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行业新闻

新能源汽车电机驱动体系环节手艺解析

作者:admin 发布时间:2018-08-13 15:26

  近年跟着我邦交通事业的飞速成长,交通范畴成为我国能耗增加最快的范畴。能源危机和情况污染的加剧,使电动汽车研发成为世界汽车工业可持续成长的计谋性项目,世界列国也遍及将成长电动汽车确立为保障能源平安和转型低碳经济的主要路子。1881年,第一辆电动汽车由法国工程师古斯塔夫.士维(GustaveTrouve)制造问世,它是采用铅酸蓄电池供电,由0.1 hp(英制马力,1 hp=745.7 W)的直流电机驱动的三轮电动汽车,整车及其驾驶员的分量约160 kg。两位英国传授在1883年制成了类似的电动汽车。因其时该使用手艺尚未成熟到足以与马车合作,因而这些晚期机关并没有惹起公家良多的留意。20世纪40年代之后,半导体手艺快速成长,随后呈现的晶闸管、三极管,特别是在20世纪80年代问世的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为电机调速与节制供给了便当,同时伴以电力电子手艺的快速成长,为以电能为能源的电机代替以石油为能源的内燃机供给了手艺根本。

  按照国标GB/T 19596-2004电动汽车术语,电动汽车可分为由动动力电池供给能源的纯电动汽车、电机和内燃机共存的夹杂动力汽车和以燃料电池为能源的燃料电池电动汽车,这三类电动汽车均采用一个及以上的电机驱动系统将电能转换为机械能,进而驱动汽车,同时收受接管刹车的制动能量,从而实现了能量操纵率的提拔。

  纯电动汽车由电机驱动汽车,能量完全由二次电池(如铅酸电池、镍镐电池、镍氢电池或锂离子电池)供给。因为一次石化能源的日趋匮乏,纯电动汽车被认为是汽车工业的将来。典型的纯电动汽车动力布局如图1所示。电池组的电能通过充电系统在车辆行驶必然里程后进行弥补。纯电动汽车的特点是车辆

  实现零排放,不依赖汽油,完全采用电能驱动车辆,可是因为蓄电池的能量密度和功率密度比汽油或柴油低良多,因而纯电动汽车的持续行驶里程无限。

  夹杂动力汽车按动力总成布局及能量传播递方案分歧,可分为串联、并联及混联三种夹杂动力体例。串联夹杂动力车辆中,策动灵活力与电动灵活力通过电气系统传送;并联和混联夹杂动力车辆中,策动灵活力与电动灵活力通过一个特地的机电耦合机构实现向车轮的传送,常用的机电耦合机构包罗行星齿轮耦合、变速器耦合及离合器耦合等。

  串联式夹杂动力系统的动力总成,策动机的机械能通过发电机转化为电能,电动机将电能转换为机械能传到驱动桥,驱动桥和策动机之间没有间接的机械毗连。该方案的长处是系统节制简单,错误谬误是难以应对复杂路况,电池充放电压力较大,电池寿命要求较高。

  典型的并联式夹杂动力系统,新能源汽车驱动系统电机与策动机通过齿轮减速机构实现动力耦合。并联夹杂动力具有三种驱动模式:策动机零丁驱动,电动机零丁驱动,策动机和电动机夹杂驱动。并联式夹杂动力总成具有如下长处:

  (1)策动机和电动机两个动力总成,两者的功率别离能够等于50%~100%车辆驱动功率,比串联夹杂动力汽车的三个动力总成的功率、质量和体积小。

  (2)策动机可间接驱动车辆,能量转换分析效率比串联夹杂动力汽车高。车辆需要最大输出功率时,电动机能够给策动机供给额外的辅助动力,因而可设置装备摆设小功率策动机,燃油经济性比串联式夹杂动力汽车好。

  可是,并联夹杂动力汽车需要拆卸变速器、离合器、传动轴和驱动桥等布局,还需拆卸电动机、动力电池组和动力组合器等安装,因而动力系统布局复杂,布局安插和整车节制更坚苦。

  出名的夹杂动力汽车Pruis采用混连式夹杂动力总成,耦合器采用行星齿轮布局,策动机与行星齿轮的行星架相连,发电机毗连太阳轮,电动机毗连齿圈。通过节制离合器、两个电机及制动器工作形态,能够实现多种工作模式。混联式夹杂动力系统与串联式夹杂动力系统比拟,添加了机械动力的传送路线,与并联式夹杂动力系统比拟,添加了电能的传输路线。混连式夹杂动力系统具有如下长处:

