燃料电池汽车用电机驱动系统选型及性能参数研究_程伟
燃料电池汽车动力系统仿真分析及控制策略研究
燃料电池汽车动力系统仿真分析及控制策略研究作者：梁满志囤金军范志先冯海明来源：《时代汽车》2020年第07期摘要：本次研究以燃料电池客车为原型，提出了燃料电池和动力电池组成混合动力的优化措施，希望能够满足特殊工况下能量和动力需求，提升燃料电池客车各项动力性能指标。
现结合仿真结果分析模糊控制策略，对燃料电池的功率需求进行了控制改进，希望可提升燃料电池汽车动力系统仿真分析和控制处理质量，全面降低燃料电池输出功率波动影响。
关键词：燃料电池汽车;动力系统;仿真分析;控制策略本文立足于不可再生能源短缺和环境污染问题，结合现代动力汽车生产要求，迫切研究清洁能源代替现有能源的措施建议。
随着现代经济建设发展，美国，中国，德国，都推出了燃料电池供能计划，以改善传统能源供给系统稳态负载不当以及燃料供应不足等问题。
为解决这一问题，现分析燃料电动汽车动力系统模型，提出燃料电池+动力电池的处理方式，希望能为创新燃料电池汽车动力系统设计奠定基础，现将研究分析阐述如下。
1 简述燃料电池汽车动力系统1.1 电动汽车动力组成目前，燃料电动汽车动力系统内设DCDC、驱动电机、燃料电池、辅助能源等系统组成，混合多能源的形式存在，目前可用的方式有“超级电容+燃料电池”、“动力电池+燃料电池”几种，且超级电容的充电性能快，可以实现最大程度的放电，而储存能源和空间有限，只能够提供大约1min的峰值功率。
针对其辅助能源特征来看，可采用燃料电池+动力电池的混合动力形式[1]。
燃料客车运行中，其中的DC/DC和动力电池经过并联处理后为整个整车动力系统提供能量来源，后期可通过调节DCDC调整输出功率来改变电池的输入、输出表现。
并保护燃料电池，让其安全运行。
按照该方式对比混合电源体积和质量比，本方案可以稳定动力系统电源电压，预防电压波动，也节省操作空间。
1.2 燃料電池和动力电池的特征研究从理论上来讲，燃料电池动力汽车系统其可以达到很高的效率，实现化学能源向电能高效转换[2]。
燃料电池汽车用电机驱动系统选型及性能参数研究_程伟
表 2 动力性指标
最高车速 ( km / h) 最大爬坡度 ( % ) 加速时间 (0～100 km / h) ( s)
150
25
15
表 3 某电机驱动系统性能指标
峰值特性 持续特性 制动特性
Tmax (Nm ) 230 Te (Nm ) 100 Tr (Nm ) 230
Pmax ( kW ) 96 Pe ( kW ) 42 Pc ( kW ) 32
下式计算 :
t
=
1 3. 6
∫uα 0
Ft
-
δm (m gf + Cd A u2 /21.
du 15)
(3)
式中 , t为加速时间 , s;δ为汽车旋转质量换算
系数 ; Cd 为空气阻力系数 ; A 为汽车迎风面积 , m2 ; u为车速 , km / h, (与电机转速 n 换算关系参见式
(1) ) ; Ft 为电机输出折算到车轮的牵引力 ,为 :
参考文献
1 杨国良. 电动车电机驱动控制技术的研究现状及其发展趋 势 [ J ]. 实验室研究与探索 , 2005 (11) 1
2 赵硕 ,张缓缓 ,王庆年. 混合动力汽车电机恒功率特性研究 [ J ]. 微电机 , 2005 ( 3) .
3 何洪文 ,余晓江 ,孙逢春等. 电动汽车电机驱动系统动力特 性分析 [ J ]. 中国电机工程学报 , 2006 (6).
4 张林 ,杜子学 ,朱海峰等. 电动汽车的再生制动控制策略研 究及仿真 [ J ]. 北京汽车 , 2006 (5).
A bstract
From vehicle developm ent point of view, the performance of different electric motor drive system is analyzed, and general selection p rincip le of electric motor drive system for fuel cell vehicle is p resented. Thus peak, continuous and recuperative working con2 dition is p resented for power train design. The simu2 lation result show s the method can comp lete the de2 sign of electric motor drive system for fuel cell vehicle conveniently and effectively, and it also has engi2 neering p ractical value.
