现代电动汽车驱动原理及关键技术综述.pdf

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1、万方数据EquipmentManufacturingTechnologyNo．5，2013现代电动汽车驱动原理及关键技术综述唐焱，孙晓伟(桂林电子科技大学机电工程学院，广西桂林541004)摘要：高性能低成本电动汽车商品化是现代车辆设计及制造行业最重大的课题之一。通过系统研究在产电动汽车驱动原理与基本构造。结合燃油汽车经典结构，剖析了制约现有车栽电力电子系统的关键技术；以提升电动汽车实用性、环保性为目标。提出了符合未来电动汽车发展的技术改进。关键词：电动汽车；电力电子系统；性能价格比；环境保护中图分类号：U469．72文献标识码：B文章编号：1672-545X(2013)05．017汕3现代生

2、活中对高品质汽车的需求已深入到社会各个领域，因而带来了日趋严重的环境和能源问题。有关资料表明，大城市区域约42％的空气污染和60％的有害噪音皆来源于燃油汽车；另外由于我国是石油进口大国，减少车用燃油比例能有效保障国家经济的可持续发展，提升国家能源战略安全。因此，素有“零”排放之称的电动汽车较混合动力汽车、增程式电动汽车更具优势，是未来城市用车最理想的替代品，其商品化进程势在必行。但由于现有电动汽车存在制造成本高、行驶速度低、续航能力差、充电时间长等问题，总体性能受限于车载电力电子系统的品质，且日常服务、保养硬件体系建设有待完善，以致使用和维护成本远高于燃油汽车。1电动汽车驱动原理现代电动汽车是

3、机械、电气、计算机等领域最新技术的有机结合，虽然其外观和功能与燃油汽车相似，但动力系统完全不同，因而内部结构和工作原理存在根本的差异。目前电动汽车设计、制造关键技术集中于机械总成、电力电子系统、信息控制系统三个部分，其中电力电子系统取代燃油发动机成为电动汽车的动力核心，直接影响车辆动力性、操纵稳定性等重要性能。由于机械总成、信息控制系统两部分与燃油发动机汽车功能实现相同，实用中可进行大量成熟技术的移植；而目前车载电力电子系统尚处于研究完善阶段，成为制约电动汽车商品化的瓶颈【”。车载电力电子系统相当于燃油汽车的动力系统，主要功能是将电能实时、可控地转化为汽车行驶的驱动力，并按驾驶者的意志实现各种

4、运动工况。电收稿日期：2013-02---05作者简介：唐焱0％2--)，男，副教授，研究方向：机械、车辆工程。178力电子系统又分为电力驱动、能源和辅助控制三个子系统，其相互关系和工作原理如图1所示。

5、嘲伸

6、!豳晦群匦阔!：蚓堕墨蚓i：陶蝴磁l：璺苎三苎苎一蛰一j吐璺姜塑!登2苎竺j电子控制器功能是根据操控信号控制功率转换器的通断。功率转换器的功能是通过调节电动机和电源之间的功率电流控制电机输出。能量管理系统的功能是控制再生制动及其能量的回收和控制充电并监测电源的使用情况。辅助动力源的功能是供给电动汽车辅助系统不同等级的电压并提供必要的动力圆。2车载电力电子系统关键技术2．1电动机以及驱动技

7、术运用电子控制技术可使电动机获得高扭低速和高速恒功的输出特性，不需要机械变速装置便能在保持动力的条件下实现平顺地无级调速效果。相对燃油汽车机械结构简单、噪声小、无废气排放的优势，整车具有良好的NVH性能。目前电动汽车使用的电动机包括直流电动机(DCM)、感应电动机(IM)、永磁无刷电机(PMBIM)和开关磁阻电机(SRM)四类，其使用的性能对比如表l所示。万方数据《装备制造技术)2013年第5期裹1电动机性能比较电机类型比较内容DCMIMPMBI朋SRM电机功率密度差一般好一般转矩转速特性一般好转速范围小一般大最大效率差一般好一般易操作性最好好可靠性差好一般好成本高低高较高电机尺寸大一般小电机

8、质量重一般轻控制性好一般综合性差一般好最好直流电机结构简单，技术成熟，具有优良电磁转矩控制特性，是早期电动车的首选，但由于价格偏高，体积和质量大，受轻量化需求的限制。感应电机调速控制技术成熟，具有结构简单、体积质量小、转速高、噪声低、运行平稳可靠的特点，且采用了定子磁通定向技术，通过控制定子磁链的幅值以及该矢量相对于转子磁链的夹角，达到直接控制输出转矩的目的。由于控制单元结构简单、控制性能优良、动态响应迅速，现生产电动车使用较多。永磁无刷电动机分为方波驱动和正弦波驱动两种系统，控制方式与感应电机基本相同。其中BLD—CM系统无需绝对位置传感器，采用霍尔元件或增量式码盘，也可通过检测反电动势实现

9、波形换相；PMSM系统采用绝对式码盘或旋转编码器，电机具有较高的能量密度和效率，其体积小、转动惯量低、响应速度快，非常适应于电动汽车的驱动系统，虽然成本偏高，但仍是目前电动汽车的首选p】。开关磁阻电动机具有简单可靠、转速范围宽、运行效率高，且控制灵敏度高、响应速度快、成本较低的特点。但由于输出转矩稳定性较差，工作噪声大，因此其应用受到限制。2．2能源(电池)系统技术电动车能源系统是蓄电池，满足车辆