  (2)电动机可独立驱动车辆行驶。操纵电动机低速大转矩特征,带动车辆起步,在城市中实现“零污染”行驶。车辆需最大输出功率时,电动机可为策动机供给辅助动力,因而策动机功率小,燃油经济性好。

  可是混连式夹杂动力系统需要配备两套驱动系统;策动机传动系统需要拆卸离合器、变速器、传动轴和驱动桥等传动总成;别的,还有电动机、减速器、动力电池组,以及多种能源动力(策动灵活力与电动灵活力)组合或协调公用安装。

  3.燃料电池电动汽车燃料电池是一种通过电化学反映的体例将燃料和氧化剂的化学能转化为电能的安装,具有高能量转换效率和“零排放”特点,成为电动汽车的候选电源。燃料电池电动汽车具有系统机构简单,便于系统安插,有益于整车轻量化的长处。可是因为燃料电池寿命短,系统功率密度低、安装靠得住性难以包管等问题,导致燃料电池电动汽车近年来成长迟缓。

  车用电机驱动系统是电动汽车的环节手艺和共性手艺。由于遭到车辆空间限制和利用情况的束缚,车用电机驱动系统分歧于通俗的电传动系统,它要求具有更高的运转机能、比功率,以及顺应更严格的工作情况等。秒速赛车开奖直播为了满足这些要求,车用电机驱动系统的手艺成长趋向根基上能够归纳为电机永磁化、节制数字化和系统集成化,电机及其驱动系统的布局.

  电动汽车中主驱动电机节制器一般采用典型的三相桥式电压源逆变电路。其次要部件包罗:功率模块、直流侧支持电容和叠层母线排。按照车辆对节制器的功率品级需求,功率模块大多采用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipola Transistor,IGBT),直流侧支持电容是节制器中最主要的无源器件,次要感化是接收功率模块开关形成的直流侧脉动电流,不变直流侧输出电压电流,从而提高蓄电池利用寿命,其体积和分量对节制器的功率密度有很大影响。因而,IGBT功率模块和直流侧支持电容是提高节制器机能和成本节制的环节。

  为了提高IGBT功率模块的运转机能和靠得住性,并降低成本,中国科学院电工研究所结合国内功率模块封装企业进行具备自主学问产权的国产智能IGBT功率模块研发。在IGBT设想方面进行了大量阐发优化和工艺设想工作。

  中国科学院电工研究所使用智能IGBT功率模块和金属膜电容手艺所研制的60 kW高功率密度电机节制器的分量比功率为4 kW/kg,新疆时时彩投注网站体积比功率为6 kW/L。而且成功使用于力帆LF620纯电动警务车,办事于2010年上海世博会。

  目前,电动汽车用电动机次要有异步电机、永磁电机和开关磁阻电机。电动车辆的驱动电机属于特种电机,是电动汽车的环节部件。要使电动汽车有优良的利用机能,驱动电机应具有较宽的调速范畴及较高的转速,足够大的启动扭矩,体积小、质量轻、效率高且有动态制动强和能量回馈的机能。目前电动汽车所采用的电动机中,直流电动机根基上已被异步电动机、永磁同步电机或开关磁阻电机所代替。

  因为永磁同步电机具有布局紧凑、效率高、功率密度高的劣势,近年来普遍用于电动汽车使用。为了进一步满足车辆使用的特殊需求,夹杂励磁电机、盘式电机等新型特种电机也使用于车用范畴。电动汽车所用的电机正在向大功率、高转速、高效率和小型化标的目的成长。

  电机是以磁场为前言进行电能和机械能彼此转换的电磁安装,在电动汽车中起到了将电池中的电能装换为驱动车辆的机械能,或将汽车需制动时多余的机械能转换为电能存储在电池中。为了在电机内成立进行电能转换所必需的气隙磁场,能够采用电机内绕组通以电流来产磁场,另一种是由永磁体发生磁场。因为稀土钴永磁体和钕铁硼永磁体都是高剩磁、高矫顽力、高磁能积永磁体,用于制造永磁电机能够获得较强的气隙磁场,减小了电机体积,质量轻,损耗小,效率高,电机的外形和尺寸矫捷多样,适合于车用电机高功率密度的需求。