一种电动汽车用驱动电机系统性能评价方法
一种电动汽车用驱动电机系统性能评价方法乔维德【摘要】According to the performance characteristics of the driving motor for electric vehicle,analysis of motor control performance,motor body design and enterprise qualification from the drive motor system,applying of analytic hierarchy process (AHP) to determine the performance evaluation index system and index weight of the driving motor,a BP neural network model of performance evaluating for drive motor,and the chicken group algorithm (CSO) was used to optimize the model.The simulation results showed that the performance evaluation method of drive motor based on AHP and CSO-BP neural network has the advantages of high speed and high accuracy,and get satisfactory result,this have good engineering practical value to evaluation,selection and application for electric vehicle drive motor system.%根据电动汽车用驱动电机性能特点,从驱动电机系统的电机控制性能、电机本体设计、企业资质能力等不同维度分析,应用层次分析法(AHP)确定驱动电机性能评价指标体系及其指标权重,建立驱动电机性能评价的BP神经网络模型,并采用鸡群优化算法(CSO)对其模型进行优化.仿真实例表明,基于AHP和CSO-BP神经网络的驱动电机系统性能评价方法,具有评价速度快、准确率高等优点,并得到满意的评价结果.这对于电动汽车驱动电机系统的评价、选择与应用,具有较好的工程实用价值.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2017(044)007【总页数】7页(P115-121)【关键词】电动汽车;驱动电机;层次分析法;鸡群优化算法-BP神经网络;评价【作者】乔维德【作者单位】无锡开放大学,江苏无锡214011【正文语种】中文【中图分类】TM301.2目前，新能源汽车正处于逢勃发展阶段。
燃料电池客车动力系统参数匹配及控制策略研究韩经鲁张振东李泽滨孙玉萍
燃料电池客车动力系统参数匹配及控制策略研究韩经鲁张振东李泽滨孙玉萍发布时间：2023-05-30T15:14:43.476Z 来源：《科技新时代》2023年6期作者：韩经鲁张振东李泽滨孙玉萍[导读] 在燃料电池车辆的设计中，动力系统的参数匹配是一个非常关键的问题，它直接关系到车辆的功率和经济性。
本论文主要针对一种基于燃料电池技术的大巴，对该大巴的动力系统主要参数进行了分析，并基于该大巴的控制策略进行了研究。
中通客车股份有限公司山东省聊城市 252000摘要：在燃料电池车辆的设计中，动力系统的参数匹配是一个非常关键的问题，它直接关系到车辆的功率和经济性。
本论文主要针对一种基于燃料电池技术的大巴，对该大巴的动力系统主要参数进行了分析，并基于该大巴的控制策略进行了研究。
最后，给出了一种新的控制策略。
基于 MATLAB/Simulink软件，建立了汽车行驶过程的模拟平台，并对其进行了模拟和分析。
研究结果显示，本课题所研制的大巴动力系统具有较好的性能，能够满足大巴的动力性需求，并在此基础上，采用模糊控制方法对大巴进行能量管理，以确保大巴在运行中的稳定性与安全性。
模拟计算结果显示，该方法能在市区行驶时，有效地减少燃油消耗，减少尾气排放。
关键词：燃料电池；参数匹配；控制策略引言近年来，在我国节能减排与新能源汽车发展的背景下，利用燃料电池技术的车辆受到人们的高度重视与研究。
与传统燃油汽车相比，燃料电池汽车具有零排放、零噪音、高动力性能等优点，并且能够在电力和燃料两种模式之间进行灵活的切换，特别适用于城市公交、长途客车等移动出行。
在城市道路上行驶时，由于交通拥堵，造成了燃料电池车辆的油耗增加，尾气排放增加。
一、动力系统参数匹配燃料电池客车的动力系统由发动机、燃料电池、动力电池组、驱动电机、变速器等构成，燃料电池和电机主要是通过驱动电机与变速器相连，燃料电池与传动装置的联结方式是决定汽车最高车速及最大爬坡速度的关键因素。
燃料电池汽车动力系统运行效率研究
燃料 电池 汽 车 动 力 系统 运 行 效率 研 究
殷婷 婷 黄晨 东 程 伟 欧 阳启 孙逸神 （ 上海汽车集团股份有限公司， 上海 ２ １０ ） ０８４
【 摘要】 介绍了 燃料电 池汽车 动力系 统的 结构和工作原理， 结合动力系统的功率分布、 能流图 对燃料电
