电动汽车驱动电机类型种类和结构原理图
新能源汽车电机简介演示
日期:contents•新能源汽车电机概述•新能源汽车电机的技术原理目录•新能源汽车电机的性能参数•新能源汽车电机的应用和案例•新能源汽车电机的挑战和前景展望新能源汽车电机概述01新能源汽车电机是指应用于新能源汽车中的电动机,它是将电能转化为机械能,从而驱动车轮行驶的装置。
新能源汽车电机的主要作用是产生驱动力,使车辆具备行驶能力。
同时,电机还能回收制动能量,提高能源利用效率,降低能耗。
新能源汽车电机的定义和作用作用定义类型:新能源汽车电机主要分为直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机等几种类型。
特点直流电机:结构简单、成本低、控制技术成熟,但维护成本高、体积大、重量重。
交流异步电机:结构简单、坚固耐用、成本低,但效率低、调速性能差。
永磁同步电机:效率高、功率密度高、调速范围广,但成本高、控制技术难度大。
开关磁阻电机:结构简单、成本低、效率高,但噪音大、振动大、控制技术不够成熟。
新能源汽车电机的类型和特点高效率提高电机的运行效率,降低能耗,提高续航里程。
智能化引入人工智能、物联网等先进技术,实现电机的智能化控制和管理,提高电机的运行性能和可靠性。
集成化将电机与变速器、控制器等关键零部件集成设计,减小整体体积和重量,提高传动效率和整车性能。
同时,集成化也有助于降低生产成本和维护成本,提高新能源汽车的市场竞争力。
高功率密度提高电机的功率密度,减小电机体积和重量,提高车辆的动力性和燃油经济性。
新能源汽车电机的发展趋势新能源汽车电机的技术原理02新能源汽车电机利用电磁感应原理,在定子绕组中通入交流电,产生旋转磁场,使转子在磁场中受到力矩作用而旋转。
电磁感应原理部分新能源汽车电机采用永磁同步技术,利用永磁体的磁场与定子电流产生的磁场相互作用,实现高效、稳定的动力输出。
永磁同步技术电机的基本工作原理直流电机驱动方式具有简单、成本低的优点,但体积较大、效率相对较低,在部分早期新能源汽车中有应用。
直流电机驱动交流异步电机驱动方式具有较高的效率和可靠性,成本适中,在新能源汽车中得到广泛应用。
新能源汽车四种常用电机驱动系统详解
新能源汽车四种常用电机驱动系统详解我国车用电机在全球资源条件下具有明显的比较优势,发展潜力较大。
从新能源汽车的产业链来看,受益端将主要集中在核心零部件领域。
国内车用驱动电机行业现状:电机业中的小行业、但制造门槛高,电机驱动系统还存在较多差距与不足,但国内政策扶持将加快产业步伐。
作为新能源汽车的核心部件(电池、电机、电控)之一,图1,驱动电机及其控制系统未来发展前景可观。
驱动电机系统简介新能源汽车具有环保、节约、简单三大优势。
在纯电动汽车上体现尤为明显:以电动机代替燃油机,由电机驱动而无需自动变速箱。
相对于自动变速箱,电机结构简单、技术成熟、运行可靠。
传统的内燃机能高效产生转矩时的转速限制在一个窄的范围内,这就是为何传统内燃机汽车需要庞大而复杂的变速机构的原因;而电动机可以在相当宽广的速度范围内高效产生转矩,在纯电动车行驶过程中不需要换挡变速装置,操纵方便容易,噪音低。
与混合动力汽车相比,纯电动车使用单一电能源,电控系统大大减少了汽车内部机械传动系统,结构更简化,也降低了机械部件摩擦导致的能量损耗及噪音,节省了汽车内部空间、重量。
电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构,驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件(电池、电机、电控)之一,其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标,它是电动汽车的重要部件。
