新能源电动汽车电驱动系统

现代电动汽车电驱动系统主要由四大部分组成：驱动电机、变速器、功率变换器和控制器。驱动电机是电气驱动系统的核心，其性能和效率直接影响电动汽车的性能。驱动电机和变速器的尺寸、重量也会影响到汽车的整体效率。功率变换器和控制器则对电动汽车的安全可靠运行有很大关系。

电驱动系统的由以下几个部分组成：

1．电动汽车驱动电机

选用小型轻量的高效电机，对目前电池容量较小、续驶里程较短的电动汽车现状显得尤为重要。早期电动汽车驱动电机大部分采用他励直流电机(DCM)。直流电机驱动系统改变输入电压或电流就可以实现对其转矩的独立控制，进行平滑调速，具有良好的动态特性，并且有成本低、技术成熟等优点。但是，直流电机的绝对效率低，体积、质量大，碳刷和换向器维护量大，散热困难等缺陷，使其在现代电动汽车中应用越来越少。随着电力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的发展以及新材料的出现和现代控制理论的应用，机电一体化的交流驱动系统显示了它的优越性，如效率高、能量密度大、驱动力大、有效的再生制动、工作可靠和几乎无需维护等，使得交流驱动系统开始越来越多地应用于电动汽车中。目前在电动汽车中，主要采用永磁同步电机(PMSM)驱动系统、开关磁阻电机(SRM)驱动系统和异步感应电机(肼)驱动系统。

永磁同步电机(PMSM)是一种高性能的电机，具有体积小、重量轻、结构简单、效率高、控制灵活的优点，在电动汽车上得到了广泛的应用，是当前电动汽车用电动机的研发热点，是异步感应电机的最有力的竞争对手。目前，由日本研制的电动汽车主要采用这种电机，如Honda公司的EV Plus、Nissan公司的Altra 和Toyota公司的RAV4及Prius车型等。但是，永磁电机的磁钢价格较高，磁

性能受温度振动等因素的影响，有高温退磁等问题。

开关磁阻电机(SRM)是由磁阻电机和开关电路控制器组成的机电一体化新型调速电机。开关磁阻电机工作时，依次使定子线圈中的电流导通或截止，电流变化形成的磁场吸引转子的凸出磁极从而产生转矩。开关磁阻电机结构简单，成本较低，可靠性高，起动性能和调速性能好，控制装置也比较简单。然而在实际应用中，开关磁阻电动机存在着转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点，所以目前应用开关磁阻电机的驱动系统仍然很少，主要以Chloride公司的“Lucas”电动汽车为代表。

异步感应电机(M)具有结构简单、坚固、成本低、可靠性高、转矩脉动小、噪声小、转速极限高、无需位置传感器及免维护等特点，因而在电动汽车驱动电机领域里，是应用很广泛的一种无换向器电机。近年来，由IM驱动的电动汽车几乎都采用矢量控制和直接转矩控制。美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电动机。

异步电机的矢量控制调速技术也比较成熟，其电驱动系统具有良好的性能，因此被较早地应用于电动汽车，目前仍然是电动汽车驱动系统的主流产品。迄今为止，美国“Impact’’系列、“ETX．2”型，日本“Cedric"、“OTwn"、“FEV"型，德国“T4”、“190’’型等电动汽车均采用异步感应电机。异步电机的最大缺点是驱动电路复杂，效率比永磁电机和开关磁阻电机低，特别是在轻载运行时效率更低。因此，如何进一步提高异步电机的运行效率，己经成为人们关注的重要课题。

2．变速器

电动汽车用的驱动电机具有宽广的运行范围，并且在低速恒转矩区和高速弱磁

区具有良好的转矩．转速性能，为了提高传动系统效率，可以去掉内燃机汽车中必备的十分笨重的机械齿轮变速器，代之以固定速比减速器的传动系统。固定速比的确山东大学硕士学位论文定非常重要，如果选择不合适，将对整车的性能产生不利影响。通过多次仿真和实验测试，可对电动汽车的固定速比进行优化设计，使之具有良好的传动性能。

3．功率变换器

在现代电动汽车电驱动系统中，通过功率变换器将电池储存的直流电经电压/频率变换后供给电机和其他交流负载使用。功率转换器技术发展的目标是要达到高功率密度、高效率、高可控性和高可靠性。功率变换器常见的是三相全桥的拓扑结构，其中，尤以电压型逆变器为研究最多，而控制方式也是PWM调制占主流。此外，某些电驱动系统的能量源如超级电容等，也会用到DC—DC变换器以控制各能量源的功率流动。对于电动汽车，在选用功率器件时，必须考虑额定值、转换效率、功率损耗、基极/门极的可驱动性、动态特性、坚固可靠性、成熟性与成本等要求。

目前，电驱动系统的PVvGVI逆变器主要采用IGBT元件，提高工作频率，降低低频谐波分量和起动时的电流冲击。

近年来，软开关代替强制式开关的功率逆变器也开始被应用于电动汽车中，其具有开关损耗小、电磁干扰小、低噪声、高功率密度和高可靠性等优点，已引起研究人员广泛的兴趣，其主要缺点在于谐振回路增加了成本及复杂性。