池动力 系统运行效率进行 了深入研究。最后从 零部件效 率、 力系统匹配 、 动 动力 系统结构 以及 控制策 略 ４方面 对 系统运行效率 的影响进行敏感度分析 ， 为燃料 电池汽车动力系统开发提供了参 考依据 和理论基础 。
【 ｂｔ ｃ】 Ｔ ｅ ｔ ｃ ｒ ａｄｗ ｒ ｎ ｉ ｉｅ ｆｈ ｅ ｃ ｌ ｅｉｅ（ Ｃ ）ｐｗ ｒａ ｒ Ａ ｓ ａｔ ｒ ｈ ｒ ｔ ｅ ｎ ｏ ｉ ｐ ｎ ｐ ｅ ｕｌ ｅ ｈ ｌ Ｆ Ｖ ｏ ｅ ｒｎａ ｓｕ ｕ ｋ ｇ ｒ ｃ ｌ ｏ ｔ ｆ ｌｖ ｃ ｔｉ ｅ
运行 的经 济性 。
图 ２～ ４是 ９个 Ｎ Ｄ Ｅ Ｃ工 况 下 ， 电机 功 率情 况
２ 动力 系统 介 绍
本文 以上 汽 开发 的某 款 燃 料 电 池 汽 车 为 例 ， 针对 动力 系统 运行效 率进 行分 析 。 ２ １ 整车 参数 （ １ ． 表 ）
表 １ 整 车 参 数 表
参数 数 值 参 数 风 阻 系数 ｃ 滚 阻 系数 ＿ 厂 数值 ０ ３ ．２ ０ Ｏ ．１
的分 析 ， 中 ， ２是 电机 功 率 的 曲线 图 ； ３是 其 图 图 电机 功 率 的 分 布 图 ，电 机 功 率 在 ０ —５ Ｗ、 ｋ
５～１ Ｗ、０～１ Ｗ 区间范 围 工作 的频 率 最 高 ， ０ｋ １ ５ｋ 比例分 别为 ３ ． ８ 、 ３ ８ ％ 、１ ． ％ ； ４为 ０ ２ ８ ％ ２ ．２ ８４ 图
不同新能源乘用车的驱动电机类型和参数
第一部分：引言作为汽车行业发展的新热点，新能源乘用车在市场上越来越受到关注。
在新能源乘用车中，驱动电机是至关重要的组成部分之一。
不同的驱动电机类型和参数对于车辆性能和续航能力都有着重要的影响。
本文将深入探讨不同新能源乘用车的驱动电机类型和参数，帮助读者更全面地了解这一话题。
第二部分：驱动电机类型1. 交流驱动电机在众多新能源乘用车中，使用交流驱动电机的车型较为常见。
交流驱动电机具有响应速度快、输出扭矩大的特点，适合于提供优越的加速性能和动力输出。
然而，由于其结构复杂、成本较高，以及需要匹配的控制系统较为复杂，因此在应用中还存在一定的挑战。
2. 直流驱动电机相对于交流驱动电机，直流驱动电机在新能源乘用车中的应用相对较少。
然而，直流驱动电机由于结构简单、容易控制、维护成本低等优点，仍然在一些特定的车型中得到了应用。
尤其是在一些小型电动车和混动车中，直流驱动电机依然具有一定的市场份额。
3. 额外类型除了交流和直流驱动电机之外，还有一些新型驱动电机类型在新能源乘用车中得到了应用。
永磁同步电机、感应电机等，它们各自具有独特的特点和优势，在车辆性能和续航方面都有着重要作用。
第三部分：驱动电机参数1. 驱动电机功率驱动电机的功率直接关系到车辆的加速性能和动力输出。
通常情况下，功率更大的驱动电机可以带来更好的车辆性能。
但是，功率过大也可能导致车辆能耗增加，影响续航能力。
在选择驱动电机时需要权衡各方因素。
2. 最大扭矩最大扭矩是衡量驱动电机输出动力的重要参数之一。
与功率相比，最大扭矩更多地影响到了车辆的起步、爬坡和过弯性能。
在选择驱动电机时，需要根据车辆用途和需求来合理选择最大扭矩参数。
3. 效率驱动电机的效率直接关系到了能源利用的效果。
高效率的驱动电机可以在一定程度上提高车辆的续航能力，降低能源消耗。
在新能源乘用车中，选择高效率的驱动电机显得尤为重要。
第四部分：加入个人观点和理解在选择新能源乘用车时，驱动电机类型和参数是非常重要的考量因素。
新能源汽车电驱动技术研究与应用（电机电控部分）
新能源汽车电驱动技术研究与应用（电机电控部分）1 新能源汽车专有技术研究范围和内容新能源汽车是在传统汽车产业链基础上进行延伸，结构上与传统汽车的最大区别在于动力系统，增加了电池、电机、电控系统等组件。
基础部件材料研究：包括动力电池材料研究、单体电池、电池模块、电池系统以及结构轻量化材料。
汽车动力系统研究：包括电化学动力系统、高温电力电子研究和混合动力发动机系统研究，具体包括电机设计、逆变器和充电装置研究。
网联车辆信息研究：汽车电子方面、车辆智能化研究和交通网联研究。
电子控制与智能技术：包括电空调、电子制动、电子转向、智能安全辅助和智能驾驶以及智能制造（制造信息化与车身轻量化）。
新能源技术：包含低碳与可再生能源、氢电基础设施和能源互联网。
电机控制器（MCU）：接收来自整车控制器的指令，将动力电池直流电流进行逆变控制，形成三项交流电进行电机转矩转速控制，并检测电机及控制器状态进行敀障诊断。
整车控制器（VCU）：将驾驶员意图通过加速踏板信号转换为动力系统的需求信号，对整车能量进行管理，对各系统进行监控并及时反馈信息和报警等。
2 关于功率密度在功率密度方面，美国能源部的报告要求驱动系统（电机电控）的峰值功率密度在2020年达到5kw/L，2025年大幅提升到33kw/L，分解到电控是100kw/L，分解到驱动电机是50KW/L。
注：美国认为体积涉及到汽车的有效空间利用和乘客体验，从商业层面上讲，功率体积比的概念要比功率重量比更重要。
橡树岭实验室就在2017年开发出一款电机产品，这款电机是铁氧体永磁同步电机，转子采用双层SPOKE结构，经过测试这款峰值功率为103kw的电机，转矩密度比prius2010提高了10%，最高转速提高了20%。
如果以9000rpm 103kw的峰值工况工况计算，该电机功率密度达到10.3kw/L，成本降低到4.4＄kw，其采用的核心创新点就是无稀土技术和自动优化算法。
橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）是美国能源部所属的一个大型国家实验室，成立于1943年，最初是作为美国曼哈顿计划的一部分，以生产和分离铀和钚为主要目的建造的，原称克林顿实验室。
纯电动汽车驱动系统选型及仿真研究
纯电动汽车驱动系统选型及仿真研究一、本文概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重，纯电动汽车作为一种环保、节能的交通工具，正逐渐受到人们的青睐。
然而，纯电动汽车驱动系统的选型及其性能优化是一个复杂而关键的问题。
本文旨在深入研究纯电动汽车驱动系统的选型原则、影响因素及优化方法，并通过仿真分析验证所选驱动系统的性能表现。
文章将概述纯电动汽车驱动系统的发展历程和现状，分析不同驱动系统的优缺点及适用范围。
在此基础上，提出驱动系统选型的基本原则，包括动力性、经济性、可靠性和环保性等方面的要求。
文章将详细分析影响驱动系统选型的关键因素，如电池性能、电机类型、控制系统等。
通过对这些因素的综合考虑，建立起一套完整的驱动系统选型评价体系，为实际选型提供科学依据。
文章将利用仿真软件对所选驱动系统进行性能仿真分析。
通过模拟不同工况下的车辆行驶状态，评估驱动系统的动力性、经济性等指标，为驱动系统的优化改进提供数据支持。
本文的研究成果将为纯电动汽车驱动系统的选型及性能优化提供有力支持，为推动纯电动汽车的广泛应用和产业发展提供有益参考。
二、纯电动汽车驱动系统概述纯电动汽车（Battery Electric Vehicle，BEV）作为新能源汽车的一种，其驱动系统是其核心组成部分，直接影响到车辆的性能、效率和安全性。
纯电动汽车的驱动系统主要由电机、控制器、电池和传动机构等组成，其中电机作为动力源，负责将电能转化为机械能，驱动车辆行驶。
电机的选型是纯电动汽车驱动系统设计的关键。
目前，常用的电机类型主要包括直流电机、交流异步电机、交流同步电机和开关磁阻电机等。
其中，交流同步电机和开关磁阻电机因其高效率和宽调速范围等特点，在纯电动汽车领域得到了广泛应用。
同时，随着电机控制技术的发展，电机的控制策略也日趋成熟，如矢量控制、直接转矩控制等，为电机的优化运行提供了有力支持。
控制器作为驱动系统的“大脑”，负责接收车辆的各种信号，如加速踏板信号、制动踏板信号、车速信号等，并根据这些信号控制电机的运行状态。
燃料电池客车动力系统的匹配研究
燃料电池客车动力系统的匹配研究杜微微;赵昌锋【摘要】以某城市燃料电池客车为例,对其动力系统进行参数匹配计算,制定相关系统的控制策略,并进行道路试验.结果表明,该车动力系统匹配合理.【期刊名称】《客车技术与研究》【年(卷),期】2018(040)001【总页数】4页(P1-4)【关键词】燃料电池客车;动力系统;匹配研究【作者】杜微微;赵昌锋【作者单位】中国第一汽车股份有限公司技术中心,长春 130011;中国第一汽车股份有限公司技术中心,长春 130011【正文语种】中文【中图分类】U469.72+2全球汽车产业一直探索新的能源技术，希望找到高效、清洁环保的车用能源。
燃料电池汽车因其高效、节能、零排放的特点，成为各大汽车厂商青睐的对象，是新能源汽车的重点研发领域之一[1]。
1 燃料电池汽车的驱动模式及特点燃料电池汽车的驱动模式可以分为4种[2]，系统示意图如图1所示。
图1 燃料电池汽车系统示意图1) 纯燃料电池驱动模式：燃料电池单独提供能量。
优点：构型简单、整备质量轻、控制系统简单。
缺点：现阶段燃料电池的动态响应时间长，且纯燃料电池车辆成本高、无法回收能量、可靠性差、启动时间长等。
2) 燃料电池与动力电池的混合驱动模式：燃料电池和动力电池一同为车辆提供能量，以燃料电池为主、动力电池为辅。
此种混合模式被广泛应用。
燃料电池工作在最佳工作区，功率波动由动力电池平衡。
优点：可选择小功率的燃料电池,燃料电池寿命长，系统响应迅速，具有能量回收功能。
缺点：结构较纯燃料电池模式复杂[3]。
3) 燃料电池与超级电容的混合驱动模式：燃料电池和超级电容一同为车辆提供能量，以燃料电池为主，超级电容辅助燃料电池系统工作。
优点：超级电容充放电效率高、循环寿命长、比功率高，可以在车辆爬坡、加速时瞬间提供大功率，另外，电容使用寿命较长，可以大大降低售后成本。
缺点：其比能量远低于动力电池。
4) 燃料电池、超级电容和动力电池的混合驱动模式：3个能量源一同参与工作，以燃料电池为主，超级电容和动力电池共同辅助燃料电池工作。
燃料电池汽车动力总成结构配置及参数优化匹配
