遞方式，它存在著很多不足。具體而言，直流電機雖然具有結(jié)構(gòu)簡單、可控制性好、調(diào)速范圍寬、起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)較大、控制電路相對簡單、成本較低等優(yōu)點，但它的缺點同樣不可忽視。有刷直流電機由于存在著機械換向部件電刷或換向器，很容易導(dǎo)致火花，噪聲和震動嚴(yán)重，電磁干擾問題突出，而且電刷或換向器的維護比較困難，使用壽命較短，此外，電機的體積十分龐大，造成有限空間的浪費；無刷直流電機雖然克服了有刷電機的一些缺陷，但它的轉(zhuǎn)子位置檢測困難，整機價格頗高，性價比相對較低。再從系統(tǒng)效率角度來看，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白白地浪費了大量能量。此外，電刷、換向器等的機械震動、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)的發(fā)展，直流驅(qū)動系統(tǒng)與其它驅(qū)動系統(tǒng)相比，已大大處于劣勢。因此，目前國外各大公司研制的電動車電氣驅(qū)動系統(tǒng)已逐漸淘汰了直流驅(qū)動系統(tǒng)。電動車感應(yīng)電動機與一般感應(yīng)電動機相比較具有以下特征：穩(wěn)定運行時，與一般感應(yīng)電動機工況相似;驅(qū)動電動機沒有一般感應(yīng)電動機的起動過程，轉(zhuǎn)差率小，轉(zhuǎn)子上的集膚效應(yīng)不明顯;運行頻率不是50Hz，而是遠遠在此之上;采用變頻調(diào)速方式時，轉(zhuǎn)速與極數(shù)之間沒有嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系。為此，電動車感應(yīng)電動機設(shè)計方面如下特點：盡力擴大恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，使電動機在高速運轉(zhuǎn)時也能有較高轉(zhuǎn)矩。而要提高轉(zhuǎn)矩，則需盡量減小定轉(zhuǎn)子之間的氣隙，同時減小漏抗;更注重電動機的電磁優(yōu)化設(shè)計，使轉(zhuǎn)矩、功率和效率等因素達到綜合最優(yōu);減少重量、體積，以增加與車體的適配性。應(yīng)用于感應(yīng)電動機的變頻控制技術(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，而對于需頻繁起動、加減速的電動車不太適宜。近幾年來，研制的電動車感應(yīng)電動機幾乎都采用矢量控制技術(shù)。矢量控制按其側(cè)重點不同，主要有兩種控制策略：提高驅(qū)動系統(tǒng)效率的最大效率控制與簡化系統(tǒng)、降低成本的無速度傳感器矢量控制。最大效率控制技術(shù)是通過使勵磁電流Io隨電動機參數(shù)和負載條件而變化來實現(xiàn)在任何負載條件下都使電動機的損耗最小，效率最大的目標(biāo)。矢量控制離不開速度的控制，而無速度傳感器是利用電動機電壓、電流和電動機參數(shù)來估算出速度，從而無需一般矢量控制中的速度傳感器，達到簡化系統(tǒng)、降低成本、提高可靠性的目的。電動車行業(yè)發(fā)展到今天，幾乎全部采用了無刷電機控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)無論是在技術(shù)上還是在使用上都顯現(xiàn)出它的優(yōu)勢。永磁無刷電動機系統(tǒng)可以分為兩類，一類是方波驅(qū)動的無刷直流電動機系統(tǒng)（BDCM），另一類是永磁同步電動機系統(tǒng)（PMSM），也稱為正弦波驅(qū)動的無刷直流電動機系統(tǒng)。BDCM系統(tǒng)不需要絕對位置傳感器，一般采用霍爾元件或增量式碼盤，也可以通過檢測反電動勢波形換相。PMSM系統(tǒng)一般需要絕對式碼盤或旋轉(zhuǎn)變壓器等轉(zhuǎn)子位置傳感器。從磁鐵所處不同位置的結(jié)構(gòu)上看，永磁無刷電動機可以分成表面型、鑲嵌型、深埋式等結(jié)構(gòu)型式，在電動汽車中也有采用盤式結(jié)構(gòu)或外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的。