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1、电动汽车的电气驱动技术及其发展④}一2o'^'～—1i综述与述评l电动汽车的电气驱动技术及其发展王海仙陈福民—石;交通鬲cJ"7t7K摘要卜,由于电动汽车在节能和环保方面的巨大优越?陛,将使其成为21世纪重要的城市地面交通工具本文综述了电动汽车关键技术——电气驱动技术的现状和发展趋势,着重讨论了电机及?_夹速发展中的电力电子和控制技术及其对电动汽车的重大影响.关键词:电动汽车,电气驱动电机.电力电子.控制●——一,r—一』一,.一,引言电动汽车其实并不是什么新生事物,早在内燃机汽车存在之前的上世纪30年代就已问世,流行畅销一直持续到本世纪20年代.但由于蓄电池能量和功率密度一直不及汽
2、柴油及随后电起动装置的发明并被用于燃油汽车中.使电动汽车渐渐失去其竞争市场.在本世纪70年代初叶,由于席卷先进工业国家的石油危机.开始使电动汽车复苏,期望用它来适应灵活的能源需求和节约能源,到80年代.更是出于环保考虑,投入了大量人力和财力用于电动汽车研究开发.近年,电动汽车作为21世纪的重要交通工作.在世界上发达工业国家中的开发热潮更是高涨,专家预言9o年代很可能就是人们翘首以待的实用而经济的电动汽车变为现实的十年.电动汽车由于整机的电气化而易于智能化并可提高道路的使用率及简单,可靠,安全等方面的极大优越性使其成为当前科技开发的重要课题研制开发电动汽车必须要以生产有长期生存力的商用电
3、动汽车为长远目标.所用每个部件都得进行专门研究,开发和设计,使其从汽车重量,在体型式及整车系统的配台等各方面性能均达到最优化.为使整车体现高性能,高水平.对电动汽车的电气驱动系统——电机及其驱动控制系统需针对电动汽车特点进行专门研弃二,电动汽车的驱动系统电气驱动系统是电动汽车的心脏,它涉及电机,电力电子及控制技术,对此系统的基本考虑包括:1.采用纯电气驱动还是混合式驱动,是并联混合式还是串联混合式;2.电机采用直流还是交流,是异步还是同步或是SRM;3.是单白电机驱动还是多台电机驱动;4.电机转矩速收稿日期:1995]j-27?l6?电I电艟新鞋求度特性及其最大转矩和速度极限;5.功率
4、变换器型式和控制策略等.电动汽车的驱动系统还必顽应能再生制动.将制动时汽车动能通过电气辅助制动器转换成电能反馈回蓄电池,这样不仅能节省能量.更重要的是增加了电动汽车的续驶里程.对于驱动系统的传动,传统的齿轮传动装置已不能满足电动汽车的需要,具有高变比和高效率行星齿轮差速器的使用使电动轮褥以实现,近来采用的轮式外转子结构电机的直接驱动由于无需齿轮等机械传动装置,具有重量轻,机械损耗小更是受到人们的关注.目前,蓄电池的低能量密度还严重制约着电动汽车的续驶里程,为此,目前开发的电动汽车除采用纯电气驱动外,为延长其续驶里程.不少采用的是混合式驱动系统即同一辆汽车既可燃油驱动又可电气驱动.混合式
5、驱动又有串联式和并联式之分,在采用的电气系统效率不高时,选择并联混合驱动比较合适.因其在内燃机驱动时,发动机动力直接传递给驱动主轴而不产生电气损耗.而串联混合驱动由于能使内燃机始终运行于满功率状态,可使发动机燃油充分燃烧,效率较高.废物的排放大为减少,串联式混台还由于其适应性较强而使其成为优先选择,但其需一重量轻,效率高,成本低的专门发电机,通常采用永磁发电机.为使电动汽车具有良好的续驶里程,舒适感,安全以及无故障运行等性能指标,研制开发一套高功率密度,高效率,集成他的电气驱动系统将是非常关键的.三,电机技术及其发展直流和交流两大类电机均可用于电动汽车驱动.囡直流电机易于控制,所以早期
6、电动汽车均采用直流电机驱动.由于采用机械换向结构.维护困难.并要产生电火花,尤其是对无线电的干扰,对高度智能化的未来电动汽车来讲将是致命的,另外,直流电机及其驱动系统体积大,制造成本高,速度范围有限,所有这些因素限制了直流电机在电动汽车中的应用.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,现代控制理论的出现和应用,使得机电一体化的交流驱动系统显现了它的优越性,如高效率,高能量密度及驱动力大,工作可靠和几乎无需维护等等,所以电动汽车今后将主要采用交流电机驱动,以满足重量轻,效率高这一基本要求.交流电机在电动汽车中的应用越来越广泛,如在Impact4(GM)和FEV(Ni
7、ssan)中采用感应电动机,ETX口(Ford)采用内藏式永磁同步电机,IZA.E1/E2(BMW)和U2001(HKU)采用永磁无刷直流电机.开关磁阻电机也已在国外某些电动汽车中实用交流电机中永磁电机最引人注目.由于采用水磁激励,不仅可避免由于采用电刷,滑环所带来的不利影响,而且具有转子无损耗,效率高,体积小等特点.随着永磁材料尤其是稀土磁钢性能的不断提高和价格的降低,特别在我国,稀土贮量丰富.成本明显低于其他国家,永磁电机的应用前景更为乐观
