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文檔簡介
電動汽車用電機(jī)的國內(nèi)外
發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢
目錄1.電動汽車對電動機(jī)的基本要求2.電動汽車用電動機(jī)的種類和控制方法2.1有刷直流電動機(jī)2.2永磁無刷直流電動機(jī)2.3交流三相感應(yīng)電動機(jī)2.4開關(guān)磁阻電動機(jī)3.電動汽車用驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀4.電動汽車用驅(qū)動電機(jī)的發(fā)展趨勢引言驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)是電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一。在新能源汽車中,一般情況下是電機(jī)取代發(fā)動機(jī)并在電機(jī)控制器的控制下,將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能來驅(qū)動汽車行駛。其中,在純電動汽車、太陽能電動汽車和燃料電池電動汽車中,電機(jī)作為純驅(qū)動裝置;在串聯(lián)式混合動力汽車中,電機(jī)作為主要動力裝置;在并聯(lián)式混合動力汽車中,電機(jī)作為輔助動力裝置。新能源汽車與普通燃油汽車的最重要區(qū)別就在于電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。電動汽車對電動機(jī)的基本要求
(1)電動汽車用電動機(jī)應(yīng)具有瞬時(shí)功率大,過載能力強(qiáng)、過載系數(shù)應(yīng)為3~4,加速性能好,使用壽命長的特點(diǎn)。(2)電動汽車用電動機(jī)應(yīng)具有寬廣的調(diào)速范圍,包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū),要求低速運(yùn)行時(shí)具有大轉(zhuǎn)矩,以滿足起動和爬坡的要求;在恒功率區(qū),要求低轉(zhuǎn)矩時(shí)具有高的速度,以滿足汽車在平坦的路面能夠高速行駛的要求。(3)電動汽車用電動機(jī)應(yīng)能夠在汽車減速時(shí)實(shí)現(xiàn)再生制動,將能量回收并反饋回蓄電池,使得電動汽車具有最佳能量的利用率,這在內(nèi)燃機(jī)汽車上是不能實(shí)現(xiàn)的。(4)電動汽車用電動機(jī)應(yīng)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi),具有高的效率,以提高1次充電的續(xù)駛里程。電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu):組成:結(jié)構(gòu)形式:傳統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)
簡化的傳統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)
電動機(jī)—驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng)
雙電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)轉(zhuǎn)子電動輪驅(qū)動系統(tǒng)
外轉(zhuǎn)子電動輪驅(qū)動系統(tǒng)2.電動汽車用電動機(jī)的種類和控制方法
2.1有刷直流電動機(jī)
主要優(yōu)點(diǎn):控制簡單、技術(shù)成熟。具有交流電機(jī)不可比擬的優(yōu)良控制特性。在早期開發(fā)的電動汽車上多采用直流電動機(jī),即使到現(xiàn)在,還有一些電動汽車上仍使用直流電動機(jī)來驅(qū)動。
缺點(diǎn):存在電刷和機(jī)械換向器,不但限制了電機(jī)過載能力與速度的進(jìn)一步提高,而且如果長時(shí)間運(yùn)行,要經(jīng)常維護(hù)和更換電刷和換向器。由于損耗存在于轉(zhuǎn)子上,使得散熱困難,限制了電機(jī)轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比的進(jìn)一步提高。