  永磁同步电机在运转过程中定子绕组通以三相对称电流,在电机气隙中成立与电机转子同步扭转磁场,通过节制算法调理电流的相位与频次,实现电机在全转速范畴内的不变运转。

  永磁电机的永磁磁链无法调理的错误谬误,在恒定供电电压下带来了弱磁节制问题:车辆动力机能要求电机系统在高转速下需要较宽的恒功率调速范畴包管车辆的高速机能。因为遭到电池电压的限制,目前大部门永磁电机系统采用添加定子绕组去磁电流的方式抵消永磁磁场,从而达到恒定供电电压下弱磁调速的目标。但这种方式降低了系统效率和功率因数,添加了节制器成本,同时还具有深度弱磁节制时不变性差和高速失控时的电压平安问题。夹杂励磁电机是处理以上问题的可行手艺。

  夹杂励磁电机在永磁电机与电励磁电机的根本上演变而来,通过在永磁电机中引入电励磁绕组使电机获得励磁可控的机能,电机更适合于宽速度范畴、高弱磁比的使用场所,填补了单一励磁体例的不足。中国科学院电工研究所以旁路式夹杂励磁电机为研究对象,在电机布局、电机参数特征、电机数学模子及励磁电流规划等方面进行了深切的研究。旁路式夹杂励磁电机最大程度承继永磁电机高效、高功率密度的长处,电机励磁次要由永磁磁势供给,电励磁磁势次要用与加强或减弱主磁路磁通,通过调理电励磁电流的大小实现电励磁助磁与弱磁功能。

  (1)助磁工况:电励磁助磁工况下的磁路。N极侧的电励磁磁力线从电励磁端盖通过轴向气隙进入电机转子N极,与永磁体磁力线一同通过主气隙与电枢绕组交链,一部门磁力线通过端盖闭合,另一部门磁力线通过电机轭部与主气隙进入转子S极,通过S极侧轴向气隙进入电励磁旁路闭合。

  (2)弱磁工况:电励磁弱磁通过励磁电流反向实现,反向的电励磁磁势与永磁体磁势成立与助磁工况下电励磁旁路中相反的磁力线标的目的,部门永磁体磁力线不颠末主气隙与电枢绕组交链,实现电机弱磁运转。

  分析来看,与保守无刷永磁电机比拟,旁路式夹杂励磁电机具有显著长处:如低速时增大励磁以提高输出转矩;高速运转时减小或反向励磁从而拓宽电机的恒功率弱磁区;降低电机在高速运转下的铁损,提高效率;动态调理励磁电流大小,提高负载变化时发电电压动态机能;减小电枢反映弱磁磁势,降低永磁体高温运转时的失磁风险等。夹杂励磁是将来车用永磁电机的一个主要成长趋向。

  针对电机节制系统强非线性、参数变化,以及汽车对电机系统高速和宽调速范畴的一些需求,中科院电工所重点环绕高机能电机驱动系统合用于车用工况的平安靠得住与高效节能运转节制的手艺难点,提出了死区弥补手艺,处理了纯电动汽车低速轻载工况的低速脉动问题;提出了基于枯燥理器的深度弱磁节制方式息争耦节制手艺,处理了电动汽车电机驱动系统高速活动节制和高速发电节制难题。

  跟着纯电动汽车的成长,对电机的恒功率弱磁特征要求越来越高,人们但愿电机的输出特机能够完全笼盖汽车的驱动特征,从而省去变速机构,节流空间体积和成本。因而,弱磁节制成为车用电机节制的主要研究标的目的之一。而经中科院电工所研究发觉,目前常用的双电流环弱磁节制中,具有发生不成逆的失控可能,形成严峻的系统毛病和平安隐患。电工所努力于弱磁节制多年,提出了机能靠得住、全局受控的弱磁节制策略,经试验验证恒功率区可达1 : 6,完全满足车用需求。

  我国在保守内燃机车辆方面较国外具有必然差距,可是电动汽车正处在起步阶段,我国在电机驱动范畴堆集了丰硕的经验和结实的理论,近年来也在电动汽车环节手艺研发方面投入较大,培育了多量的研发机构和出产企业,虽然目前的成长中具有坚苦和盘曲,可是并没有改变当局和财产界成长电动汽车的决心。虽然保守内燃机车辆还占领目前车辆市场的绝对主导,可是成长洁净的电动汽车在能源、情况和手艺方面都是大势所趋。伴跟着相关手艺的成长,电动汽车将会迎来进入寻常苍生家的一天。



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