第二章电动汽车结构与工作原理

1、第二章电动汽车电机驱动系统技术第一节纯电动汽车的系统组成电动汽车系统可分为三个子系统组成电动汽车系统可分为三个子系统组成1电力驱动系统：（电力驱动系统：（1）电控单元（）电控单元（2）功率转换器）功率转换器（3）电动机（电动机（4）机械传动装置（机械传动装置（5）驱动车轮驱动车轮2主能源系统：（主能源系统：（1）主电源）主电源（2）能源管理系统（）能源管理系统（3）充充电系统电系统3辅助控制系统：（辅助控制系统：（1）动力转向（）动力转向（2）温度控制（）温度控制（3）辅）辅助动力供给助动力供给图2-6直流电机驱动系统的基本结构示意图第一节纯电动汽车的系统组成图2-7直流电机驱动系统工作原理示

2、意图第一节纯电动汽车的系统组成图2-8交流电机驱动系统基本结构示意图第一节纯电动汽车的系统组成图2-9交流电机驱动系统工作原理示意图第一节纯电动汽车的系统组成第二节电动汽车的电力驱动系统组成电动汽车电机驱动系统电动汽车电机驱动系统：是能量存储系统与车轮之：是能量存储系统与车轮之间的纽带，其作用是将能量存储系统输出的能量间的纽带，其作用是将能量存储系统输出的能量(化化学能、电能学能、电能)转换为机械能，推动车辆克服各种滚动转换为机械能，推动车辆克服各种滚动阻力、空气阻力、加速阻力和爬坡阻力，制动时将阻力、空气阻力、加速阻力和爬坡阻力，制动时将动能转换为电能回馈给能量储存系统。动能转换为电能回馈给

3、能量储存系统。现代电动汽车与传统的燃油汽车不同，其驱动系现代电动汽车与传统的燃油汽车不同，其驱动系统可以省去复杂笨重的机械齿轮变速机构就能提供统可以省去复杂笨重的机械齿轮变速机构就能提供满足车辆行驶速度范围和负载变化大的转矩转速特满足车辆行驶速度范围和负载变化大的转矩转速特性。性。高效率、高性能的电机驱动控制技术是电动汽高效率、高性能的电机驱动控制技术是电动汽车发展的关键技术之一车发展的关键技术之一。总的来说，总的来说，电动汽车对其驱动系统的要求如下电动汽车对其驱动系统的要求如下:(1)成本成本。要求电动汽车整个系统与内燃机系统具有同样的价。要求电动汽车整个系统与内燃机系统具有同样的价格水平。

4、格水平。(2)性能性能。启动转矩大，恒功率范围宽、瞬时功率大，过载能。启动转矩大，恒功率范围宽、瞬时功率大，过载能力强，加速性能好。力强，加速性能好。(3)调速范围宽广调速范围宽广。包括恒转矩区和恒功率区。包括恒转矩区和恒功率区。(4)最优的能量利用率。最优的能量利用率。在最轻重量条件下，具有电气和机在最轻重量条件下，具有电气和机械效率的最优，此外还要充分利用再生制动的能量。械效率的最优，此外还要充分利用再生制动的能量。(5)安全、可靠性高安全、可靠性高，满足车辆的各种工况，满足车辆的各种工况(如高低温坏天气如高低温坏天气和剧烈振动等和剧烈振动等)。(6)重量轻、尺寸小重量轻、尺寸小，便于安装

5、于各种不同的车辆上。，便于安装于各种不同的车辆上。第二节电动汽车的电力驱动系统组成从功能的角度看，电动汽车的电动机驱动系统可从功能的角度看，电动汽车的电动机驱动系统可分为分为电气和机械两大系统。电气和机械两大系统。电气系统由电动机、功率转换器和电子控制器等电气系统由电动机、功率转换器和电子控制器等三个子系统组成。三个子系统组成。机械系统主要包括机械传动装置机械系统主要包括机械传动装置(可选可选)和车轮。和车轮。第二节电动汽车的电力驱动系统组成电子控制器微处理器微控制器DSP转换器VVVFFOCMRACSTCVSCNNCFuzzy软件硬件功率变换器电动机变速箱和差速器器件GTOBJTMOSFET

6、IGBTMCT拓扑斩波PWM逆变谐振CADFEMEM力热图解法类型DCIMSRMPMSMPMBMPMHM电动机控制器交流电机控制器控制电路主电路控制器中的CPU主控制板 采用不同的电驱动系统形式总体采用不同的电驱动系统形式总体上可分为两种：上可分为两种：集中驱动和车轮集中驱动和车轮独立驱动独立驱动。集中驱动利用一个动力源通过变速器和减速器（或只通过减速器）降速增扭，最后经差速器将驱动转矩大致平均地分配给左右驱动半轴，可以采用前轮驱动、后轮驱动或四轮驱动的形式3，其结构如图3所示。第三节第三节 电驱动系统结构形式电驱动系统结构形式 电源电源功率转换器功率转换器电机电机变速器变速器差速器差速器图图

7、3 3 集中驱动集中驱动车轮独立驱动是只利车轮独立驱动是只利用多个动力源分别驱用多个动力源分别驱动单个车轮，可以分动单个车轮，可以分为两轮独立驱动和四为两轮独立驱动和四轮独立驱动，其结构轮独立驱动，其结构如图如图4所示。所示。第三节第三节 电驱动系统结构形式电驱动系统结构形式 集中驱动集中驱动独立驱动独立驱动成本成本较低较高体积体积笨重分散重量重量集中分散效率效率较低较高差速差速方式方式机械式电子式表1 集中驱动和车轮独立驱动优缺点的比较图2-10纯电动汽车传动系统布置的常规形式总体可构成不以下总体可构成不以下6种形式上三图为集中驱动形式，下种形式上三图为集中驱动形式，下三图为车轮独立驱动形式