在新研制的電動汽車上已基本不采用直流電動機(jī)。2.2永磁無刷直流電動機(jī)永磁無刷直流電動機(jī)性能優(yōu)點(diǎn):它是一種高性能的電動機(jī)。它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動機(jī)的外特性而沒有電刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。采用永磁體轉(zhuǎn)子,沒有勵磁損耗,發(fā)熱的電樞繞組又裝在外面的定子上,散熱容易,因此,永磁無刷直流電動機(jī)沒有換向火花,沒有無線電干擾,壽命長,運(yùn)行可靠,維修簡便。轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制,如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承,可以在每分鐘高達(dá)幾十萬轉(zhuǎn)運(yùn)行。永磁無刷直流電動機(jī)機(jī)系統(tǒng)相比具有更高的能量密度和更高的效率,在電動汽車中有著很好的應(yīng)用前景。永磁無刷直流電動機(jī)的不足:受永磁材料工藝的影響和限制,使得永磁無刷直流電動機(jī)的功率范圍較小,最大功率僅幾十千瓦。永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時(shí),其導(dǎo)磁性能可能會下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象,將降低永磁電動機(jī)的性能,嚴(yán)重時(shí)還會損壞電動機(jī),在使用中必須嚴(yán)格控制,使其不發(fā)生過載。
永磁無刷直流電動機(jī)在恒功率模式下,操縱復(fù)雜,需要一套復(fù)雜的控制系統(tǒng),從而使得永磁無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)造價(jià)很高。2.3交流三相感應(yīng)電動機(jī)交流三相感應(yīng)電動機(jī)優(yōu)點(diǎn):交流三相感應(yīng)電動機(jī)是應(yīng)用得最廣泛的電動機(jī)。其定子和轉(zhuǎn)子采用硅鋼片疊壓而定子之間沒有相互接觸的滑環(huán)、換向器等部件。結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)行可靠,經(jīng)久耐用。交流感應(yīng)電動機(jī)的功率覆蓋面很寬廣,轉(zhuǎn)速達(dá)到12000~15000r/min。可采用空氣冷卻或液體冷卻方式,冷卻自由度高。對環(huán)境的適應(yīng)性好,井能夠?qū)崿F(xiàn)再生反饋制動。與同樣功率的直流電動機(jī)相比較,效率較高,質(zhì)量減輕一半左右,價(jià)格便宜,維修方便。交流三相感應(yīng)電動機(jī)的不足:交流三相感應(yīng)電動機(jī)的耗電量較大,轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱,在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需要保證對交流三相感應(yīng)電動機(jī)的冷卻,否則會損壞電動機(jī)。
交流三相感應(yīng)電動機(jī)的功率因數(shù)較低,使得變頻變壓裝置的輸入功率因數(shù)也較低,因此需要采用大容量的變頻變壓裝置。交流三相感應(yīng)電動機(jī)的控制系統(tǒng)的造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于交流三相感應(yīng)電動機(jī)本身,增加了電動汽車的成本。并且調(diào)速性也較差。2.4開關(guān)磁阻電動機(jī)開關(guān)磁阻電動機(jī)優(yōu)點(diǎn):它是一種新型電動機(jī),該系統(tǒng)具有很多明顯的特點(diǎn):它的結(jié)構(gòu)比其它任何一種電動機(jī)都要簡單,在電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒有滑環(huán)、繞組和永磁體等,只是在定子上有簡單的集中繞組,繞組的端部較短,沒有相間跨接線,維護(hù)修理容易。因而可靠性好,轉(zhuǎn)速可達(dá)15000r/min。效率可達(dá)85%~93%呢,比交流感應(yīng)電動機(jī)要高。