深埋式永磁同步電動機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車應(yīng)用領(lǐng)域倍受青睞，是當(dāng)前電動車電動機研發(fā)的熱點。用在電動車上的永磁同步電動機是將磁鐵插入轉(zhuǎn)子內(nèi)部，得到同步旋轉(zhuǎn)的磁極深埋式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，這種電動機在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面主要有兩個特征：轉(zhuǎn)子磁鐵使用埋入式；采用多極化設(shè)計。這種設(shè)計具有顯著的優(yōu)點：與將永磁體貼在轉(zhuǎn)子表面的情況相比，將永磁體植入轉(zhuǎn)子內(nèi)部，則即使高速旋轉(zhuǎn)，永磁體也不會飛散，為此就使設(shè)計超高速電動機成為可能。對于要求的最大轉(zhuǎn)矩而言，采用轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，永磁電動機能做得更??；電機多極化設(shè)計也是降低成本的有效手段。深埋式永磁同步電動機的控制技術(shù)。深埋式永磁同步電動機控制系統(tǒng)與一般電動機的控制系統(tǒng)多為速度控制系統(tǒng)或位置控制系統(tǒng)不同，電動車是由加速器與控制器共同決定的轉(zhuǎn)矩指令來控制電機。因為轉(zhuǎn)矩由電流決定，所以實際上構(gòu)成了一個電流控制系統(tǒng)。以上設(shè)計不僅考慮了電動機的特性，還考慮了電動機的控制方法及使用方法，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定，是目前電動車的優(yōu)選驅(qū)動系統(tǒng)。目前，開關(guān)磁阻電動機（SRM）已投入實際使用，法國F1AT公司研制的電動車和東風(fēng)電動客車都曾采用了開關(guān)磁阻電動機。SRM是沒有任何形式的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體和永久磁鐵的無刷電動機，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撲形式。SRM具有簡單可靠、在較寬轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)高效運行、控制靈活、可四象限運行、響應(yīng)速度快、成本較低等優(yōu)點。但SRM有轉(zhuǎn)矩波動大、噪聲大、需要位置檢測器、系統(tǒng)非線性特性等缺點，所以，目前應(yīng)用還受到限制。針對傳統(tǒng)SRM的缺點，研制了永磁式開關(guān)磁阻電動機驅(qū)動系統(tǒng)（PMSRD），通過高性能永磁鋼的引入，克服了傳統(tǒng)SRM存在的換流相對較慢、能量利用率較低的缺點，增加了電機的比功率密度。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。.電動車電機驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢電動汽車用電機驅(qū)動系統(tǒng)不同于普通的風(fēng)機、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，汽車要求電機驅(qū)動系統(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)受高強度的振動以及更低成本等。為滿足以上嚴(yán)格甚至苛刻的要求，電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢基本可以歸納為永磁化、數(shù)字化和集成化。永磁電機具有效率高、比功率大、功率因數(shù)高、可靠性高和便于維護等優(yōu)點，采用矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)，可使永磁電動機具有寬廣的調(diào)速范圍，因此，以豐田汽車和本田汽車為代表的國際化制造商以及國內(nèi)一汽、東風(fēng)、長安、奇瑞等廠商均在其電動汽車中采用了永磁電機方案，推動了車用電機向永磁化方向發(fā)展。