电动汽车电动机及电池技术教学

1、n在电动汽车上，驱动电机及其控制器是电动汽车中把电能转换成机械能的动力部件，目前常用的电机驱动系统有四种：n（1）直流电机（DC Motor）驱动系统，电机控制器一般采用脉宽调制（PWM）控制方式；n（2）异步电动机驱动系统，电机控制器采用矢量控制或直接转矩控制的变频调速方式；n（3）交流永磁电机驱动系统，主要包含两类电机：永磁同步电机（PMSM）和无刷直流电机（BDCM）驱动系统；n（4）开关磁阻（SR）电机驱动系统。工业用和汽车上用的电动机的区别一、直流电动机n（1）定子部分n直流电动机定子主要由主磁极、机座、换向极和电刷装置等组成。 n主磁极的作用是建立主磁场，它由主极铁心和套装在铁心上

2、的励磁绕组构成。主极铁心一般由11.5mm的低碳钢板冲压一定形状叠装固定而成，是主磁路的一部分。励磁绕组用扁铜线或圆铜线绕制而成，产生励磁磁动势。n（2）转子部分n转子部分主要由电枢铁心、电枢绕组、换向器等三部分组成。n 电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组的支撑部分，电枢绕组嵌放在电枢铁心的槽内。电枢铁心一般用0.55mm硅钢冲片叠压而成。n 电枢绕组由扁铜线或圆铜线按一定规律绕制而成，它是直流电动机的电路部分，也是产生电动势和电磁转矩进行机电能量转换的部分。直流电动机结构 二、永磁同步电动机n永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称P

3、MSM）具有高效、高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性及低振动噪声的特点，通过合理设计永磁磁路结构能获得较高的弱磁性能，在电动汽车驱动方面具有很高的应用价值，受到国内外电动汽车界的高度重视，是最具竞争力的电动汽车驱动电机系统之一。n永磁同步电动机的结构，和传统电动机一样，主要由定子和转子两大部分构成。定子与普通感应电动机基本相同，由电枢铁心和电枢绕组构成。电枢铁心一般采用0.5 mm硅钢冲片叠压而成，对于具有高效率指标或频率较高的电动机，为了减少铁耗，可以考虑使用0. 35mm的低损耗冷轧无取向硅钢片。电枢绕组则普遍采用分布、短距绕组；对于极数较多的电动机，则普遍采用分数槽绕组；需要进一步

4、改善电动势波形时，也可以考虑采用正弦绕组或其他特殊绕组。永磁同步电动机结构四、开关磁阻电动机n开关磁阻电动机是由双凸极的定子和转子组成，其定子、转子的凸极均由普通的硅钢片叠压而成。定子极上绕有集中绕组，把沿径向相对的两个绕组串联成一个两级磁极，称为“一相”；转子既无绕组又无永磁体，仅由硅钢片叠成。n开关磁阻电动机的磁阻随着转子磁极与定子磁极的中心线对准或错开而变化。因为电感与磁阻成反比，所以当转子磁极在定子磁极中心线位置时，相绕组电感最大；当转子磁极中心线对准定子磁极中心线时，相绕组电感最小。电动汽车电池技术n电动汽车使用的动力电池可以分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。n1、化学电池n化

5、学电池是利用物质的化学反应发电。化学电池按工作性质分为原电池、蓄电池、燃料电池和储备电池。n2、物理电池n物理电池是利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池。如太阳能电池、超级电容器、飞轮电池等。n3、生物电池 n生物电池是利用生物化学反应发电的电池，如微生物电池、酶电池、生物太阳电池等。一、铅酸蓄电池n铅酸蓄电池由正负极板、隔板、电解液、溢气阀、外壳等部分组成。极板是铅酸蓄电池的核心部件，正极板上的活性物质是二氧化铅，负极板上的活性物质为海绵状纯铅。隔板是隔离正、负极板，防止短路；作为电解液的载体，能够吸收大量的电解液，起动促进离子良好扩散的作用；它还是正极板产生的氧气到达负极板的“通道”，

6、以顺利建立氧循环，减少水的损失。电解液由蒸馏水和纯硫酸按一定比例配制而成，主要作用是参与电化学反应，是铅酸蓄电池的活性物质之一。铅酸蓄电池放电示意图n铅酸蓄电池使用时，把化学能转换为电能的过程叫放电。在使用后，借助于直流电在电池内进行化学反应，把电能转变为化学能而储蓄起来，这种蓄电过程称作充电。铅酸蓄电池是酸性蓄电池，其化学反应式为nPbO+H2SO4PbSO4+H2O二、锂离子电池n锂离子电池由正极、负极、隔板、电解液和安全阀等组成。1绝缘体；2垫圈；3PTC元件；4正极端子；5排气孔；6防爆阀；7正极；8隔板；9负极；10负极引线；11正极；12外壳n为锂离子电池的工作原理，电池在充电时，

7、锂离子从正极材料的晶格中脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌入到负极中；放电时，锂离子从负极脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌入到正极材料晶格中。在整个充放电过程中，锂离子往返于正负极之间。 锂离子电池工作原理图三、超级电容n超级电容器（super capacitor）又叫电化学电容器、双电层电容器，是一种新型的电容器，它的出现使得电容器的极限容量骤然上升了3-4个数量级，达到了1PF/g级以上的大容量。它不同于传统意义上的电容器，它类似于充电电池，但比传统的充电电池（镍氢电池和锂离子电池）具有更高的比功率和更长的循环寿命。n超级电容器具有高功率密度、循环寿命长、充电速度快、工作温度范围宽、充放电线路简

8、单、检测方便、绿色环保等优点。n超级电容器自面市以来，全球需求量快速扩大，已成为化学电源领域内新的产业亮点。超级电容器在电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、铁路、通信、国防、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力，被世界各国所广泛关注。四、飞轮储能器n飞轮储能器（亦称飞轮电池等）指利用飞轮高速旋转储存和释放能量的一种装置。使用飞轮以机械能的形式存储能量并不是一个新的设计理念。现代的飞轮储能器多使用轻质复合材料转子，质量仅有几十千克而转速可达每分几十万转，因此，飞轮储能器常被称为高速、超高速飞轮储能器。飞轮储能器的结构n飞轮储能器是实现电动汽车储能要求的一种有效方式，超高速

9、飞轮主要具有比能量高、比功率高、电能和机械能之间的转化效率高，能快速充电、可实现免维护和具有良好的性能价格比等优点。因此飞轮储能器成为电动汽车远期储能装置的一种选择。五、质子交换膜燃料电池n在20世纪90年代，质子交换膜燃料电池获得了较大的发展。质子交换膜燃料电池（PEMFC）采用可传导离子的聚合膜作为电解质，所以也叫聚合物电解质燃料电池（PEFC）、固体聚合物燃料电池（SPFC）或固体聚合物电解质燃料电池（SPEFC）。PEMFC由质子交换膜，催化剂层，扩散层、集流板（又称双极板）组成。质子交换膜燃料电池结构示意图n当前电动汽车正处于发展高潮，对于电动汽车技术的全面发展，重中之重就在于能量存储技术的提高。动力电池将向着高比能量、高可靠性、低成本、安全环保方向发展。