國外電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展評述
王怡 胡元德 王義發(fā) 袁一 董甲瑞(清華大學(xué)北京100084)
【摘 要】驅(qū)動電機(jī)控制系統(tǒng)是電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一，在世界各國進(jìn)行了深人廣泛的研究。文中對電動汽車的幾種交流驅(qū)動系統(tǒng)(永磁同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)、感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng))進(jìn)行了比較，指出其優(yōu)缺點(diǎn)，對幾種交流驅(qū)動系統(tǒng)的新發(fā)展進(jìn)行了評述。
1 引 言
汽車的發(fā)展給人類生活提供了方便，但同時(shí)也加劇了全球環(huán)境的污染，使石油資源大量消耗，帶來了溫室效應(yīng)。人類與環(huán)境共存和全球經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展使我們迫切希望尋求到一種低排放和有效利用資源的交通工具，電動汽車無疑是一種很有希望的方案之一。
80年代以來，電動汽車的研制熱潮在全世界范圍內(nèi)興起，其中在歐洲、北美和日本等地，水平較高，發(fā)展較快，正在逐步由樣車試制向小批量商業(yè)化生產(chǎn)的方向發(fā)展。歐洲以法國為代表，標(biāo)致雪鐵龍集團(tuán)生產(chǎn)的saxo電動車在1996年面向個(gè)人、集體和行政單位銷售。在美國，三大汽車公司采用鉛酸電池的電動汽車將于近期上市，其中包括克萊斯勒公司的epic微型貨車，福特公司的rangerev電動卡車，通用公司的s-10電動卡車和evl電動跑車。日本的豐田和本田汽車公司采用鎳氫電池的rav4 ev和honda ev也將進(jìn)入北美市場。尼桑公司的prairie joyev采用鋰電池，在日本上市后也將打入美國銷售。另外，其他一些國家和地區(qū)的電動汽車研制和生產(chǎn)也有長足的進(jìn)步。
電動汽車的發(fā)展有賴于技術(shù)的進(jìn)步，尤其是進(jìn)一步提高動力系統(tǒng)的性能，降低其成本。目前，世界各國的電動汽車的研究重點(diǎn)主要集中在電池和電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)上。本文對電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢進(jìn)行分析和評述。
2 電動汽車對驅(qū)動系統(tǒng)的要求和分類
電動汽車運(yùn)行工況非常復(fù)雜，因此，對驅(qū)動系統(tǒng)的要求是很高的。
(1)瞬時(shí)功率大，過載能力強(qiáng)，加速性能好。
(2)調(diào)速范圍寬廣，包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)要求低速運(yùn)行時(shí)，具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足起動和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時(shí)，具有高的速度，以滿足汽車在平坦的路面能夠高速行駛的要求。
(3)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，具有高的效率，以提高1次充電的續(xù)駛里程。
(4)可靠性高，以滿足車輛的各種工況(如高低溫、壞天氣和劇烈振動等)。
(5)價(jià)格合理，能被用戶所接受。
各種電動汽車所要求的驅(qū)動特性如圖所示。
目前在電動汽車中，主要的幾種驅(qū)動系統(tǒng)包括直流電機(jī)斬波調(diào)速系統(tǒng)、感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)、永磁同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)和開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)等。直流電機(jī)由于有電刷和換向器，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，維護(hù)工作量大，效率低，****轉(zhuǎn)速受到限制。與直流電機(jī)相比，交流電機(jī)具有效率高、比功率大、能夠再生制動、可靠性高和維護(hù)少的優(yōu)勢。因此，在電動汽車的應(yīng)用中，交流電機(jī)取代直流電機(jī)已大勢所趨。
3幾種交流驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)比較
目前在電動汽車中應(yīng)用的幾種交流驅(qū)動系統(tǒng)各有千秋，如附表所示。
4 電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的新發(fā)展
為了進(jìn)一步提高電動汽車的性能，針對驅(qū)動系統(tǒng)的缺點(diǎn)，世界各國進(jìn)行了各種新技術(shù)的廣泛研究。
(1)應(yīng)用變極調(diào)速控制技術(shù)進(jìn)一步提高感應(yīng)電機(jī)的驅(qū)動特性。
(2)對感應(yīng)電機(jī)采用****效率控制技術(shù)，以提高汽車的續(xù)駛里程。
(3)采用新結(jié)構(gòu)永磁轉(zhuǎn)子，使永磁同步電機(jī)更適合高速的運(yùn)行。
(4)研制混合勵(lì)磁同步電機(jī)，一方面可以提高永磁電機(jī)的弱磁控制恒功率運(yùn)行特性，另一方面，在混合電動汽車上，還可以作發(fā)電機(jī)使用。
在目前的電動汽車上，變速器的應(yīng)用仍很普遍。如果以上技術(shù)能夠應(yīng)用，將有可能完全利用電機(jī)調(diào)速，而取消變速器，那么驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)將得到簡化，用戶也可以駕駛更方便。
4．1變極電機(jī)調(diào)速
感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用，采用矢量控制技術(shù)后，可以獲得類似直流電機(jī)調(diào)速特性，因而廣泛用于電動汽車中。但是，有的車輛需要更寬的調(diào)速范圍，或者需要電機(jī)高 |