8、。三图为车轮独立驱动形式。第三节第三节 电驱动系统结构形式电驱动系统结构形式 图2-11常规纯电动汽车传动装置结构图1电机2螺栓3套筒4飞轮壳5飞轮6轴承7压盘8离合器壳9螺栓10轴承11输入轴12分离叉13分离套筒14离合器盖15分离杠杆16从动盘图2-12固定速比减速器传动系统(无离合器)第三节第三节 电驱动系统结构形式电驱动系统结构形式 图2-13固定速比减速器传动系统(无离合器)应用实例第三节第三节 电驱动系统结构形式电驱动系统结构形式 图2-14第三种传动形式第三节第三节 电驱动系统结构形式电驱动系统结构形式 图2-15第三种传动形式应用实例第三节第三节 电驱动系统结构形式电驱动系统

9、结构形式 第三节 电驱动系统结构形式图2-16双电机-固定速比变速器一体化传动系统图2-17双电机驱动模式下的底盘结构第三节第三节 电驱动系统结构形式电驱动系统结构形式 第三节 电驱动系统结构形式图2-18双电机-固定速比变速器一体化轮边驱动传动系统图2-22两种轮毂电机驱动方式内部示意图a)内转子型b)外转子型第三节 电驱动系统结构形式图2-20轮毂电机实物图第三节 电驱动系统结构形式图2-19双轮毂电机驱动系统图2-21轮毂电机结构图轮毂电机的大型化较难，但是总功率依靠四台电机分担，可使每台电机的容量变得小一些。图2-23四轮毂电机驱动系统1)车轮可以实现车轮可以实现180的旋转、横向行驶

10、、任意旋转行驶。的旋转、横向行驶、任意旋转行驶。2)由于可以进行各车轮任意转矩控制，所以使得防滑控制、制动控制等多由于可以进行各车轮任意转矩控制，所以使得防滑控制、制动控制等多种性能得以发挥种性能得以发挥图2-24横向行驶和旋转行驶示意图(YONDEN PIVOT车型)图2-25低车地板轴a)传统有差速器的结构b)轮毂电机驱动方式现代电动汽车常用的电动机驱动系统有四种：现代电动汽车常用的电动机驱动系统有四种：直流电机驱动系统直流电机驱动系统交流电机驱动系统交流电机驱动系统永磁无刷电机驱动系统永磁无刷电机驱动系统开关磁阻电机驱动系统开关磁阻电机驱动系统直流电机驱动系统采用有刷直流电机，电机控制器

11、一般采用斩波器控制方式。它具有成本低、易于平滑调速、控制器简单、控制相对成熟等优点。但由于需要电刷和换向器，结构复杂，运行时有火花和机械磨损，所以电机运行转速不宜太高。是对无线电信号的干扰，这对高度智能化的未来电动汽车是致命的弱点。鉴于直流电机驱动系统的驱动控制器部分优势突出，使得直流电机驱动系统在当前燃料电池电动汽车领域仍占有一席之地。A、直流电机驱动、直流电机驱动系统这种电机结构简单，制造容易，效率比直流电机高。与永磁无刷电机、开关磁阻电机相比，成本最为低廉，但控制较为复杂。总的说来，异步电机系统的综合性价比具有一定的优势，尤其是异步电机的高可靠性、免维护、成本低廉的优点，使其成为电动汽车

12、驱动系统的首选方案。B、异步电机驱动系统、异步电机驱动系统永磁无刷电机驱动系统相比之下，效率高是其最大特点，质量轻，体积小，也无需维护。与异步电动机相比，永磁无刷电机成本较高，可靠性和使用寿命也较差，同时永磁体还存在失磁的可能。另外，制造工艺也比异步电机复杂。在控制上，由于永磁体的存在，弱磁控制有一定的难度。因此限制了这种电机系统在电动汽车的大量使用。C、永磁无刷电动机驱动系统、永磁无刷电动机驱动系统该电机转子没有绕组做成凸极，结构简单，可靠性高，快速响应好，效率与异步电机相当。由于转子无绕组，该电机系统特别适合频繁的正反转及冲击负载等工况。开关磁阻电机系统驱动电路采用的功率开关元件较少，电路

13、简单，能较方便地实现宽调速和制动能量的反馈。因此，这种系统在电动汽车中亦有一定的应用。其缺点主要在于其结构带来的噪音和振动较大。D、开关磁阻电机系统、开关磁阻电机系统电机驱动技术电机驱动技术发展方向可以归纳如下发展方向可以归纳如下: : (1) (1)由有刷直流电动机驱动向无刷化、交流化方向发展，如开由有刷直流电动机驱动向无刷化、交流化方向发展，如开发并应用了开关磁阻电动机和永磁无刷电动机。发并应用了开关磁阻电动机和永磁无刷电动机。 (2)(2)朝电动机与驱动器、控制器集成的机电一体化方向发展，朝电动机与驱动器、控制器集成的机电一体化方向发展，构成智能化的驱动控制系统。构成智能化的驱动控制系统。 (3)(3)由单个电动机驱动向两个电动机驱动，后轮驱动向前轮驱由单个电动机驱动向两个电动机驱动，后轮驱动向前轮驱动发展，进而以四个电动机驱动四轮的方向发展。动发展，进而以四个电动机驱动四轮的方向发展。 (4) (4)由带齿轮减速器驱动向直接驱动方向发展，将外转子电动由带齿轮减速器驱动向直接驱动方向发展，将外转子电动机与车轮一体化设计，实现四轮直接驱动。机与车