车辆电动技术 第四章电机驱动系统 北京理工大学 林程
第四章 电机驱动系统 北京理工大学 林程 车辆电动技术
4.1电机驱动系统 ■电机驱动系统是电动汽车的心脏,它的任 务是在驾驶员的控制下,高效率地将蓄电 池的能量转化为车轮的动能,或者将车轮 上的动能反馈到蓄电池中。 电气系统由电机、功率转换器和电子控制器等 三个子系统组成 机械系统主要包括机槭传动装置(是可选的) 和车轮 电子控制器分为三个功能单元:传感器 中间连接电路与处理器
4.1电机驱动系统 电机驱动系统是电动汽车的心脏，它的任 务是在驾驶员的控制下，高效率地将蓄电 池的能量转化为车轮的动能，或者将车轮 上的动能反馈到蓄电池中。 – 电气系统由电机、功率转换器和电子控制器等 三个子系统组成 – 机械系统主要包括机械传动装置（是可选的） 和车轮 电子控制器分为三个功能单元：传感器、 中间连接电路与处理器
电动汽车的电机驱动系统 蓄电池 电子控制器 功率变换器 电动机 变速箱和差速器 软件 硬件 器件 CAD 类型 VVVF GTO 斩波 FEM FOC 微控制器 BJT PWM IM MRAC MOSFET逆变 SRM STC 转换器 力 IGBT 谐振 PMSM MCI 图解法 PMBM PMHM uzzy
电动汽车的电机驱动系统 电子控制器 微处理器 微控制器 DSP 转换器 VVVF FOC MRAC STC VSC NNC Fuzzy 软件 硬件 功率变换器 电动机 变速箱和差速器 器件 GTO BJT MOSFET IGBT MCT 拓扑 斩波 PWM 逆变 谐振 CAD FEM EM 力 热 图解法 类型 D C IM SRM PMSM PMBM PMHM 蓄电池
4.1电动汽车的特性要求 驾驶员对电动汽车的驾驶性能要求 由包括加速性能、最大车速、爬坡能力、刹车 性能以及续驶里程等性能在内的驾驶模式决定 的 ■车辆的性能约束 车型、车重和载重等等 ■车载能源系统的性能 与蓄电池、燃料电池、电容器、飞轮及各种混 合型能源有关
4.1电动汽车的特性要求 驾驶员对电动汽车的驾驶性能要求 – 由包括加速性能、最大车速、爬坡能力、刹车 性能以及续驶里程等性能在内的驾驶模式决定 的 车辆的性能约束 – 车型、车重和载重等等 车载能源系统的性能 – 与蓄电池、燃料电池、电容器、飞轮及各种混 合型能源有关
电动车电机的独特性 电动汽车驱动电机需要有4-5倍的过载以满足短时加速行驶与最大爬 坡度的要求;而工业驱动电机只要求有2倍的过载就可以了。 电动汽车驱动电机的最高转速要求达到在公路上巡航时基速的4~5倍 而工业驱动电机只要求达到恒功率时基速的两倍 电动汽车驱动电机应根据车型与驾驶员的驾驶习惯进行设计;而工业 驱动电机通常只根据典型的工作模式进行设计即可 ■电动汽车驱动电机要求有高的功率密度和好的效率图(在较宽的转速 和转矩范围内都有较高的效率),从而能够降低车重,延长续驶里程: 机遭对计率密度、效率废成本进行综合考虑,在额定 工作点附近对 为使多电机协调运行,要求电动汽车驱动电机可控性蠃、稳态精度高、 动态性 而 驱动电杌只有某一种特定的性能要求。 ■电动汽车驱动电机往往被装在机动车上,空间小,工作在高温、坏天 定橙和等的劣的工作条件下:而工业动电机通常在某个固