电动汽车中的燃料电池汽车FCV、混合动力汽车HEV和纯电动汽车EV三大类都要用电动机来驱动车轮行驶,选择合适的电动机是提高各类电动汽车性价比的重要因素,因此研发或完善能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求,并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。
驱动电机系统是新能源车三大核心部件之一。
电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构,其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标,它是电动汽车的重要部件。
电动汽车的整个驱动系统包括电动机驱动系统与其机械传动机构两个部分。
电动汽车驱动电机ppt课件
26
第三章
驱动电机系统控制策略简介
驱动电机系统下电流程
27
第三章
驱动电机系统控制策略简介
驱动电机系统驱动模式
整车控制器根据车辆运行的不同情况,包括车速、挡位、电池 SOC值来决定,电机输出扭矩/功率。
当电机控制器从整车控制器处得到扭矩输出命令时,将动力电池 提供的直流电,转化成三相正弦交流电,驱动电机输出扭矩,通过机械 传输来驱动车辆。
9
第二章
驱动电机系统关键部件简介
C33DB 驱动电机控制器结构
10
第二章
驱动电机系统关键部件简介
C33DB 驱动电机控制器结构
11
第二章
驱动电机系统关键部件简介
C33DB 驱动电机控制器主要零件
12
第二章
驱动电机系统关键部件简介
C33DB驱动电机系统工作原理
在驱动电机系统中,驱动电机的输出动作主要是靠控制单元给定命令执 行,即控制器输出命令。控制器主要是将输入的直流电逆变成电压、频 率可调的三相交流电,供给配套的三相交流永磁同步电机使用。
CAN总线接口
29 CAN_SHIELD
10
TH
9
TL
电机温度传感器接口
28
屏蔽层
8
485+
7
485-
RS485总线接口
15 HVIL1(+L1) 26 HVIL2(+L2)
高低压互锁接口
19
第二章
驱动电机系统关键部件简介
检修——驱动电机控制器低压插件
建议检修时先确认插件是否连接到位,是否有“退针”现象。
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第二章
驱动电机系统关键部件简介
检修——确认高压动力线束连接
电动汽车驱动电机课件
驱动电机的控制策略
矢量控制
通过控制电机的输入电流或电压的大 小和方向,实现对电机转矩和转速的 精确控制。
直接转矩控制
滑模控制
通过改变电机的输入电压或电流,使 电机状态在设定路径上滑模运动,实 现对电机状态的快速响应和精确控制 。
通过直接控制电机的输出转矩和转速 ,实现对电机运动的快速响应和精确 控制。
驱动电机的热管理
冷却系统
为了防止电机过热,需要设计高效的冷却系统,如液冷系统或风冷系统。
热设计
在电机的设计阶段就需要考虑到热设计,合理布置电机的散热器和散热通道, 提高电机的散热性能。
04
电动汽车驱动电机的应用与发展
驱动电机在电动汽车中的应用现状
驱动电机是电动汽车的核心部件,负责将电能转化为机械能,为汽车提供动力。 目前,电动汽车驱动电机主要采用永磁同步电机、感应电机和开关磁阻电机等。
电动汽车驱动电机课 件
目录
• 电动汽车驱动电机概述 • 电动汽车驱动电机的工作原理 • 电动汽车驱动电机的性能分析 • 电动汽车驱动电机的应用与发展 • 电动汽车驱动电机的维护与保养
01
电动汽车驱动电机概述
驱动电机在电动汽车中的作用
01
02
03
提供动力输出
驱动电机将电能转化为机 械能,为电动汽车提供前 进和后退的动力。
永磁同步电机具有效率高、功率密度大、调速范围宽等优点,是当前电动汽车驱 动电机的首选。感应电机结构简单、可靠性高、成本低,在低端电动汽车上广泛 应用。开关磁阻电机具有较高的能效和可靠性,但噪音和振动较大,需要进一步 改进。
