电动汽车的电机驱动技术及其发展

电动汽车的电机驱动技术及其发展

发表时间：2018-08-21T13:04:09.437Z 来源：《电力设备》2018年第13期作者：殷龙贤

[导读] 摘要：近几年随着全球能源危机的不断加剧，国内大气污染以及石油资源的日趋枯竭，各国政府普遍认识到节能和减排是未来汽车发展的主攻方向，发展电动汽车将是解决该难题的最佳途径。

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摘要：近几年随着全球能源危机的不断加剧，国内大气污染以及石油资源的日趋枯竭，各国政府普遍认识到节能和减排是未来汽车发展的主攻方向，发展电动汽车将是解决该难题的最佳途径。电动汽车相对传统汽车具有能量转换效率高、噪声小、零排放等优点，而驱动电机作为电动汽车的核心部件，其好坏对电动汽车的动力性、经济性、安全性都有重要影响。随着科学技术的发展，我国加大了对电动汽车驱动电机和控制器的研究，力争在新能源产品的角逐中脱颖而出，作为贯穿电动汽车相关部件的电气驱动系统，它的优化尤为关键，该文将详细解读电气驱动技术及其发展。

关键词：电动汽车；电气驱动；技术发展

引言

电动汽车相对传统汽车具有能量转换效率高、噪声小、零排放等优点，同时由于电动机的带载性和宽调速特性，可去掉离合器和变速箱等机械装置，使结构简化，维护、保养方便。在当今能源、环境双重问题的推动下，世界主要汽车生产国都以前所未有的力度发展电动汽车产业，科研人员对电动汽车的研发也获得了绝佳机遇。

1电动汽车的结构和原理

简单来说，电动汽车的基本工作原理是汽车车载动力电池通过汽车控制系统向驱动电机提供有效的电能，在控制系统的作用下，电动机将动力电池提供的电能转化成驱动车辆行驶的机械能，电机输出的机械能再通过减速增力矩的传动系统来驱动车辆的行使。驾驶过程中，驾驶员操纵加速踏板（它带有位置传感器），传感器从而可将加速踏板的位置物理量，通过转换元件转成控制器可接收的电信号输出，在通过中间变换环节，最终有效的控制车辆的运行。另外，车辆的电机驱动系统还具有制动能量回收的功能，即当汽车制动、减速时驾驶员通过操纵制动踏板，制动主控制器识别汽车行驶状态后发出控制指令和信号，从而使车辆进入减速制动状态，电机变成了发电机的功能，这是控制驱动系统将车辆的动能有效的转化成电能储存在电池中，从而大大提高了能量的利用效率。

2电动汽车驱动电机的基本要求及类型

2.1基本要求

(1)可靠性好、高转速、质量轻、耐温耐潮性能强及运行时噪声低。有利于降低整车整备质量。

(2)具有良好的加速能力，并且电机的使用寿命要长、负载能力比较强。电动机采用新材料,可以降低电动机质量,实现轻量化，同时提高强度、寿命。

(3)高电压。这样可减小电动机的结构尺寸、导线等装备的尺寸，同时可降低逆变器的工作电流及结构尺寸。

(4)较好的调速性能、优良的起动转矩。电动汽车具有这方面的性能才会具有良好的加速性能。

(5)效率高、损耗少,可以实现制动能量。再生制动回收的能量一般可达到总能量的15%左右,增大车辆的续驶里程。

(6)结构简单、维修方便及价格便宜，同时还要有高压保护装置。

2.2类型

电动汽车最早采用了直流电机系统，特点是成本低、控制简单，但质量大，需要定期维护。随着电力电子技术、自动控制技术、计算机控制技术的发展，包括异步电机及永磁电机在内的交流电机系统体现出比直流电机系统更加优越的性能。目前已经逐步取代了直流电机控制系统，尤其是得益于设计方法、开发工具及永磁材料的不断进步，用于驱动的永磁同步电机得到了飞速发展。电动汽车中常用的交流电机主要有异步、永磁和开关磁阻三大类型。

3驱动方式简介

根据电动汽车上驱动电机安装位置的不同，电动汽车驱动方式可分为单电机集中式驱动和多电机分布式驱动2种。

3.1集中式驱动

集中式驱动与传统汽车结构接近，用电动机代替内燃机，通过传动系统将电动机的转矩传递到驱动轮上使汽车行驶，在传统汽车结构的基础上，稍加改动即可，具有操作技术成熟、安全可靠的优点。但其存在底盘结构相对复杂、车内空间狭小、体积较大、传动效率低、控制复杂等缺点。

3.2分布式驱动

分布式驱动是将多个电机集成在车轮附近或轮辋内，将动力传给相应车轮。具有驱动传动链短、传动效率高、结构紧凑等突出优点。电动机即是汽车信息单元，同样也是快速反应的控制执行单元，通过独立控制电动机驱/制动转矩容易实现多种动力学控制功能。按电动机位置和传动不同可分轮边电机驱动和轮毂电机驱动2种。

3.2.1轮边电机驱动。轮边电机驱动是将驱动电机安装在副车架上的驱动轮旁边，通过或不通过减速器直接驱动对应侧车轮。带减速器的驱动方式是将电机与固定速比减速器连接，通过半轴实现对应侧车轮的驱动，它是从集中式驱动到轮毂电机驱动之间的过渡形式。

轮边电机驱动的汽车传动链和传动空间进一步减小，底盘机械结构更简单，整车质量减小且布置更合理，可使传动效率提高。在2015年日内瓦车展亮相的奥迪R8e-tron采用双永磁同步电机驱动，在宽泛的转速范围内都能保持95%的效率，峰值转矩为920N·m，0～

100km/h的加速为3.9s，最高时速可超过250km/h。

3.2.2轮毂电机驱动。轮毂电机驱动作为最先进的电动汽车驱动技术，是将2个、4个或者多个电机安装在车轮内部，直接驱动车轮，俗称电动轮，特别适合于纯电动汽车。它的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，因此将电动汽车的机械部分大大简化。 4电动汽车驱动技术的发展趋势

相比于工业应用，对于汽车应用来讲，空间是有限的，每一套系统都要根据特定的车型来定制，尤其是混合动力汽车体现的非常明显。在可靠性方面，工业应用中，主要是保证应用效率的可靠性，但是在汽车的应用中，电机应用系统的可靠性涉及到乘车者的安全，所以可靠性要求非常高。冷却方式上，工业应用是风冷，汽车应用是水冷。控制性能方面，工业应用多为变频调速控制，其动态性能较差，