永磁電機的主要材料、部件是釹鐵硼磁鋼、電工鋼和高速軸承。進入21世紀(jì)以來，我國磁性材料產(chǎn)業(yè)年增長率超過20%。據(jù)統(tǒng)計，2004年燒結(jié)釹鐵硼永磁達到27510噸（占全球總量的81%），黏結(jié)釹鐵硼永磁達到1350噸（占全球總量的35%）。作為制造電機鐵芯的材料，電工鋼帶是使用最普遍的重要磁性材料，是車用電機高效、高功率密度的保障，其成本占到了電機本體成本的20%左右。據(jù)報道日本住友電工生產(chǎn)的0.27mm厚電工鋼帶已用在混合動力驅(qū)動電機上，我國寶鋼集團在“863”課題支持下，從2008年起開展了電動汽車驅(qū)動電機用電工鋼帶研發(fā)，我國車用驅(qū)動電機系統(tǒng)可望在近期采用國產(chǎn)的高效電工鋼帶。另外，要保證電動汽車歷經(jīng)20余萬公里、經(jīng)受嚴(yán)寒酷暑仍然可以運行，車用電機高速軸承仍需要投入開發(fā)，目前我國所研制的車用驅(qū)動系統(tǒng)大多采用進口的高速軸承。在電動汽車中，由燃料電池或蓄電池提供的直流電能，通過一個或多個逆變器將其轉(zhuǎn)換成交流電能驅(qū)動永磁電機運動，其中車用電機驅(qū)動控制器由逆變器和電機的控制電路構(gòu)成。到目前為止，由于電動汽車的直流電壓大多低于600V，逆變器都采用三相兩電平結(jié)構(gòu)和1200V以下的IGBT模塊，其中逆變器的核心器件IGBT和電容的成本占到了電機驅(qū)動控制器成本的50%以上。在混合動力汽車應(yīng)用中，為了簡化冷卻系統(tǒng)、降低整車成本，對車用電機驅(qū)動系統(tǒng)提出了冷卻液入口溫度大于105℃的要求，這個要求除提高了電機絕緣等級和釹鐵硼磁鋼的等級外，市場上廣泛使用的150℃結(jié)溫IGBT不能滿足要求，需要使用175℃結(jié)溫IGBT，并仔細設(shè)計高換熱效率的散熱器系統(tǒng)。逆變器控制系統(tǒng)數(shù)字化也是未來電機驅(qū)動技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。數(shù)字化不僅包括驅(qū)動控制的數(shù)字化、驅(qū)動到數(shù)控系統(tǒng)接口的數(shù)字化，而且還應(yīng)該包括測量單元數(shù)字化。隨著微電子學(xué)及計算機技術(shù)的發(fā)展，高速、高集成度、低成本的專用芯片以及數(shù)字信號處理器（DSP）等的問世及商品化，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、故障監(jiān)控、自診斷等其他功能。電機驅(qū)動系統(tǒng)的集成化包括兩個方面：機電集成。其一是車用電機與發(fā)動機集成構(gòu)成混合動力發(fā)動機總成，如本田的ISA系統(tǒng)；其二將車用電機與變速箱集成，如豐田混合動力系統(tǒng)THS?？傊?，車用電機與汽車發(fā)動機或變速箱集成的方向發(fā)展有利于減小整個系統(tǒng)的重量和體積，有效降低系統(tǒng)制造成本。此外，將電動汽車驅(qū)動控制器的開關(guān)器件、電路、控制、傳感器、電源和無源器件都集成到標(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題，具有較高的集成度，也可以比較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)問題，并且尚不能有效地降低成本，達到更高的可靠性。近10年來，我國車用電機驅(qū)動系統(tǒng)的研發(fā)就得到了各方面的重視和支持，通過在電動汽車中的應(yīng)用，驗證了技術(shù)、鍛煉了隊伍，研發(fā)出全數(shù)字化矢量控制的車用交流異步電機驅(qū)動系統(tǒng)和開關(guān)磁阻驅(qū)動系統(tǒng)，其技術(shù)水平達到了當(dāng)時國際先進水平，形成了有利于提高產(chǎn)品品質(zhì)、降低成本的產(chǎn)業(yè)鏈。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流電動機控制變得比較容易了。為此