驱动电机的发展趋势与挑战
驱动电机的发展趋势包括提高能效、降低成本、减小体积和 重量、提高可靠性和耐久性等。为了实现这些目标,需要采 用新材料、新工艺和新技术,如稀土永磁材料、碳化硅功率 器件等。
驱动电机
电动汽车
1、驱动电机概述与分类
1.2 驱动电机分类
常用电机的性能比较
电动汽车
1、驱动电机概述与分类
1.3 驱动电机工作环境
① 电机运行工况复杂,变化频繁 ② 环境:冲击、振动 ③ 动力电池能量有限 ④ 电机也是负载
电动汽车
1、驱动电机概述与分类
1.4 需要什么样的驱动电机? ① 电机要高比功率 ② 电机要高效率 ③ 电机要高可靠性 ④ 电机使用高电压,保证高电气
了解一下原因:
我国钕铁硼磁性材料的总产量达到全球的80%( 尽管高端钕铁硼产量有限)。
日本则是稀土产业的大国,世界销量前三的钕 铁硼公司:住友特殊金属公司、新越化学实业 公司和TDK集团都是日本公司。
钕铁硼是稀土资源,对于稀土资源缺少或稀土 工业不发达的国家而言,车用动力电机的技术 方案是与国家安全相关的。特斯拉(Tesla) Model S的感应电动机铜芯转子是一项创新的技 术,即专利US20130069476。
2.高转矩大功率电机:38 MW 永磁同步电机。
3.永磁材料耐高温
电动汽车
电机常用永磁材料:铝镍钴、铁氧体、钐钴、钕铁硼。
钕铁硼磁 性材料是 钕,氧化 铁等的合 金,又点实验室
国家稀土永磁电机工程技术研究中心,唐任远院士
简介:唐任远院士是我国稀土永磁电机领域的奠基者 和开拓者之一,现任中国工程院院士、沈阳工业大学特 种电机研究所所长、教授、博士生导师、国家稀土永 磁电机工程技术研究中心主任,长期从事稀土永磁电机 方面的研究,积极推动我国稀土资源开发利用,研制成 我国首台稀土永磁电机,多项研究成果已达到国际先进 水平。研制成我国首台稀土永磁电机
直流电机结构图
电动汽车
1、驱动电机概述与分类
电动汽车驱动电机 ppt课件
PPT课件
16
第二章
驱动电机系统关键部件简介
检修——确认低压信号线束连接
驱动电机低 压接口定义
建议检修时先确认 插件是否连接到位, 是否有“退针”现 象。
连接器型号:Amphenol RTOWO1419NP03
编号
信号名称
说明
A
激励绕阻R1
B
激励绕阻R2
C
余弦绕阻S1
D
余弦绕阻S3
E
正弦绕阻S2
F
PPT课件
5
第二章
驱动电机系统关键部件简介
C33DB 驱动电动机结构
PPT课件
6
第二章
驱动电机系统关键部件简介
C33DB 驱动电动机主要零件
PPT课件
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第二章
驱动电机系统关键部件简介
C33DB驱动电机控制器采用三相两电平电压源型逆变器
驱动电机系统的控制中心,又称智能功率模块,以IGBT (绝缘栅双极型晶体管)模块为核心,辅以驱动集成电路、主 控集成电路。
对所有的输入信号进行处理,并将驱动电机控制系统运行状 态的信息通过CAN2.0网络发送给整车控制器。驱动电机控制器 内含故障诊断电路。当诊断出异 常时,它将会激活一个错误代码, 发送给整车控制器,同时也会把 存储该故障码和数据。
PPT课件
8
第二章
驱动电机系统关键部件简介
C33DB驱动电机控制器采用三相两电平电压源型逆变器
KTZ3322S02 AK33D XXXXX XXXX 新能源
大洋
KTZ3328S01 BK33D XXXXX XXXX 新能源股份 KTZ3322S02 BK33D XXXXX XXXX 新能源
大郡 大郡
纯电动汽车的驱动电机系统详解
纯电动汽车的驱动电机系统详解驱动电机系统是电动汽车三大核心系统之一,是车辆行驶的主要驱动系统,其特性决定了车辆的主要性能指标,直接影响车辆动力性、经济性和用户驾乘感受。
一、驱动电机系统介绍驱动电机系统由驱动电机、驱动电机控制器(MCU)构成,通过高低压线束、冷却管路与整车其他系统连接,如图1所示。
