電動汽車對電動機和電機控制系統(tǒng)的要求

電動汽車對電動機和電機控制系統(tǒng)的要求摘要：電動汽車作為人類解決能源和環(huán)境問題的汽車工業(yè)新技術(shù)，已成為國內(nèi)外汽車研發(fā)的熱點。驅(qū)動電機是電動汽車中的主要部件，起著至關(guān)重要的作用。汽車行駛的特點是頻繁地啟動、加速、減速、停車等，在低速或爬坡時需要高轉(zhuǎn)矩，在高速行駛時需要低轉(zhuǎn)矩。電動機的轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)能滿足汽車從零到最大行駛速度的要求，即要求電動機具有高的比功率和功率密度。因此，總結(jié)電動汽車對驅(qū)動電機的要求具有較高的理論和實際意義。關(guān)鍵詞：電動車驅(qū)動電動機電動機控制要求電動機要求電動汽車中電動機的應(yīng)用現(xiàn)狀電動汽車驅(qū)動電機的特性曲線如圖1.1所示：圖1.1電動汽車驅(qū)動電機的特性曲線這條特性曲線分為兩個區(qū)域：I區(qū)恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和II區(qū)恒功率區(qū)。電機在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)運行時轉(zhuǎn)矩保持恒定而功率隨著轉(zhuǎn)速的上升而線性增加；電機在恒功率區(qū)運行時功率保持恒定而轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的上升而呈雙曲線減小。為了適應(yīng)車輛的啟動、加速、負(fù)荷爬坡、頻繁起停等復(fù)雜工況，對轉(zhuǎn)矩要求比較高，因此電動汽車主要運行于I區(qū)中，即恒轉(zhuǎn)矩運行。而當(dāng)汽車車速較高，汽車行駛比較平穩(wěn)時，主要克服行駛阻力，轉(zhuǎn)矩消耗比較小，因此電動汽車主要運行于II區(qū)［1］,即恒功率運行。為了滿足電動汽車的這種特性，電動汽車驅(qū)動用電機及其控制系統(tǒng)的要求為：在整個運行范圍內(nèi)具有較高的效率，以提高車輛的續(xù)駛里程；有較強的過載能力、快速的動態(tài)響應(yīng)及良好的起動加速性能；調(diào)速范圍寬，且低速運行時能夠提供大轉(zhuǎn)矩；高可靠性、高功率密度、低成本［2］。電動汽車對電動機的要求電動汽車電動機應(yīng)滿足的主要要求可歸納為如下兩大方面,電動機控制系統(tǒng)的要求和電動機本身的要求：1.2.1電動車對電動機控制系統(tǒng)的要求高電壓。在允許的范圍內(nèi)，盡可能采用高電壓，可以減小電動機的尺寸和導(dǎo)線等裝備的尺寸，特別是可以降低逆變器的成本。工作電壓由THS的274V提高到THSB的500V;在尺寸不變的條件下，最高功率由33kW提高到50kW,最大轉(zhuǎn)矩由350N.m提高到4000N.m。可見，應(yīng)用高電壓系統(tǒng)對汽車動力性能的提高極為有利。但是如果所需的電壓過高,則需要串聯(lián)許多電池,這會引起車內(nèi)及行李艙空間的減少,車輛的質(zhì)量以及成本的增加,以及車輛性能的下降。大體上，系統(tǒng)電壓收蓄電池質(zhì)量的限制，電池質(zhì)量約占整車質(zhì)量的30%[3]。轉(zhuǎn)速高。電動汽車所采用的感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)速可以達到 8000—12000r/min，電動汽車驅(qū)動電機的最高轉(zhuǎn)速要求達到在公路上巡航時基速的4~5倍。高轉(zhuǎn)速電動機的體積較小，質(zhì)量較輕，有利于降低裝車的裝備質(zhì)量。電動汽車驅(qū)動電動機要求有高的比功率(電動機單位質(zhì)量的輸出功率)和在較寬的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)都有較高的效率，以實現(xiàn)降低車重，延長續(xù)駛里程;電動機應(yīng)具有高效率、低損耗，并在車輛減速時，可進行制動能量回收。