目前电动车存在的主要问题及其对策

_
转换 器 和 高频共 振 交 流连 接转换系统 卜的 脉宽 调 制
(PW M ) 技 术上 。
(3 ) 控 制 技 术 传 统 的 线 性 控制 系 统 , 如 PI
、
和 PI D 系统 已经 不 再 适应 高性 能 驱 动 系统的 严格
要 求 。 近 几 年 来 发 展 了许 多现 代 控 制 技术 。 适 应控
54 8k m (4 0k m / h ) , 最 高 速 度 可 达 176k m / h。
一
美国 O v o ni c 公 司宜 称 : 它 研 制的 镍 氢 电 池 的 比 能
量 已 达 80 W · h / k g , 比 功率为 24 5w / kg , 循环 寿 命大 于 10 00 次 。
时 的 最 大 静 态 转 矩 是 单相 通 电时 的 1 6 倍 , 几成 本
则 要 增 加 一 倍 多。
(2 ) 功 率 电 子器 件技术 在 电 驱 动 系统 川 要
用 到 高电 压 、 大 电流 的 功 率 电子 器 件 ,
我们的 }
‘
,
总是要选用本身损耗小、 效率高、 调控性能好和
本低的功率电子器件。 目前 用 在 脉 宽调 制 逆 变 器 中最 多的 现代 动 力 器
制 , 包 括 自适 应 控 制 ( ST C ) 和 模 变 适 应 控 制
(M R A C ), 已 经 应 用 在 电 驱 动 系 统 上 。 在 白适 应
控 制 系 统 中 (S T C ) 控制 参 数可 以 调 节 , 以适 应 现 场 参数 变 化。 控 制器 中 的 识别模块跟 踪 系统参 数变
磁式 无刷直流电机。 相 数越 多, 大 功 率电子 器 件用 得越 多 , 电 驱 动 系 统 成 本越 高。 从 成本 的 观 点 看 , 两 相水磁 式 无刷 直流 电机成 本最低。
电机 的内部和 外 部特性对 不 同 的控制 方式有非 常 大 的 影响 。 同 一台 电机 由于 控制 方 式 不 同 , 出 力
件 有 IG BT (绝缘 栅 双 极 结 晶体 管 ) 和 金 属 城 化 物
半 导体 控 制 的 品闸 等 整 流 器 (M C T ), IG B T 的 高
阻 抗电压 控制栅极, 可 以 明显降低栅极功率, 从 而
使 栅板 前置放 大 器集成电路效 率更 高, 另外该种管
子的 起 动 时 问 短 , 因 而 减 少 了开 关 损 失 , 并 增 加 了
目前 电 动 车存在 的主 要 问题及其对策
丁 志 刚 王 纪 友 (宁波 大 学)
摘要 本文指 出 了 当前 电动 车 开 发 应用 中存 在的 主 要 问题 , 术 措 施 和 建议 。
叙词 : 电 动 车辆 电机 电子器 件 控 制
提 出 了今 后发展 电 动车 的主 要 技
一、 前 言
近几 年来 , 随着人 们对城 市空气质量的要 求不 断提高, 有些 国家 的城市已 经 制定出 严格限 制汽 车 “ 排 放” 的 标准 和法 规 , 规 划 出 无 污 染排放 区 , 制 定 了有 关 法 律, 以鼓 励 使 用 “零排 放 ” 的 电动 车 。 目前 大 力 鼓 励 使 用 电动 车 的 国家 主 要 有 : 美 国 、 瑞 士 、 法 国、 日本、 德国、 意大利、 英国、 加拿大和澳大 利 亚 等。 这 一情况 使得世 界各主要 汽车制 造商对 自 己的电动车研究和 开 发 策略进行 了重点调 整, 抓紧 _ L马 电 动 车 商业化 开 发 项 目。 目前 正加 紧进行 电 动 车 研 制 的 国家 有: 美 国、 日本 、 德 国、 法 国 、 意 大 利和 中国等。 我 国国家科委和 国家计委 已相继将电 动车的 研制列 人 国家八五 规划 , 正 大 力组 织 有关 单 位进行攻 关研究。
器的参数来达到 系统 闭环 控 制效 果, 这 是以 参 考模
一
量输 出和 实际输 出的 差别 做为输 人 信号进行 调 节
的。 利 用滑 动模 态 方法 , 可以 使 系统 对 参 数变化 不
敏 感, 指示 系统 错 误 , 并简化 安 装 。 通 过 制 定 一 套
开 关控 制方 法 , 可 以迫 使 驱 动 系统 在 预 先确 定 的 相 .