电动车电机的独特性 电动汽车驱动电机需要有4~5倍的过载以满足短时加速行驶与最大爬 坡度的要求；而工业驱动电机只要求有2倍的过载就可以了。 电动汽车驱动电机的最高转速要求达到在公路上巡航时基速的4~5倍； 而工业驱动电机只要求达到恒功率时基速的两倍。 电动汽车驱动电机应根据车型与驾驶员的驾驶习惯进行设计；而工业 驱动电机通常只根据典型的工作模式进行设计即可。 电动汽车驱动电机要求有高的功率密度和好的效率图（在较宽的转速 和转矩范围内都有较高的效率），从而能够降低车重，延长续驶里程； 而工业驱动电机通常对功率密度、效率及成本进行综合考虑，在额定 工作点附近对效率进行优化。 为使多电机协调运行，要求电动汽车驱动电机可控性高、稳态精度高、 动态性能好；而工业驱动电机只有某一种特定的性能要求。 电动汽车驱动电机往往被装在机动车上，空间小，工作在高温、坏天 气及频繁振动等的恶劣的工作条件下；而工业驱动电机通常在某个固 定的位置工作
注意1:单电机或多电机结构 单电机 双电机 成本 较低 较高 体积 笨重 分散 重量 集中 分散 效率 较低 较高 差速方式机械式 电子式
注意1：单电机或多电机结构 单电机 双电机 成本 较低 较高 体积 笨重 分散 重量 集中 分散 效率 较低 较高 差速方式 机械式 电子式
单电机或多电机结构 单电机 双电机 单电机 电子控制器 功率转换器 功率转换器 功率转换器 电机 电机 电机 变速器 变速器 变速器 差速器
单电机或多电机结构 单电机 功率转换器 电机 变速器 差速器 单电机 电子控制器 功率转换器 电机 变速器 功率转换器 电机 变速器 双电机
注意2:固定速比与可变速比变速传动 固定速比 可变速比 电机额定值 较高 较低 逆变器额定值较高 较低 成本 较低 较高 体积 较小 较大 重量 较低 较高 效率 较高 较低 可靠性 较高 较低
注意2：固定速比与可变速比变速传动 固定速比 可变速比 电机额定值 较高 较低 逆变器额定值 较高 较低 成本 较低 较高 体积 较小 较大 重量 较低 较高 效率 较高 较低 可靠性 较高 较低
注意3:有齿轮和无齿轮传动 带变速器的驱动 不带变速器的驱动 电子控制器 电子控制器 功率转换器 功率转换器 功率转换器 功率转换器 传动 装置/电机 电机/传动 装置 电机 电机
注意3：有齿轮和无齿轮传动 电子控制器 功率转换器 电机 传动 装置 带变速器的驱动 电机 传动 装置 功率转换器 电子控制器 功率转换器 电机 不带变速器的驱动 电机 功率转换器
注意4:系统电压等级 系统电压—所选的电动汽车系统电压等级将大大影响 驱动电机系统的设计。采用合理的高电压电机可减小逆 变器的成本和体积。如果所需电压过高,则需要串联许 多电池,这会引起车内及行李舱空间的减小,车辆的重 量及成本的增加,以及车辆性能的下降。由于不同的车 型采用不同的系统电压等级,因而电动汽车驱动电机的 设计需适合于不同的电动汽车。 系统电压受蓄电池重量的限制,电池重量约占整车重量 的30%。实际上,电机的功率越大,所采用的电压等级 越高。通用公司的EV所用的102kW的电机采用312V的 电压,而 Reva Ev13kW的电机采用48V的电压
注意4：系统电压等级 系统电压——所选的电动汽车系统电压等级将大大影响 驱动电机系统的设计。采用合理的高电压电机可减小逆 变器的成本和体积。如果所需电压过高，则需要串联许 多电池，这会引起车内及行李舱空间的减小，车辆的重 量及成本的增加，以及车辆性能的下降。由于不同的车 型采用不同的系统电压等级，因而电动汽车驱动电机的 设计需适合于不同的电动汽车。 系统电压受蓄电池重量的限制，电池重量约占整车重量 的30%。实际上，电机的功率越大，所采用的电压等级 越高。通用公司的EV1所用的102kW的电机采用312V的 电压，而Reva EV 13kW的电机采用48V的电压