广泛应用 。开关磁阻电机应用较少 。由于大客车的 功率需求较大 ,导致电机功率和体积增加 ,对控制器 件要求提高 ,并且不利于整车布置 ,因此适宜采用多 电机驱动的方案 。可采用两种结构 : 一种是多电机 输出转矩耦合 ; 另一种是采用轮毂电机技术 ,后者控 [2] 制较为复杂 。 31112 电机性能参数确定 3111211 理想车用电机的转矩 转速特性 理想 车 用 电 机 的 特 [3] 性可以用图 3 表示 。 转折转速 nb 以下以 Tm ax 恒转 矩 运 行 , 以 上 以 W b 恒功 率 运 行 。采 用 先 进 的 矢量 控制 方法的 高速 电 机输 出特 性与车 辆行 理想的车用电机转 驶时车速范围宽 、 低速转 图 3 [4] 矩 转速特性曲线 矩大要求相一致 。 根据上述分析 , 需要 确定的电机性能参数包括 : 最大功率 、 最高转速 、 最 大转矩 、 转折转速等 。下面通过分析车辆在不同工 况下的受力情况和能量转换设计电机参数 。 3111212 车辆的纵向动力学平衡方程 车辆行驶时纵向动力学受力平衡方程式为 ( 1) Ft = Ff + Fw + Fi + Fj 式中各项分别为作用到车轮上的驱动力 、 地面滚动 阻力 、 空气摩擦阻力 、 坡度阻力和加速阻力 。展开为 2 η Tt T ig CD A v 5 dv ( 2) = m gf + +m gi + ε m r 21115 18 dt 式中 Tt 为电机输出转矩 ; ηT 为电机输出轴至车轮 之间的传动效率 ; r为轮半径 ; ig 为传动比 ; m 为整车 质量 ; f 为地面滚动阻力系数 ; CD 为空气阻力系数 ; A 为车辆迎风面积 ; v 为车速 ; i为路面坡度 ; ε为车辆 旋转质量转换系数 。 3111213 电机性能参数确定 ( 1 ) 最高转速 nmax 根据最高设计车速 ,初定传动比 ig , 即可确定电 机最高转速 。增大电机最高转速有利于降低其体 积、 减小质量 , 但会使传动比增大 , 从而加大传动系 统的体积 、 质量和传动损耗 。应综合考虑多方因素 。 由于电机转速较高 , 因此传动比一般取值较大 , 为 8 ～15。初选 ig = 12, 得 nm ax ≥4 642 r/m in。 ( 2 ) 最 高 转 矩 Tmax 、 最 大 功 率 Pm ax 和 额 定 转 速 nb 电机的最大转矩 Tm ax应大于车辆爬坡时所需的
电动汽车驱动电机选型探讨
电动汽车驱动电机选型探讨随着能源、环境问题越来越突出，纯电动汽车的研究越来越被人们重视。
驱动电机对于纯电动汽车而言，是不可缺少的一部分，在纯电动汽车中扮演着重要的角色。
驱动电机的动力输出对汽车的动力性能有着直接的影响。
因此在纯电动汽车中，驱动电机动力参数选型至关重要。
文章讨论了纯电动汽车驱动电机参数选型的基本要求、纯电动汽车用电动机性能参数初步确定的原则。
标签：纯电动汽车；驱动电机；动力；选型汽车作为当今世界上的主要交通工具，其数量一直在持续增加。
众所周知，汽车尾气的排放是造成大气污染的主要原因之一，同时随着汽车数量的不断增加，对石油等能源的需求越来越大。
纯电动汽车作为低消耗零污染的新能源汽车得到国家和政府的大力支持。
纯电动汽车与传统汽车在动力输出上有很大的差别，本人在多年的研究过程中，通过实践和分析总结了一些关于纯电动汽车在动力系统匹配中驱动电机选型的基本原则。
1 纯电动汽车驱动电机参数选型的基本要求对于纯电动汽车而言，其经济、动力性能指标主要包括：最高时速（km/h）、百米加速时间（s）、连续爬坡速度（km/h）、最大的爬坡度（%）以及续航公里数（km）等。
所以，在对纯电动汽车的动力系统进行匹配时主要针对上面提到的几个指标进行匹配。
纯电动汽车的驱动电机与燃油发动机有很大的不同，其中最主要的不同之处在于纯电动汽车的驱动电机在额定转速附近效率是最高的，并且能够承受短时间内的过载输出。
以下是纯电动汽车驱动电机的主要特性：（1）功率恒定区与扭矩恒定区：与传统汽车的燃油发动机相比，纯电动汽车的驱动电机在达到额定的转速之前，驱动电机的扭矩是一个恒定的数值，其转速与功率成正比例关系；当驱动电机达到额定转速之后，其功率变成额定值，转速与扭矩成反比例关系。
（2）高效率区：在纯电动汽车的中，最高的运行效率是在额定转速附近的。
（3）零转速扭矩的输出：传统汽车的燃油发动机其扭矩的输出是在一定转速下才能实现的，没有转速扭矩就无法输出，并且输出的扭矩也不能立刻达到最大值。
关于新能源汽车及电机驱动的研究
关于新能源汽车及电机驱动的研究作者：孟令阳赵达来源：《科学与财富》2019年第08期摘要：电机驱动技术是现代汽车的核心控制技术之一，在新能源汽车的发展中，起着越来越重要的作用。
相对而言，新能源汽车与电机驱动的控制技术，是密不可分的，应通过电机驱动的控制技术，更好的完善新能源汽车，并且大幅度的降低汽油的运用，实现新能源的更大发展。
另一方面，在研究和应用电机驱动的控制技术方面，应尽量加强联合技术的应用，配合各种设备和细小的零部件，完成新能源汽车的多项优化。
在此，本文主要对新能源汽车及电机驱动的控制技术进行讨论。
关键词：新能源电动车;电机驱动系统1电动汽车电机驱动系统性能指标电动汽车驱动系统的核心是电机及其控制器，以电机为核心的驱动系统占整车成本的60%左右。
所以，降低电动汽车成本的关键在于电控系统的优化。
电动汽车要能够取代传统汽车，必须在各项指标上达到甚至超越燃油车辆的性能，比如对不同气候，不同道路条件的适应能力，对驾驶员和乘客的安全保障，舒适程度等。
电动汽车驱动系统的性能指标，我们可以总结为以下几条：（1）车辆能量转换效率要高，功率密度要大，续驶里程要长。
可通过开发新型电池和优化电机及控制系统来实现;（2）速度低时提供大扭矩来实现车辆起步、加速等要求，较高车速巡航时提供小转矩、恒功率;（3）电机及控制系统能够长时间在恶劣的环境下工作，可靠性高，减振性强，免维护或者少维护;（4）驾驶员操纵车辆方便，具有安全保障措施，舒适性好;（5）车辆内部各种电子设备之间不出现互相干扰现象;（6）车辆便于维修，系统不复杂，整体系统成本较低。