BJ T (双 极 结 型 晶 体 管) 逆 变 器 。 最近 在 香港 大 学
开发 出的 用 于电动 车的 一种新颖的高扭矩 密度
( 1 3 N · m / m ) 3 、 高 效 率 、 多相 永 磁 无 刷 汽流 电 动
机 〔’〕 , 实 质 上 是 一 种多 相 可控 同 步 电机 。
目 前认 为 最适合 用 于 电动 车 中的电机是 多相永
案。 如 采用双 电极、 纤维板 极、 铅 晶和铅 布等 电
池 , 都 可以 使 现 有电池 性 能 提 高 50 % 以 上 。 另外人 们 已 开 始采 用其他 高能 电池, 如 镍 铺电
池 、 镍 氢 电池 。 日本 东 京 电 力公 司组 织 研 制 的
IZ A 电动 轿 车所 用 的 镍 福 电 池, 续 驶 里 程 已 达
电 驱 动 技 术 主 要 包括 三 部分 : 电机 、 功 率 电 子
器 件 和 控 制 技术 。 从 成 本 消耗 的 角度肴 , 恰 当地 选
择 电机 的 控制 方 案和 功 率 电 子器 件是 很 关 键 的 , 当
然 这 和 选 用 什 么样 的 电机 有 关 。
( l) 电机 技 术 过 去 几十 年 里 , 电动 车 普遍 采 用 改流 变 速 驱 动 , 应 用 的 是 直 流 电动 机 驱 动 系统 。
平 面轨 道上 运 行 , 而 不必 理 会现 场 参 数的 变 化。
科 拉论 立
无刷永磁式直流 力矩电动机力矩
波动 及其 改进
陈 福 民 王 海 仙 (上 海 交通 大学 ) 陆 培 庆 (电子工 业 部 21 所)
摘要 力矩 波动是 衡量 力矩 电动机性能 优劣 的一 个非常重 要 的性 能指标。 为 减小 力矩 波 动,
传 统 的 直 流 电 动 机重 量重 、 能 量 密 度较 低 , 再 加 上 电刷 整流 给 用 户 维修带 来很 大的麻 烦 。 但 随 着 先进
的 功 率电 子器件和 变换 器 的 发 展 , 新材料的 应 用 和 对 电机 的 专门研 究 , 以 及现 代控 制理 论的 出现 , 使
得 交流 驱 动 系统 在几 个方 面 明 显地 优 于 改流驱 动 系
.
2
提高电动车的电 驱动技术
电驱 动或电动力装置 是 电动车的心脏, 必须选
择 具有合适的动 力特性 和装配 合理 的 电驱 动系统 。
要求电驱动 系统效率高, 能量密度大, 满足 电动车
运 行特 性 , 同时 尽 可能 地降 低成 本 , 力争 电驱 动 系 统 总体 (性能 / 价 格 ) 比指标最 高 。
脉 宽 调 制 (PW M ) 开 关频 率。 最 近 几 年 对 脉宽 调 制 (PW M ) 控制 的 研究 活
动 t 要 集 中在如 何抑制谐波 , 更 好 地利 用 直流连 接
电 压 不 寻 求 适合 以 实 时 控制 和 微 控 制 器 为 基础的控
制 方 法 , 以 及 解 决 改流 连 接电 压 或 蓄电 池 的 电 压波 动问题。 目前的研究兴趣已 转Leabharlann Baidu到用共振直流连接
器 。 日 本 东 京 电 力 公 司的 IZ A 电 动 车 采 用 四 轮 驱
动 , 每 个 轮 子 土 装 有 2 8 8 r / m in 转 速, 额 定 功 率
为
6
.
