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电动汽车驱动电机发展现状分析

  纯电动汽车指仅由电能驱动的电动汽车,我国 》2012 年发布的《节能与电动汽车产业发展规划(2012-2020 年)》中所指的纯电动汽车为符合国家“双 80”标准的电动汽车。纯电动汽车技术主要包括动力电池及电池管理技术、驱动电机及其控制技术、整车控制技术等。受限于电池技术的发展,电动汽车目前面临的最大问题主要为续航里程及成本问题,在电池能量密度低这一“瓶颈”问题没有取得重大突破之前,提高驱动电机系统的效率显得尤为重要。

  1 电动汽车驱动特点分析

  驱动电机作为纯电动汽车的核心零部件,其性能直接关系到电动汽车的动力性和能源转化效率,同时还需要满足汽车结构尺寸的限制及复杂工况下的运行条件。因此,电动汽车除了要求驱动电机效率高、重量轻、尺寸小、功率密度大、扭矩密度大、可靠性高以及成本低以外,还必须能够满足汽车的频繁起动、停车、爬坡、急加速、急减速和倒车等复杂工况要求。这就要求驱动电机还需要具备宽广的调速范围和较大的过载能力,以满足低速时高起动扭矩和爬坡能力,高速巡航时恒功率输出能力[1] 。同时为进一步提高电动汽车的续驶里程,还要求驱动电机具有能量回收功能,即在车辆减速或者制动时将车辆的部分动能回收,转化为电能存储到动力电池中。

  综合上述要求及特点,目前比较常见的可作为电动汽车驱动的电机主要有四种 :直流有刷电机、交流异步感应电机、开关磁阻电机、永磁同步电机。

  1.1 直流有刷电机

  直流有刷电机因控制简单、生产技术成熟在电动汽车发展早期得到了广泛的采用。但因其结构上存在电刷和换向器而限制了电机的转速和过载能力,同时其运转时会产生火花,可靠性较差,需要经常维护保养,目前在电动汽车驱动系统中已经被淘汰。

  

电动汽车驱动电机发展现状分析



  直流有刷电机

  1.2 交流异步感应电机

  交流异步感应电机与直流电机相比,效率高、功率大、结构简单,无电刷和换向器,可靠性高、便于维护。但与永磁电机相比,其存在损耗大、功率密度低、发热量大、功率因数低等缺陷,在电动汽车中的应用也逐渐被永磁电机所取代。

  

电动汽车驱动电机发展现状分析



  奥迪e-tron平行轴交流异步电机总成

  1.3 开关磁阻电机

  开关磁阻电机是近年来新研发的一种电机,具有结构简单、运行效率高、易于散热、耐高温以及维护方便等显著特点,能够较好地满足电动汽车的需求。但其扭矩脉动严重,电机运行噪声大,与永磁同步电机相比效率和功率密度均偏低,限制了其在电动汽车中的应用。

  美国、加拿大、埃及等国家都开展了SRD系统的研制工作。在国外的应用中,SRD一般用于牵引中,例如电瓶车和电动汽车。同时高速性能是SRD的一个特长的方向。据报道,美国为空间技术研制了一个25000r/min、90kW的高速SRD样机。SRD系统的研究已被列入我国中、小型电机“八五”、“九五”和“十五”科研规划项目。

  华中科技大学开关磁阻电机课题组在“九五”项目中研制出使用SRD的纯电动轿车,在“十五”项目中将SRD应用到混合动力城市公交车,均取得了较好的运行效果。纺织机械研究所将SRD应用于毛巾印花机、卷布机,煤矿牵引及电动车辆等,取得了显著的经济效益。

  现如今功率电子技术,数字信号处理技术和控制技术的快速发展,而且随着智能技术的不断成熟及高速高效低价格的数字信号处理芯片(DSP)的出现,利用高性能DSP开发各种复杂算法的间接位置检测技术,无需附加外部硬件电路,大大提高了开关磁阻电机检测的可靠性和适用性,必将更大限度地显示SRD的优越性。

  开关磁阻电机作为最新一代无级调速系统尚处于深化研究开发、不断完善提高的阶段,其应用领域也在不断拓展之中。由于SRM良好的调速性能和低廉的造价,推广普及可产生很好的经济效益和社会效益,这有待于科研、开发与制造的有识之士共同努力。

  

电动汽车驱动电机发展现状分析



  开关磁阻电机

  1.4 永磁同步电机

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