整车控制器(VCU)根据加速踏板、制动踏板、挡位等信号通过CAN网络向电机控制器MCU发送指令,实时调节驱动电机的扭矩输出,以实现整车的怠速、加速、能量回收等功能。
电机控制器能对自身温度、电机的运行温度、转子位置进行实时监测,并把相关信息传递给整车控制器VCU,进而调节水泵和冷却风扇工作,使电机保持在理想温度下工作。
驱动电机技术指标参数,如表1所示,驱动电机控制器技术参数如表2所示。
1、驱动电机永磁同步电机是一种典型的驱动电机(图2),具有效率高、体积小、可靠性高等优点,是动力系统的执行机构,是电能转化为机械能载体。
它依靠内置旋转变压器、温度传感器(图3)来提供电机的工作状态信息,并将电机运行状态信息实时发送给MCU。
旋转变压器检测电机转子位置,经过电机控制器内旋变解码器解码后,电机控制器可获知电机当前转子位置,从而控制相应的IGBT功率管导通,按顺序给定子三个线圈通电,驱动电机旋转。
温度传感器的作用是检测电机绕组温度,并提信息供给MCU,再由MCU通过CAN线传给VCU,进而控制水泵工作、水路循环、冷却电子扇工作,调节电机工作温度。
驱动电机上有一个低压接口和三根高压线(V、U、W)接口,如图4所示。
其中低压接口各端子定义如表3所示,电机控制器也正是通过低压端口获取的电机温度信息和电机转子当前位置信息。
2、驱动电机控制器驱动电机控制器MCU结构如图5所示,它内部采用三相两电平电压源型逆变器,是驱动电机系统的控制核心,称为智能功率模块,它以IGBT(绝缘栅双极型晶体管)为核心,辅以驱动集成电路、主控集成电路。
新能源汽车驱动电机结构与工作原理
新能源汽车驱动电机结构与⼯作原理驱动电机是电动汽车驱动系统的核⼼部件,是车辆⾏驶的主要执⾏机构,其特性决定了车辆的主要性能指标,直接影响车辆动⼒性、经济性和舒适性。
它是把电能转换为机械能的⼀种设备,它利⽤励磁线圈,产⽣旋转磁场形成磁电动⼒旋转⼒矩。
导线在磁场中受⼒的作⽤,使电机输出转矩。
1驱动电机的作⽤驱动电机、电控系统、动⼒电池是电动汽车的核⼼部分,称为“三电”。
在电动汽车上,驱动电机替代了传统汽车上的发动机和发电机,传统汽车通常是把化学能转换为机械能驱动车辆⾏驶,⽽驱动电机既可以将电能转换为机械能驱动汽车⾏驶,也可以作为发电机将机械能转换为电能,并存储在动⼒电池内。
电机控制器将动⼒电池的⾼压直流电变换为驱动电机的⾼压三相交流电,使驱动电机产⽣⼒矩,并通过传动装置将驱动电机的旋转运动传递给车轮,驱动汽车⾏驶。
图1所⽰为驱动电机动⼒传输图。
图1 驱动电机动⼒传输图驱动电机不仅可以驱动车辆⾏驶,⽽且可以进⾏制动能量回收。
图2所⽰为驱动电机制动能量回收⽰意图。
驱动电机在制动、缓慢减速时,整车控制器发出相应指令,使驱动电机转换为发电机发电⼯况,此时驱动电机会将车辆动能转换为电能,通过电机控制器以电能的形式向动⼒电池充电。
图2 驱动电机能量回收图2驱动电机的特点1、体积⼩、功率密度⼤由于新能源汽车的整车空间有限,因此要求驱动电机的结构紧凑、尺⼨⼩,这就意味着驱动电机和电机控制器的尺⼨将受到很⼤的限制,必须缩⼩驱动电机的体积,提⾼电机的功率密度和转矩密度。
因此⼀般选⽤⾼功率密度的永磁同步电机作为驱动电机。
2、效率⾼、⾼效区⼴、重量轻新能源汽车驱动电机的第⼆个特点就是效率要⾼、⾼效区要⼴、重量要轻。
由于当前充电桩尚未⼴泛普及,续驶⾥程短⼀直是新能源汽车的短板,提升续驶⾥程的⽅法有:①提升驱动电机的效率。
②驱动电机的⾼效⼯况区要⾜够⼴,保证汽车在⼤部分⼯况下都处于⾼效状态。
③减轻驱动电机重量,间接降低整车功耗,提升续驶⾥程。
电动汽车驱动电机结构与原理
电动汽车驱动电机结构与原理电动汽车驱动电机可以分为两大类:直流电机和交流电机。
在这两类电机中,又有不同类型的电机,它们的结构也各不相同。
下面分别对这两类电机的结构做简要介绍:1. 直流电机结构(1) 励磁系统:励磁系统是直流电机中的一个关键部件,它通过产生磁场使电机转动。