電動機基速以下輸出大轉(zhuǎn)矩，通常電動汽車驅(qū)動電動機需要有4~5倍的過載，以適應(yīng)車輛的啟動、加速、負(fù)荷爬坡、頻繁起停等復(fù)雜工況，即恒轉(zhuǎn)矩運行?；僖陨蠟楹愎β蔬\行，以適應(yīng)最高車速、超車等要求。電動機應(yīng)具有自動調(diào)速功能，以減輕駕駛員的操縱強度，提高駕駛的舒適性，并且能夠達到與內(nèi)燃機汽車加速踏板同樣的控制響應(yīng)。為使多電動機協(xié)調(diào)運行，要求電動汽車驅(qū)動電動機具有高的可控性、穩(wěn)態(tài)精度、動態(tài)性能[3]。電動汽車對電動機本身的要求質(zhì)量輕，體積小。電動機可通過采用鋁合金外殼等途徑降低電動機的質(zhì)量，各種控制裝置和冷卻系統(tǒng)的材料等也應(yīng)盡可能選用輕質(zhì)材料。在惡劣條件下可靠工作。電動汽車驅(qū)動電動機往往被裝在機動車上，空間小，工作在高溫、壞天氣及頻繁振動的惡劣的工作條件下，因此，電動汽車電動機應(yīng)具有高的可靠性、耐溫和耐潮性，并在運行時噪聲低，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作。結(jié)構(gòu)簡單.適合大批量生產(chǎn)，使用維修方便.價格便宜等。電氣系統(tǒng)安全性和控制系統(tǒng)的安全性應(yīng)達到有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。電動汽車的各種動力電池組和電動機的工作電壓可以達到300V以上，因此必須裝備高壓保護設(shè)備以保證安全。1.3電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢1）驅(qū)動電機本體永磁化。永磁電機具有高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性等優(yōu)點。我國具有世界最為豐富的稀土資源，因此高性能永磁電機是我國車用驅(qū)動電機的重要發(fā)展方向。2）驅(qū)動電機高速化，回饋制動范圍寬廣高效化。通過提高電機的工作轉(zhuǎn)速，減小電機的體積和質(zhì)量，進而拓寬回饋制動的范圍，采用適當(dāng)?shù)淖兯傧到y(tǒng)及控制策略，可以使回饋制動的允許范圍拓寬而適應(yīng)更多工況，使整車節(jié)能更加有效，延長行車?yán)锍獭?）驅(qū)動電機控制數(shù)字化。專用芯片及數(shù)字信號處理器的出現(xiàn)，促進了電機控制器的數(shù)字化，提高了電機系統(tǒng)的控制精度，有效減小了系統(tǒng)體積，如采用高功能集成模塊、新型薄膜電容一體化技術(shù)。4）驅(qū)動電機系統(tǒng)繼承化。通過電機集成（電機與發(fā)動機集成或電機與變速箱集成）和控制器集成，有利于減小驅(qū)動系統(tǒng)的重量和體積，可有效降低系統(tǒng)制造成本，如動力傳動一體化部件，包括電機、減速齒輪、傳動軸等等。1.4總結(jié)如今有關(guān)環(huán)保和能源的問題已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點，開發(fā)清潔、高效、智能的電動汽車，是21世紀(jì)交通可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，目前電動汽車電機種類包括直流有刷、永磁無刷、交流感應(yīng)和開關(guān)磁阻等四種電機，其中永磁無刷電機效率最高，它已被廣泛用于功率小于100kw的現(xiàn)代電動汽車上[4]。驅(qū)動電機是所有電動汽車必不可少的關(guān)鍵部件，全文分為3個部分，分別闡述了電動汽車中電機的應(yīng)用現(xiàn)狀、電動汽車對電機的要求以及驅(qū)動電機的發(fā)展趨勢。其中第2節(jié)從兩大方面總結(jié)了電動汽車對電機的要求，根據(jù)電動汽車對驅(qū)動電機的要求，對以后確定電動機合理的控制策略起到至關(guān)重要的作用。參考文獻TomyS.andGordenR．.SOperationlimitedofinverter-drivenpermanentmagnetmotordrive．sIEEETransactiononIndustryAppli．ca1t9