2 电动汽车电机系统分析目前，电动汽车使用较多的电机系统主要有四种：直流电机、永磁同步电机（包括直流无刷电机）、开关磁阻电机和交流异步电机。
表1为电动汽车几种常用驱动电机的性能比较。
（1）直流电机是早期在电动汽车上广泛采用的驱动设备，也是结构最简单的一种电机。
直流电机控制方法容易实现，利用电压进行控制，具有交流电机不可比拟的电磁转矩控制特性。
新能源汽车功率电子系统的电机驱动技术研究
新能源汽车功率电子系统的电机驱动技术研究随着全球能源危机的日益加剧和环境污染问题的突出，新能源汽车作为替代传统燃油汽车的重要选择成为了研究的热点。
其中，功率电子系统是新能源汽车的核心部件之一，而电机驱动技术则是实现新能源汽车高性能、高效能的关键。
本文将探讨新能源汽车功率电子系统的电机驱动技术，从电机选型、控制策略和系统优化等方面进行论述。
1. 电机选型电机是新能源汽车功率电子系统的核心，其选型对整个系统的性能和效能有着决定性影响。
在电机选型过程中，需要考虑以下几个方面的因素：1.1 功率要求：根据车辆的使用情况和性能要求，确定所需的功率和扭矩范围，以此来选择合适的电机类型和规格。
1.2 效率和能量转换：电机的效率和能量转换特性直接影响整个车辆的续航里程和能耗情况，因此需要选择具有高效率和优良能量转换特性的电机。
1.3 可靠性和寿命：选择具有较高可靠性和较长寿命的电机，以确保在长时间使用和各种工况下都能正常运行。
2. 控制策略电机驱动的控制策略是指通过控制电机的工作状态和运行参数，实现对电机驱动系统的精确控制。
常用的控制策略包括：2.1 矢量控制：矢量控制是一种通过对电机的转子磁场进行精确控制，实现对电机性能的优化调节的控制策略。
采用矢量控制可以提高电机的动态响应和控制精度。
2.2 直接转矩控制：直接转矩控制是一种通过对电机的转矩和磁通进行直接控制，避免了传统PID控制器中的速度环和位置环，实现对电机驱动系统的高性能控制。
2.3 混合控制：混合控制是将不同的控制策略组合起来，根据实际应用需求进行灵活调整。
采用混合控制可以更好地平衡电机的性能和功耗之间的矛盾。
3. 系统优化为了提高新能源汽车功率电子系统的整体性能和效能，需要对系统进行优化设计和调整。
主要包括：3.1 整流器设计：整流器是将电池的直流电转换为交流电供给电机使用的装置。
优化整流器的设计能够提高能源利用率和系统效能。
3.2 电容和电感设计：电容和电感在新能源汽车功率电子系统中起着平滑电流和提高系统稳定性的作用。
燃料电池物流车动力驱动系统参数匹配
燃料电池物流车动力驱动系统参数匹配曾昭炜;刘阳;严超;梁益铭;武小花【摘要】为提高燃料电池物流车的综合性能,需要对动力系统各部件参数进行匹配.本文根据某燃料电池物流车动力性能指标的要求,在对动力系统结构进行设计的基础上对动力驱动系统不同部件(电机、蓄电池、燃料电池、变速器)进行参数匹配,并对整车的加速能力、爬坡能力、最高车速等动力性指标进行验证.结果表明所匹配的动力驱动系统参数满足车辆动力性能要求.【期刊名称】《西华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(038)003【总页数】5页(P108-112)【关键词】燃料电池物流车;动力系统结构设计;驱动系统参数匹配;动力性能【作者】曾昭炜;刘阳;严超;梁益铭;武小花【作者单位】西华大学汽车与交通学院,四川成都 610039;西华大学汽车与交通学院,四川成都 610039;西华大学汽车与交通学院,四川成都 610039;西华大学汽车与交通学院,四川成都 610039;西华大学汽车与交通学院,四川成都 610039【正文语种】中文【中图分类】U469.72减少对化石燃料的需求和减少排放对解决全球变暖问题至关重要[1-3]。
由于氢燃料的可持续性，以氢为燃料的燃料电池汽车不可避免地比其他传统车辆更具优势，同时燃料电池具有能量效率高等优点，因此用燃料电池取代内燃机有助于能源的可持续发展。
基于以上因素，交通运输部门对燃料电池汽车的重视程度正在迅速增加[4-5]。
中国已经具备了开展燃料电池汽车大规模示范运行的基础，而燃料电池物流车对加氢站的依赖度较低；因此，现阶段研发燃料电池物流车不仅能够顺应市场，而且能提高燃料电池汽车的研发水平。
一般来说，燃料电池系统通过化学反应将输入的氢气转化为电能，同时生成水 [6-7]，具有高能效和低排放等优点[8-9]。
除此之外，燃料电池存在一些缺点，例如其功率密度较低及功率响应较慢、无法对制动能量实现回收[10]。
为了减少以上缺点，超级电容器和电池等能量存储系统可与燃料电池一起使用[11-12]，因此燃料电池汽车的动力系统一般采用混合动力驱动。
新能源汽车驱动电机选型的研究与探索
新能源汽车驱动电机选型的研究与探索
陈香玉
【期刊名称】《时代汽车》
【年(卷),期】2023()4
【摘要】随着不可再生能源的日渐枯竭,新能源汽车成为目前世界上汽车产业发展的主流产业。
驱动电机作为新能源汽车的主要零部件,承担着新能源汽车在节能减排、降耗、增效等关键指标,也是新能源汽车的三大核心系统之一。
基于此,本文以驱动电机为研究对象,通过比较几种常用的驱动电机在新能源汽车上的设计及开发要点,并提出永磁同步电机在新能源汽车上应用的重要性。
【总页数】3页(P101-103)
【作者】陈香玉
【作者单位】合肥科技职业学院
【正文语种】中文
【中图分类】F42
【相关文献】
1.燃料电池汽车用电机驱动系统选型及性能参数研究