励磁系统又分为两类:永磁体励磁和电磁体励磁。
(2) 转子:转子是电机中的运动部件,通过在磁场中旋转来产生电动势和驱动负载。
(3) 定子:定子则是电机中的静止部件,它包裹着转子,构成了电机的磁场。
(4) 风扇:风扇则是电机的附件,用来冷却转子和定子,以保证电机的正常运行。
与直流电机不同,交流电机采用的是交流电源,也可以根据转子的工作原理分为异步电机和同步电机。
交流电机的主要结构如下:(1) 定子:与直流电机一样,交流电机中也有定子,它固定在电机外壳内,分为单相和三相两种类型。
(2) 转子:交流电机中的转子,在同步电机中与磁场的旋转速度相同,而在异步电机中则会因为转子的存在而产生滞后转角。
(3) 感应器:感应器则是异步电机中的重要部件,它探测磁场的变化并反馈给电机控制系统,以实现电机的控制。
(4) 风扇:风扇同样是交流电机的辅助部件,用来降低电机温度并延长使用寿命。
电动汽车的驱动电机是将电能转换为机械能的重要装置。
从物理学的角度来看,电动汽车驱动电机的工作原理可以统一为电磁感应原理。
也就是说,电动汽车驱动电机通过在磁场中运行的电流,产生磁场并利用与磁场相连的杆件进行机械运动。
直流电机的工作原理是利用磁场对导体中运行的电流的作用力来实现机械运动。
当流经导体的电流遇到磁场时,就会受到洛伦兹力的作用,产生一个旋转力矩,推动电机转动。
由于磁场的作用,导体中的电流也会产生旋转磁场,形成了电机旋转所需的电磁场。
2. 交流电机原理交流电机的工作原理则可以分为同步电机和异步电机两种类型:(1) 同步电机原理:同步电机的转子磁场和定子磁场的极间距离始终不变,它们的转速永远相等。
电动汽车驱动电机的结构及工作原理
3. 无刷直流电机的特点
无刷直流电机的特点
• 具有传统直流电机的优点,同时又取消了碳刷、滑环结构; • 体积小、重量轻、出力大,适合中小功率电机; • 控制较为简单,无级调速,调速范围广,过载能力较强; • 效率较高,可靠性较高,维修与保养简单,成本较低低; • 有一定噪音和振动。
1. 永磁同步电机的结构
新能源电动汽车
电动汽车驱动电机的结构及工作原理
1. 直流电机的结构
电机的结构应由定子和转子两大部 分组成。运行时静止不动的部分称为定 子,定子的主要作用是产生磁场,运行 时转动的部分称为转子,其主要作用是 产生电磁转矩和感应电动势,是直流电 机进行能量转换的枢纽。
无刷直流电机主要由用永磁材料制 造的转子、带有线圈绕组的定子和位置 传感器组成。如图所示,无刷直流电机 基本结构图。
1. 直流电机的结构
定子铁中安放着对称 的多相绕组,可接成星形 或封闭形(角形),各相 绕组分别与电子开关线路 中的相应晶体管相连接。 电子开关线路有桥式和非 桥式两种。如图所示:表 示常用的几种电枢绕组连 接方式,其中图(a)、(b)是 非桥式开关电路,其它是 桥式开关电路。
电枢绕组连接方式
1. 直流电机的结构
无刷直流电机基本结构图
1-电机定子 3-位置传感器
2-电机转子 4-轴承
1. 直流电机的结构
主转子是电机本体的转动部分,是产生励磁磁场的部件,它由三部分组成: 永磁体、导磁体和支撑零部件。
• 永磁体和导磁体是产生磁场的核心,由永 磁材料和导磁材料组成。无刷直流电机常 采用的永磁材料有下列几种:铝镍钴、铁 氧体、钕铁硼及高磁能积的稀土钴永磁材 料等。
无刷直流电机一般采用霍尔元件作为位置传感器,由于无刷直流电动机的转子是永 磁的,就可以很方便地利用霍尔元件的“霍尔效应”检测转子的位置。图4-12表示四相 霍尔无刷直流电动机原理图。
电动汽车驱动电机的结构及工作原理
转子结构
1-永磁体 2-转子铁芯 3-转子转轴
• 导磁材料一般用硅钢、电工纯铁或1J50坡 莫合金等。如图(a)和(b)所示。第一种结 构是转子铁心外表面粘贴瓦片形磁钢,称 为凸极式;第二种结构是磁钢插入转子铁 心的沟槽中,称为内嵌式或隐极式。
1. 直流电机的结构