skw
的永 磁 无 刷 直流 电动 机 ,
其 最大功 率和
最 大 转 速 分 别 为 10 ok w 和 15 lo r / m in , 井 配 以
(3 ) 价格高 目前 电动 车的造价高于 同功 率汽 车 或摩托 车 的 l一 2 倍。
(4) 电 动 车服务 网 点未建立 一 般汽 车或 摩托 车 服 务 网 点 (加 油站 、 零件 销 售) 已 经 社会 化, 加 油 、 检 修 方 便 。 而 电动 车所 需 要 的 服 务设 施还 未 建 立。
19 9 4 10 17 收 到 修 改 稿。
(2 ) 电动 车运行性 能欠佳 一 般汽 车 (轿 车) 的 加 速性 能 从 0 上 升 到 50 k m / h 的 时 间 都是 在 8s 以 内, 而 目前 电 动 车 大 都 大 于 105 。 通 常轿 车 最 高 车 速 在 巧 ok m / h 以上 , 而 电 动 车 最 高 车 速在 100 km / h 左右。
统 。 例 如 效 率 高 , 能流密 度 大, 有效 的 再 生 制 动 , 驱 动 力 大 奋 _ 〔作 可 靠, 而 且几 乎不 需 要 维 护 等等 。
在最新研 制出的 电动 车中, 美国 通 用公 司的 电动 乍
Im p ac t 采 用 前 轮 驾 驶 , 每 个 轮 子 上 装 有 一 台
目前电动车存在以 下 几 个问题: (l) 电池储能技术欠佳 由于 目前储能 电池 的 能 量密度远远 低于石油燃料, 因此 为了保证 电动车 一 定的动力, 电动 车需要使用 大量的蓄电池, 致使 电动车本身的 重量 大大地超过同功 率的燃油汽 车或 康托 车 , 因 而 影 响 到 电动 车的 运 行性 能 , 提高 了电 动车的 成 本 。 目前 电动 车所用 的 电池 , 一次 充 电后 的续驶 里程 为 10 0 ~ Zo k m , 而 一 般 汽 车 加 满油后 续驶里程在 400 k m 以 上。
就 大 不 相 同 。 传统 的 两 相 永 磁 式 无 ; ’〔流电 机 均 采
用单相轮流励磁方式进行控制, 此盯 机的能流密
度较差, 如能采用两相同时励磁方式、
’
l该
电
机
的
最 大静态 转矩 可 提 高 到 原 来单相 轮 流九 生方 式 的
倍 .
14
,
而五相永 磁式无 刷 直流 电机二 札
时通电
,
42 skw ,
转 速 为 6 6 0 0 r / m in 的 感 应 电 机 ,
配以
M O S F E T 型 (金 属 氧 化 物 半导 体 场 效 应 品 体 粉 ) 逆 变 器 。 日产 公 .刁的 F E V 电 动 车 使 用两 台 感 应 电
动 机, 每 台 功 率 2 0 k w , 最 大 转 速 1 5 0 0 0 r / m in , 最大 扭矩 4 7 5N · m , 配 以 两台 IG B T 型 (绝缘栅 双 极 结 晶 体管 ) 逆 变 器 和 一台 控 制 器 。 宝 马 公 司的
三、 促进电动车应 用 发展 的技 术关键
.
1
提高蓄 电 池的 比 能,
(W · h / k g ) 和 比功
率 (W / k g )
到 目前为止, 唯一 适合应用 在电 动 车上 的 已经 商 业化而且 成熟的 电池技术是 铅酸电池技 术。 目 前
采用 的铅酸 电池还有 潜力可 挖, 已有多种 改进方
19 2 年 9 月 国际 电 动车辆第 1 届 研讨会在意 大 利 召开 , 有 70 0 多 人 参 加 , 共 发 表 了 2 0 0 篇论 文, 这说 明全世 界都非 常关注 电动车 的发展 。 可 见 , 目前 是开 发应 用 电动 车 的 大 好 时机 。
二、 电动 车存在 的 主 要 问题
一
B M W El
电动 车采 用 后 轮 驱 动 ,
每个 轮 子1: 装 有
一 台尤民 克汽 乍公 司的 永磁 无刷 改流电 机, 其额 定
功 率 为 3 2 kw , 在 7 5 0 0r / m in 下最 大 输 出 为
70 kw , 初 始 扭 矩 巧ON · m , 能 流 密 度 为
3 k w / kg , 配 以 IG B T 型 或 M o S F E T 型 逆 变
本文首先讨论 了无 刷 永磁 式直 流 力矩 电动机 理 想的 气隙磁 场 波形, 随后 在磁 场数值解算的基础 上
化 , 并将 信 息 反 馈给 控 制 器 进 行 参数 调 节, 以保证 达 到 所需 要的 闭环 控 制 效 果 。 在 模 变 适 应控 制
(M R A C ) 中, 输 出响 应 被 强 制 跟 踪 参 考模 量 的 响 应 , 而 不 管现场 参数发 生 什 么 变 化。 通 过 调 节控 制