学习笔记 纯电动汽车电力驱动系统研究

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1、纯电动汽车电力拖动系统研究江苏微特利电机有限公司施洪亮河南海马轿车有限公司赵长春1概述1.1纯电动汽车电力拖动系统简介电动汽车电力拖动系统可以按照驱动电动机的不同进行分类。目前应用在电动汽车驱动系统中的电动机既有传统的直流电动机和交流感应电动机，也有新型的永磁同步电动机和开关磁阻电动机。不论哪一类电力拖动系统，都必须对电动机进行控制，使其满足电动汽车的特殊运行要求。电动汽车与其他的电力拖动系统不同，它需要经常变换运行方式，尤其是在城市行驶状态下，要求电力拖动系统响应迅速、调速范围宽，同时性能稳定。在采用适当的控制策略的条件下，交流感应电动机、永磁同步电动

2、机都能满足这种要求。1.2纯电动汽车电力拖动系统开发步骤首先根据市场需要确定整车性能指标，然后参照传统车辆牵引力分析的方法，结合电动机的机械特性，选定电动机和电池的参数，最后依据整车重量的变化核算电动汽车可能达到的动力性能。电动汽车电力拖动系统结构框图如图1.所示。它以驾驶员的操作（主要是以加速踏板位置的操作）为输入，经过驱动系统控制器的变换后，输出转矩给定值提供给逆变器。逆变器控制电动机的输出转矩，从而使电动汽车以驾驶员的期望状态行驶。112纯电动汽车电力拖动系统的基本布置2.1电力拖动系统布置方式与系统构成纯电动汽车的驱动系统基本构成可分为三个子系统

3、，即电动机系统、动力电源系统和辅助控制系统。电动机系统由逆变器、电动机、机械传动系等部件组成。它能够将蓄电池输出的电能转化为车轮上的机械能，驱动电动汽车行驶，是电动汽车的关键组成部分。动力电源系统由动力蓄电池组和电池管理系统构成，电池管理系统是实现电池能量监控、协调控制等功能的关键部件；辅助控制系统主要是为电动汽车非驱动附件提供控制功能；例如：实现车载充电器控制、动力转向控制、制动助力控制、空气调节控制、冷却装置控制等功能。在现今的电动汽车电力拖动系统中，有将上述三个子系统的物理结构统一，功能独立的趋势。2.2电力拖动系统与机械系统的组合方式电力拖动系统

4、的电动机与机械传动系统有许多种组合方式，以下介绍比较典型并且容易实现的二种组合方式。2.2.1机械传动系不变的组合方式机械传动系不变的组合方式的大体结构如图2.1所示。这种组合方式与传统燃油汽车的驱动系统布置方式没有太大的区别。它是用电动机及其控制系统替代了发动机及其控制系统，而机械传动系则基本不变。电动机输出轴与变速器输入轴相联，动力通过通过变速器传递到主减速器，然后到差速器，最后通过半轴将动力传送给驱动轮。这种组合方式只需用电动机及其控制系统对燃油汽车的发动机进行置换，就能得到一辆电动汽车，工作相对简单，方便将传统汽车改装成电动汽车。2.2.2采用固

5、定速比减速器的组合方式由于电动机的调速范围比较宽，而且它的输出特性与车辆要求的驱动系统特性比较接近。因此可以充分利用电动机的这一特性，取消多档齿轮变速器，采用固定传动比的齿轮减速器和差速器来传递动力。11图2.2是这种组合方式的结构简图。这种组合方式使得传动系统得到进一步简化，缩小了电力拖动系统占用的空间。但是，整车的加速性和爬坡性会受到影响。2.3纯电动汽车对电力拖动系统的特殊要求电动汽车对电力拖动系统的特殊要求：(1)能够频繁地起动、停车、加速、减速，对转矩控制的动态性能要求高；(2)转矩变化范围大，既要工作在恒转矩区，又要运行在恒功率区，同时还要求

6、保持较高的运行效率；(3)能在恶劣工作环境下可靠地工作；(4)由于加速性和爬坡性的要求，电动汽车用电力拖动系统的过载倍数要大，一般在3~6倍。正因为电动汽车对其电力拖动系统有这些特殊要求，所以在电动汽车电力拖动系统设计中，必须充分考虑这些特殊的要求。2.3.1纯电动汽车电力拖动系统中电动机的选择在选择电动汽车电动机时，需要考虑的几个关键问题是成本、可靠性、效率、维护、耐用性、重量、尺寸以及噪声等。选择感应电动机作为电动汽车驱动电动机，原因是感应电动机成本低，可靠性好，调速范围宽，控制器较成熟，制造技术较成熟，转矩波动小，噪声小，不需要转子位置传感器；选择

7、无刷直流电动机作为电动汽车的驱动电动机，是因为无刷直流电动机结构紧凑，重量轻，效率高，控制性能好。选择开关磁阻电动机作为电动汽车的驱动电动机，原因是开关磁阻电动机可靠性好，成本低，简单，高速潜力大。永磁同步电动机在功率密度和效率上比交流感应电动机有优势，有逐渐取代交流感应电动机而处于电动汽车驱动电动机的首选位置上的趋势，但是在目前的应用中，必须充分考虑它的“恒磁”特点。在这里，本人推荐选用交流感应电动机。2.3.2纯电动汽车电力拖动系统中交流感应电动机的控制方法交流感应电动机的变频调速应用最为广泛；矢量控制技术和直接转矩控制技术是交流感应电动机变频调速实

8、现转矩控制的研究热点，越来越多的可以实现转矩控制的逆变器在电动汽车的拖动系统中得