电动汽车以电能为能源,具有零排放无污染的突出优点,以解决环保需求与能源危机问题为出发点,因此其发展受到全球广泛关注。电动汽车的发展有赖于技术的进步,尤其是需要进一步提高其动力系统的性能,降低其成本。而当前制约电动汽车发展的最关键问题之一就是电动机。
1 电动汽车电机技术的概述
1.1 电动汽车的发展
电动汽车的组成包括:电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心,也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。电动汽车基本上分为三类,第一类是完全由蓄电池推进的纯电动汽车;第二类是混合动力电动汽车,它的动力来自两个途径,一个途径是由发动机提供的,另外一个途径是由电动机提供的;第三类是燃料电池电动汽车,它在驱动方面是电能驱动,但是能量的载体是燃料电池——H2。作为世界能源消耗大国和环境保护重要力量,中国积极实施电动汽车科技战略,促进汽车工业产业结构升级和动力系统电动化转型,培育和发展电动汽车社会,并取得了一定效果,但仍然面临着政策环境亟需完善、工业基础薄弱、国际竞争力弱、开放协同创新环境差、知识产权保护和标准化意识低、个别关键技术有待加强、车辆成本高、商业模式探索不充分等问题。本报告在简要分析国外电动汽车社会发展现状和阶段特点基础上,着重总结我国电动汽车社会的发展历程,构成我国电动汽车社会的基础产业结构特点,电动汽车社会建设所需的政策、标准、组织保障体系发展现状,并结合新能源汽车战略性新兴产业培育和发展,提出完善我国电动汽车社会发展的建议。
1.2 电动汽车电机技术的发展
电动汽车的关键技术之一是驱动电机及电机控制系统,它的选择直接关系到电动汽车的性能及开发过程中的难度。电动汽车在不同的历史时期采用了不同的电机,最开始采用了控制性能较好并且成本较低的直流有刷电机(DCM)。随着电力电子技术及电机控制技术的发展,永磁无刷电机 (PM)、交流感应电机 (IM)、开关磁阻电机 (SRM)显示出了比直流电动机更加优越的性能,并已经逐渐淘汰了直流电动机。美国和德国开发的电动汽车大多采用交流感应电机,主要优点是价格较低、效率高、质量轻,但起动转矩小。日本研制的电动汽车几乎全部使用永磁无刷电机,其主要优点是效率比交流感应电机高,但价格较贵,永磁材料一般耐热 1 800℃以下。开关磁阻电机结构较新,优点是结构简单、可靠、成本较低、起动性能好,没有大的冲击电流,它兼有交流感应电机变频调速和直流电机调速的优点,缺点是噪声较大。
2 电动汽车电机技术探析
2.1 电动机车电机的种类
驱动电动机种类多,用途广泛,功率的覆盖面很大。
1、直流电机驱动系统
20 世纪 90 年代前开发的电动汽车通常采用直流电机驱动系统。直流电机驱动系统具有控制器简单、成本低、易于平滑调速、控制相对成熟等优点,但由于直流电机在运行过程中需要电刷和机械换向器换向,使电机的效率和转速降低。电动汽车的驱动直流电机运行时可以运行在电动机状态,也可以运行在发电机状态。当电动汽车在起动、加速和恒速运行时,电动机处于电动状态,实现电能到机械能的变换,以此驱动车辆前进。当电动汽车减速、制动时,控制直流电机处在发电制动状态,即处于再生制动状态,给蓄电池充电。电动汽车直流电机驱动系统中的直流电机通常采用串励电机和他励电机。