損耗主要在定子,電機(jī)易于冷卻;轉(zhuǎn)子元永磁體,調(diào)速范圍寬,控制靈活,易于實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩一速度特性,而且在很廣的范圍內(nèi)保持高效率。更加適合電動汽車動力性能要求。開關(guān)磁阻電動機(jī)的不足:控制系統(tǒng)比其他電動機(jī)的控制系統(tǒng)復(fù)雜一些,位置檢測器是開關(guān)磁阻電動機(jī)的關(guān)鍵器件,其性能對開關(guān)磁阻電動機(jī)的控制操作有重要影響。由于開關(guān)磁阻電動機(jī)為雙凸極結(jié)構(gòu),不可避免地存在轉(zhuǎn)矩波動,噪聲是開關(guān)磁阻電動機(jī)最主要的缺點(diǎn)。
但近年來的研究表明,采用合理的設(shè)計(jì)、制造和控制技術(shù),開關(guān)磁阻電動機(jī)的噪聲完全可以得到良好的抑制。另外,由于開關(guān)磁阻電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩波動較大,功率變換器的直流電流波動也較大,所以在直流母線上需要裝置一個(gè)很大的濾波電容器。電動汽車用驅(qū)動電機(jī)特性比較3.電動汽車用驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀電動乘用車方面,我國目前主要應(yīng)用的是永磁無刷電機(jī)及交流異步電機(jī),開關(guān)磁阻式電機(jī)在乘用車方面還沒有應(yīng)用,永磁及異步電機(jī)目前技術(shù)都已經(jīng)很成熟,也具有批量配套的能力,但是國內(nèi)目前的電動汽車市場還沒有實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),只是處于小批量試制及實(shí)驗(yàn)階段,因此國內(nèi)的車用驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)也是小批量生產(chǎn)的水平,包括上述的各種類型電機(jī)以及風(fēng)冷、水冷等冷卻形式,涵蓋5KW-180KW功率范圍。現(xiàn)我國主要電動乘用車驅(qū)動電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)電機(jī)類型一覽表:序號企業(yè)名稱電機(jī)產(chǎn)品類型電機(jī)技術(shù)類型驅(qū)動系統(tǒng)BSGISG驅(qū)動永磁異步電機(jī)本體控制器1上海電驅(qū)動有限公司
√√√
√√2四川東風(fēng)電機(jī)廠有限公司√
√
√√√3大連電機(jī)集團(tuán)有限公司√
√√√√√4中山大洋電機(jī)股份有限公司
√√√
√√5浙江尤奈特電機(jī)有限公司
√√√
√√6精進(jìn)電動科技(北京)有限公司√√√√
√√7上海電氣先鋒電機(jī)有限公司
√√√
√
8中國航天科工集團(tuán)林泉電機(jī)廠
√√
√√√部分國內(nèi)電機(jī)廠商為電動車生產(chǎn)商供應(yīng)情況湖南南車時(shí)代電機(jī)類型及配套廠商序號配套廠商配套車型電機(jī)類型備注1北汽福田福田歐V純電動客車1.該企業(yè)的客車大功率2申沃客車混動車電機(jī)產(chǎn)量國3青年客車混動車永磁無刷內(nèi)最大;4京華客車混動車電機(jī),2.轎車小功5大中汽車混動車交流異步率電機(jī)量較6依維柯混動車電機(jī)少。7湖南巴士混動車8黃海汽車混動車9曙光汽車混動車大連天元電機(jī)電機(jī)類型及配套廠商配套企業(yè)配套車型電動車類型備注深圳五洲龍F(tuán)DG6122HEVG混合動力1.曾給一汽研發(fā)樣機(jī),只有幾臺的量鄭州宇通ZK6110HGZ混合動力2.該廠不做電機(jī)控制器。中通客車LCK6112GHEV混合動力天津清源YPQ250L-4M純電動襄樊特種電機(jī)電機(jī)類型及配套廠商配套企業(yè)配套車型電動車類型備注上海申沃SWB6121EV2純電動1主要做客車動力電機(jī)。SWB6127HE2混合動力丹東黃海DD6129HES11混合動力2.產(chǎn)能能達(dá)到1000臺以上。安源客車PK6112AGH混合動力萬向電動-------------混合動力上海南洋電機(jī)配套廠商及配套車型配套企業(yè)配套車型電動車類型備注蘇州金龍XMQ6126YE純電動主要是上海瑞華電動汽車合作單位。安凱汽車---------混合動力瑞華電動---------混合動力,純電動四川東風(fēng)電機(jī)廠產(chǎn)品類型及配套廠商序號配套廠商配套車型備注1東風(fēng)風(fēng)神S30給二汽配套的電機(jī)2東風(fēng)小康小康正處于研發(fā)過程中。3鄭州日產(chǎn)帥客4哈飛汽車賽豹5陸地方舟混動車6柳州五菱混動車7二汽汽車-----江門電機(jī)