定子是电机本体的静止部分,由导磁的定子铁心、导电的电枢绕组及固定铁心和绕 组用的一些零部件、绝缘材料、引出部分等组成,如机壳、绝缘片、槽楔、引出线及环 氧树脂等。定子是无刷直流电动机的电枢。某电机拆解后定子铁芯如图所示。
• 绕线式转子:绕线转子绕组与定子绕组相似, 也是一个对称的三相绕组,一般接成星形,三 个出线头接到转轴的三个集流环上,再通过电 刷与外电路联接。
1. 交流感应异步电机的结构
绕组式转子结构如图所示:
绕组式转子结构
2. 交流感应异步电机的工作原理
交流感应电机工作原理如图所示:三相对称绕组通三相交流电产生旋转磁场。
无刷直流电机基本结构图
1-电机定子 3-位置传感器
2-电机转子 4-轴承
1. 直流电机的结构
主转子是电机本体的转动部分,是产生励磁磁场的部件,它由三部分组成: 永磁体、导磁体和支撑零部件。
• 永磁体和导磁体是产生磁场的核心,由永 磁材料和导磁材料组成。无刷直流电机常 采用的永磁材料有下列几种:铝镍钴、铁 氧体、钕铁硼及高磁能积的稀土钴永磁材 料等。
1. 直流电机的结构
定子铁中安放着对称 的多相绕组,可接成星形 或封闭形(角形),各相 绕组分别与电子开关线路 中的相应晶体管相连接。 电子开关线路有桥式和非 桥式两种。如图所示:表 示常用的几种电枢绕组连 接方式,其中图(a)、(b)是 非桥式开关电路,其它是 桥式开关电路。
电动汽车讲义图解1
02.11.2021
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总体布置设计
电动汽车的外形尺寸、车身造型、轴距、轮距等都要尽量保持原车的设计不变。 由于是在原设计平台上,改装或加装电动力总成和传动系统,因此其整备质量、重心坐标、 轴荷分配都会有较大的变动。为此,总体布置要作以下校核计算: 1.动力性:改装或加装电动力总成和传动系统后的最高车速、最大爬坡度、连续换档加速性能; 2.经济性:改装或加装电动力总成和传动系统后的百公里油耗(15工况); 3.操纵稳定性:重心坐标位置变更后对过度转向或不足转向的影响,适量调整重心位置; 4.平顺性:根据轴荷分配,调整前后悬挂的刚度和频率; 5.制动性:根据轴荷分配,调整前后轮的制动力矩。
一段时期内仍将广泛应用,但随着功率半导体器件性能的不断提高 及价格的大幅度降低,在电动汽车上,直流电机驱动系统的使用范 围将逐渐缩小; ⑶ 随着成本的降低和可靠性的进一步提高,永磁同步电机驱动系
统在电动汽车上也将在一定范围内得到应用,特别是小功率的永磁 同步电机驱动系统。 ⑷ 交流感应电机和开关磁阻电机转子结构简单、坚固、可以免维
3.丰田的Prius和本田的Insigh商业化的混合动力汽车采用的是镍氢动力电 池,解决了铅酸电池存在的问题,切不存在镉镍电池的重金属污染,可见 适合于混合动力电动汽车。
但其成本很高,价格是同容量铅酸电池的5~8倍。
4.最新的研究成果,铅酸电池的能量密度可达35W·h/kg,循环使用寿命 ≥400次[1],基本能够满足小型电动车的要求。
02.11.2021
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使用的动力电池
1.清华EV6460N、时风SFK4030B、美国的GM EV-1和Ford EV-Ranger等 也都采用铅酸电池。
铅酸电池以其优良的性能价格比和安全可靠的使用性能,在电动车中仍 得到广泛应用。
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电动汽车驱动电机类型种类和结构原理图
随着电动汽车行业的发展,各大汽车厂商纷纷开发了自家的电动车型。
在雨后春笋般的的电动汽车市场,大家在看车的时候,厂商均推出了各自车型应用的电机。
到底不同的电机有什么差别,下面本文就来讲讲新能源汽车电机的基础知识,介绍各种电机在电动汽车应用特点。
一、什么是电机?