2.纯电动汽车驱动电机选型方法研究与计算界面设计
3.《新能源汽车电机驱动技术》教学研究的探索与实践
4.《新能源汽车电机驱动技术》教学研究的探索与实践
5.新能源汽车驱动电机用浸渍树脂综合评价探索
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图 1 电机转矩 /功率特性
2. 1 峰值特性 汽车动力性由最高车速 uαmax、加速时间 t和
最大爬坡度 imax 3方面指标来评定 。因此 ,电机驱 动系统峰值特性参数可基于此计算 ,包括峰值转
上海汽车 200813
·5·
新能源汽车
矩 Tmax、峰值功率 Pmax及最高工作转速 nmax。
功率密度
2
效率
2
成本
4
可靠性
3
控制性
5
技术成熟度
5
安全性
4
总计
25
异步电机
3 3 5 5 4 5 5 30
永磁电机
5 5 3 4 5 4 3 29
开关磁 阻电机
3 3 4 5 3 3 5 26
2 电机驱动系统性能参数研究
与传统汽车相类似 ,为保证各种行驶工况需 要 ,满足汽车动力性要求 ,必须根据车辆动力性指 标来研究电机驱动系统性能参数 。按照电机工作 制 (温升 )的特点 ,电机驱动系统性能指标可分峰 值和持续特性 ;结合电机运行特性 ,再分为恒转矩 和恒功率运行区 ,如图 1所示 。其中 ,峰值特性用 于车辆加速 、爬坡 ,而持续特性用于车辆巡航行 驶。
温升不超过限值而达到热平衡的状态 ,对应于车
辆经常运行区域 。电机驱动系统持续特性通过持
续功率 Pe 与持续转矩 Te 来表征 ,有 :
Pe
=
(m gf
+ Cd A u2
/ 21.
15)
u
3600η
(5)
式中 ,车速 u 可按车辆最高设计车速的 90%
或我国高速公路最高限速 120 km / h 取值 。持续
图 3 电机峰值特性
4 结语
燃料电池汽车整车性能指标 、动力系统构型 确定之后 ,即可进行电机驱动系统的选型 ,进而从 峰值特性 、持续特性和制动特性来分析计算电机 驱动系统的性能参数 。另外 ,电机驱动系统作为
新能源汽车
图 4 加速曲线
一种零部件 ,其最终的选择也必须兼顾现有状况 , 尽量避免重新设计开发 。本文提出的方法具有一 定的工程实用价值 ,并可扩展至串联式混合动力 、 纯电动车用主驱动电机系统的选型和性能参数计 算。
收稿日期 : 2008 - 01 - 04
·4·
上海汽车 200813
新能源汽车
枢磁动势的严格正交 ,易于控制 ,采用斩波器即 可 。另外 ,电机结构复杂 ,其高速性能和可靠性受 换向器和电刷的影响较大 。随着交流调速理论及 电力电子器件的发展 ,目前在燃料电池汽车上的 应用已逐步减少 。 1. 2. 2 异步电机驱动系统
【主题词 】 燃料电池汽车 电机系统 研究
0 引言
随着汽车保有量的进一步增长 ,汽车尾气排 放已成为大气污染的主要源头 。另外 ,世界经济 的快速发展使能源危机日益严重 ,能源安全问题 也就成为各国所关注的重点 。面对环境污染 、能 源匮乏这两大难题 ,开发清洁无污染的电动汽车 无疑成为一条迫切 、有效的途径 。目前电动汽车 的发展可分为 3个方向 :混合动力 、纯电动以及燃 料电池 。燃料电池汽车以其高能量转换效率 、零 排放 、低噪声 、燃料可再生等优势 ,逐渐成为世界 各大汽车厂商研究和开发的热点 ,代表着未来汽 车的发展方向 。
行于第 ④象限 ,其对降低车辆能耗 、提高续驶里程
有着非常重要的意义 。因此 ,有必要就电机驱动
系统的制动特性进行分析 。
图 2 电机驱动系统运行模式
制动特性可采用最大制动功率 Pr 和最大制
动转矩 Tr 来表征 ,即 :
Pr = Pcηm
(7)
式中 , Pc 为动力蓄电池最大充电功率 , kW ;ηm
电机驱动系统是燃料电池汽车的心脏 ,由电 机及控制器组成 ,工作于车辆起动 、加速以及制动 等工况中 。作为整车唯一的动力装置 ,电机驱动 系统的开发关系到燃料电池汽车的动力性 、经济 性和可靠性 。本文从整车角度出发 ,介绍了燃料 电池汽车用电机驱动系统的选型标准 ,分析了其 性能参数对整车的影响 ,为整车动力系统集成设 计提供理论依据 。
转矩为 :
Te = 9550Pe / ne
(6)
2. 3 制动特性
图 2为电机驱动系统四象限运行 。其中 ,第 ①
象限对应于车辆前向驱动 ; 第 ②象限对应于车辆
溜坡时的过渡状态 ,通常很快进入第 ①象限 ;第 ③
象限对应于倒车 ; 第 ④象限对应于车辆前向行驶
过程中的回馈制动 。车辆正常行驶过程中经常运
通常可分为方波供电的无刷直流电机和正弦 波供电的永磁同步电机 。转子采用永磁体 ,不需 要励磁 。因此 ,功率因数大 ,电机具有较高的功率 密度和效率 。但受永磁材料性能的影响 ,目前仍 然存在成本高 、可靠性较低及使用寿命较短的缺 点 。另外 ,永磁电机控制器在发生故障而保护时 , 由于永磁体的原因电机会产生与转速成正比的反 电势并通过反向二极管加在高压母线两端 ,造成 潜在的安全问题 。与异步电机相比 ,永磁电机安 全性稍差 。目前日本汽车公司较多采用永磁电机 驱动系统 ,如本田推出的燃料电池汽车 FCX前轮 驱动电机为 80 kW 的永磁电机 。 1. 2. 4 开关磁阻电机驱动系统
下式计算 :
t
=
1 3. 6
∫uα 0
Ft
-
δm (m gf + Cd A u2 /21.