目前,江門電機(jī)主要電動機(jī)客戶只有上海申沃客車一家,申沃混合動力的SWB6116HB型客車是用的江門電機(jī)產(chǎn)品,該型號的客車還采用了上海御能動力(即上海大郡)生產(chǎn)的電機(jī)系統(tǒng)。4.電動汽車用驅(qū)動電機(jī)的發(fā)展趨勢新能源汽車的發(fā)展,純電動汽車所用電機(jī)市場已經(jīng)成為重點(diǎn)銷售方向,雖然很多國內(nèi)企業(yè)都宣稱自己擁有全產(chǎn)業(yè)鏈的科研實(shí)力,但是真正好的電機(jī)一定是需要長期的技術(shù)積累,然后才能試制、測試,最終才能走向批量生產(chǎn)。國內(nèi)真正有實(shí)力做新能源電機(jī)的整車企業(yè)很少,尤其是在乘用車領(lǐng)域,在各企業(yè)大力宣揚(yáng)擁有核心自主的背景下,大家都不愿對外展示作為新能源汽車核心部件之一的電機(jī)環(huán)節(jié)仍處于受制于人的境況。新能源汽車所用電機(jī)分為異步電機(jī)和永磁電機(jī)兩種,前者主要用于公交、客運(yùn)等商用車,而后者主要用于乘用車。
由于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子無繞組,也無電刷,沒有磁感應(yīng),功率轉(zhuǎn)換效率低,構(gòu)造也簡單,價(jià)格也比較便宜,主要應(yīng)用于大型客車;
永磁電機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)子有繞組,有電刷向轉(zhuǎn)子供電,功率轉(zhuǎn)換效率大,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,價(jià)格也貴,主要用于對轉(zhuǎn)速要求嚴(yán)厲的環(huán)境,比如純電動乘用車。在此過程中很多電機(jī)配套企業(yè)都是急忙上馬,將傳統(tǒng)工業(yè)電機(jī)進(jìn)行簡單的技術(shù)改進(jìn),當(dāng)作新能源汽車電機(jī)提供給整車廠。但在國外,生產(chǎn)新能源汽車電機(jī)存在著多項(xiàng)嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)。電動汽車生產(chǎn)現(xiàn)狀對電機(jī)生產(chǎn)商的要求:新能源汽車,尤其是純電動汽車在爬坡、下坡、平坦路面、顛簸路面等不同路況行駛時(shí),電機(jī)的輸出功率不一樣。國內(nèi)很多電機(jī)廠僅僅是在傳統(tǒng)工業(yè)電機(jī)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)上稍加改進(jìn),完全沒有考慮到新能源汽車電機(jī)的使用環(huán)境,會大大縮短使用壽命,且易造成局部過熱、線路短路等危險(xiǎn)情況。既然都意識到電動汽車電機(jī)今后將有廣闊的市場,何不嚴(yán)格的從電機(jī)的研發(fā)、試驗(yàn)、投產(chǎn)進(jìn)行把控,盡早進(jìn)行基礎(chǔ)性研究,“靜下心來”從零做起,真正形成電動汽車電機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈,以健全的姿態(tài)面對觸手可得的機(jī)遇。中國電動汽車電機(jī)控制器供應(yīng)模式目前車用驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)尚需提高的地方:(1)全運(yùn)行范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速控制精度,效率最優(yōu)化;(2)系統(tǒng)可靠性及耐久性尚未得到充分驗(yàn)證,和汽車行業(yè)的嚴(yán)格要求還有一定差距;(3)動力總成裝置的集成度不高,機(jī)電一體化不夠;(4)關(guān)鍵材料(如高
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