所谓电机,就是将电能与机械能相互转换的一种电力元器件。
当电能被转换成机械能时,电机表现出电动机的工作特性;当机械能被转换成电能时,电机表现出发电机的工作特性。
大部分电动汽车在刹车制动的状态下,机械能将被转化成电能,通过发电机来给电池回馈充电。
二、电动汽车应用驱动电机特点
基于电动汽车的特点,对所采用的电机也有较高的要求。
为了提升最高时速,电机应有较高的瞬时功率和功率密度(W/kg);为了增加1次充电行驶距离,电机应有较高的效率;而且电动汽车是变速工作的,所以电机应有较高的高低速综合效率;此外有很强的过载能力、大的启动转矩、转矩响应要快。
电动车起动和爬坡时速度较低,但要求力矩较大;正常运行时需要的力矩较小,而速度很高。
低速时为恒转矩特性,高速时为恒功率特性,且电动机的运行速度范围应该较宽。
另外,电机还应具备坚固、可靠,有一定的防尘防水能力,且成本不能过高。
目前,从现已成熟的电机技术来看,开关磁阻电机在各个技术特性方面似乎很符合电动车的使用需要,但尚未得到广泛应用;而现今永磁同步电机在电动汽车行业应用较广泛;现在较为知名的特斯拉Model系列均采用异步电机。
此外,如果按电流类型划分还可分为直流电机和交流电机两种。
下面根据转速、功率密度、体积等多方面特性参数对比来了解4种较为典型的驱动电机特点。
表:各种电动汽车驱动电机性能对比
三、直流电机为何没有得到应用
在电动汽车发展的早期,大部分电动汽车都采用直流电机作为驱动电机。
直流电机技术较为成熟,具备控制方式容易,调速优良的特点,曾经在调速电动机领域内有着最为广泛的应用。
但是由于直流电
动机机械结构复杂,导致它的瞬时过载能力和电机转速的进一步提高受到限制,而且在长时间工作的情况下,电机的机械结构会产生损耗,增加维护成本。
此外,电动机运转时电刷冒出的火花使转子发热,会造成高频电磁干扰,影响整车其他电器性能。
由于直流电动机有着以上缺点,目前的电动汽车行业已经基本将直流电机淘汰。
四、永磁同步电机为何应用广泛
在新能源汽车领域,永磁同步电机应用广泛。
所谓永磁,是指在制造电机转子时加入永磁体,使电机的性能得到进一步的提升。
而所谓同步,则指的是转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。
因此,通过控制电机的定子绕组输入电流频率,电动汽车的车速将最终被控制。
与其他类型的电机相比较,永磁同步电机的最大优点就是
具有较高的功率密度与转矩密度,说白了,就是相比于其他种类的电机,在相同质量与体积下,永磁同步电机能够为新能源汽车提供最大的动力输出与加速度。
这也是在对空间与自重要求极高的新能源汽车行业,为什么永磁同步电机是广大汽车制造商首选的主要原因。
但是,永磁同步电机也有自身的缺点,转子上的永磁材料在高温、震动和过流的条件下,会产生磁性衰退的现象,所以在相对复杂的工作条件下,电机容易发生损坏。
而且永磁材料价格较高,因此整个电机及其控制系统成本较高。
五、异步电机为何成为特斯拉首选
相比于永磁同步电机,异步电机的优点是成本低,工艺简单、运行可靠耐用、维修方便,而且能忍受大幅度的工作温度变化。
反之,
温度大幅变化会损坏永磁同步电动机。
尽管在重量和体积方面,异步电动机并不占优势,但其转速范围广泛以及高达20000rpm左右的峰值转速,即使不匹配二级差速器也能够满足该级别车型高速巡航的转速需求,至于重量对续航里程的影响,高能量密度的电池能够“掩盖”电机重量的劣势。
此外,异步电机稳定性优秀也是被特斯拉选用的重要原因。
六、开关磁阻电机可能异军突起
开关磁阻电机作为一种新型电机,相比其他类型的驱动电机而言,它的结构最为简单,定、转子均为普通硅钢片叠压而成的双凸极结构,转子上没有绕组,定子装有简单的集中绕组,具有结构简单坚固、可靠性高、质量轻、成本低、效率高、温升低、易于维修等诸多优点。
而且它具有直流调速系统可控性好的优良特性,同时适用于恶
劣环境,非常适合作为电动汽车的驱动电机使用,业内人士预测开关磁阻电机将成为电动车领域的一匹黑马。