du 15)
(3)
式中 , t为加速时间 , s;δ为汽车旋转质量换算
系数 ; Cd 为空气阻力系数 ; A 为汽车迎风面积 , m2 ; u为车速 , km / h, (与电机转速 n 换算关系参见式
(1) ) ; Ft 为电机输出折算到车轮的牵引力 ,为 :
如表 1所示 ,异步电机及永磁电机得分较高 , 与世界范围内燃料电池汽车电机驱动系统的发展 趋势相一致 。由于空间布置以及功率需求的原
因 ,通常燃料电池客车较多采用异步电机驱动系 统 ,而燃料电池轿车较多采用永磁电机驱动系统 。
表 1 电机驱动系统综合性能评价
电机驱 动系统 直流电机 性能指标
表 2 动力性指标
最高车速 ( km / h) 最大爬坡度 ( % ) 加速时间 (0～100 km / h) ( s)
150
25
15
表 3 某电机驱动系统性能指标
峰值特性 持续特性 制动特性
Tmax (Nm ) 230 Te (Nm ) 100 Tr (Nm ) 230
Pmax ( kW ) 96 Pe ( kW ) 42 Pc ( kW ) 32
的情况 下 ,β越 大 , Pmax越 小 , 并 随 着 β的 增 大 , Pmax趋于饱和 。因此 ,β的 取值 对于 降低 电机 驱 动系统功率 需求 、减 小 电 机 驱 动 系 统 质 量 与 体
积 、提高整车效率有着非常重要的意义 。β的取
值取决于电机驱动系统类型及控制算法 ,通常取
2～4。β确定后 ,加速时间 (起步加速到 uα )可由
作为一种基于“磁阻最小原理 ”设计的新型电 机 ,定子 、转子均采用凸极结构 ,具有结构简单 、可 靠性高 、控制简便及功率 /转矩特性优越的特点 。 但存在噪声大 、转矩和母线电流脉动严重的缺陷 。 因此 ,在燃料电池汽车的应用较少 。 1. 3 电机驱动系统选型原则
燃料电池汽车电机驱动系统的选型必须结合 整车开发目标 ,综合考虑电机驱动系统的特点。 具体可参考表 1所示的电机驱动系统综合性能评 价指标 。
其折算后的峰值转矩 Tmaxα也可以满足汽车爬坡性
能指标要求 ,即 Tmaxα > Tmax g ,因此 ,电机峰值转矩
可设计为 Tmax = Tmaxα。如果车辆爬坡度有特殊设 计要求 ,则取 Tmax = Tmax g ,通过调整峰值功率和基 速比重新匹配 。
2. 2 持续特性
持续特性指电机驱动系统可以长时间运行 、
参考Байду номын сангаас献
1 杨国良. 电动车电机驱动控制技术的研究现状及其发展趋 势 [ J ]. 实验室研究与探索 , 2005 (11) 1
2 赵硕 ,张缓缓 ,王庆年. 混合动力汽车电机恒功率特性研究 [ J ]. 微电机 , 2005 ( 3) .
3 何洪文 ,余晓江 ,孙逢春等. 电动汽车电机驱动系统动力特 性分析 [ J ]. 中国电机工程学报 , 2006 (6).
电机最高工作转速由最高车速 uαmax和机械传
动系统减速比 i0 来确定 ,即 :
nm ax
=
60uα max ×i0 2πR ×3. 6
(1)
式中 , R 为车轮滚动半径 , m。
电机峰值转矩由最大爬坡度确定 ,汽车爬坡
时车速很低 ,可忽略空气阻力 。因此 ,有 :
Tmax g =ηRi0 (m gf co sαmax + m g sinαmax )
采用鼠笼式或绕线式转子结构 ,电机坚固耐 用 、结构简单 、技术成熟 、免维护 、成本低 ,尤其适 合恶劣的工作环境 。其缺点在于损耗大 、效率低 、 功率因数低 ,进而导致控制器容量增加 ,成本上 升 。美国制造的燃料电池汽车较为广泛地使用异 步电机系统 ,例如 GM 开发的燃料电池汽车 Sequel 采用了 60 kW 的异步电机 。 1. 2. 3 永磁电机驱动系统
新能源汽车
A版
燃料电池汽车用电机驱动系统选型及 性能参数研究
程 伟 欧阳启 张晓辉 (上海汽车集团股份有限公司技术中心 )
【摘要 】 从整车角度出发 ,综合分析了几种电机驱动系统的性能特点 ,介绍了燃料电池汽车用电机驱动
系统的选型原则 ,提出了从峰值 、持续和制动特性来描述电机驱动系统 ,为动力系统参数匹配计算提供依据 。仿 真结果表明 ,该方法可简便 、有效地完成燃料电池汽车用电机驱动系统设计 ,具有一定的工程实用价值 。