新能源车动力源知识解释 （下）

4）永磁同步电动机的效率 5）永磁同步电动机的特点 （ 2）缺点 起动慢：由于转速与频率成比例关系，因此，只有在频率升高时才能逐渐起动，而不能快速起动。另外，由于永磁磁阻同步电动机会出现：失步“现象”，因此较适合在重载下运行。 功率范围较小；永磁磁阻同步电动机受到磁性材料材质和加工工艺的限制，使得永磁磁阻同步电动机的功率范围较小，最大功率仅几十千瓦。 受温度影响：永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，会使得永磁材料发生退磁现象，降低永磁电动机的性能，过载或温度超过居里温度 磁材料将丧失磁性而损坏电动机。 控制系统复杂：永磁电动机需要一套复杂的控制系统，使得永磁式电动机的控制系统造价也很高。 （ 1）优点 高效、节能： 永磁磁阻同步电动机不用励磁，节约了励磁消耗的功率。具有高效率（达 97%）、高比功率（超过 1kW/“输出扭矩 / 转动惯量”比高的特点。比其他类型的电动机有更高的效率，更大的输出转矩和更加节能，大于性能相类似的三相感应电动机的 1015%。 可靠性好：永磁磁阻同步电动机是与电源频率同步，不受电源电压和负载变化的影响，在额定的负载范围内，保持以同步转速旋转。运转平稳，工作时电流损耗小，在高速转动时有良好的可靠性。 调速性能好：永磁磁阻同步电动机具有调速范围宽、调速精度高、效率高、噪音低，性能可靠。 结构简单：结构简单，寿命长，便于维修，体积小等优点。 永磁无刷直流电动机的构造与工作原理 永磁无刷直流电动机在工作时，将调制后的具有的方波（实际上是顶宽不小于 120梯形波）电流，输入永磁无刷直流电动机的定子中，采用脉冲方波电流可以使永磁无刷直流电动机获得较大的转矩，在正常运行时，电极电流的磁势与永磁磁极的磁势在空间位置相差90，由于永磁体的磁力不能直接调整，因此，在高速时需要采用“弱磁”技术来调速。 永磁无刷直流电动机主回路的直流电源上，串联回路电感 d，并将电流输送到由三相半导体功率开关（ 成的 为电压和频率都可以变化的方波（矩形波）三相交流电。 1）永磁无刷直流电动机的特性 （ 2）缺点。永磁无刷直流电动机的控制系统比较复杂，励磁不能控制，机械特性较“硬”。不具有绕线式直流电动机的机械特性。如果输出的波形不好，会发生较大的脉动转矩波动和引起冲击力，影响电动机的低速性能，电流损耗大，噪声较大。永磁体性能在受到高温时，会发生退磁现象。永磁电动机的控制器在发生故障采取安全保护时，由于永磁体的作用，电机会产生与转速成正比的反电动势，并通过反向二极管加在高压母线上，会造成安全隐患。 2）永磁无刷直流电动机的特点 （ 1）优点。永磁无刷直流电动机转子采用永磁体，不需要励磁。优点为功率因数高，有较高的功率密度，效率高（比交流电动机高 6个百分点），出力大，低频转矩大，在低速时可以达到理论转矩输出，启动转矩可达到额定转矩的两倍。高速性能好，转速不受电压与负载变动的影响，转速范围可以由几十转到十万转，转速精度高。在电磁性能，磁场衰退等多方面的性能都优于其他种类的电动机。无电刷，结构简单、牢固，尺寸小、质量轻、免维护或少维护。 永磁发电机 开关磁阻电动机 称为可变磁阻电动机 它的结构比其他任何一种电动机都要简单，开关磁阻电动机功率密度高，转矩 高的起动转矩和低的起动功率，效率可以达到 8593%。转矩、转速在较宽的转速范围内，可灵活的控制，调速控制较简单，最高转速可以达到 15000r/ 结构简单坚固，可靠性好。 四） 开关磁阻电动机 开关磁阻电机相数 3 4 5 6 7 8 9 定子极数 8 10 12 14 16 18 转子极数 6 8 10 12 14 16 步进角 30 15 9 6 开关磁阻电动机的结构与工作原理 开关磁阻电动机的定子和转子都是由硅钢片叠片组成，定子和转子采用“凸极”结构形式。开关磁阻电动机的定子和转子凸极有多种组合方式，开关磁阻电动机的定子凸极数量为偶数，转子凸极也是偶数，一般比定子凸极少两个，共同组成不同极数的开关磁阻电动机。 开关磁阻电动机的定子和转子都是凸极结构，只在电动机的定子上安装有简单的集中励磁绕组，在互相对称的两个定子凸极上的定子绕组互相串联，构成一相。定子励磁绕组的端部较短，没有相间跨接线，磁通量集中于磁极区，通过定子电流来励磁。各相磁路的磁阻是随转子位置不同而变化。在电动机的转子上，没有滑环、绕组的导体和永久磁铁等。转子的运转是依靠定子的磁引力来运行。（图 5为各种开关磁阻电动机的结构示意。 1）三相 6/4凸极结构的开关磁阻电动机的工作原理 开关磁阻电动机是基于“磁阻最小”的原理设计的新型具有凸极结构的转子的电动机。（图 1三相 6/4凸极结构的开关磁阻电动机的截面图，有 6个定子磁极，每相对的两个定子磁极的绕组互相串联成为一相绕组（ 组、 组、 组）。转子沿圆周有 4个均匀分布的转子磁极（ 1 2，转子磁极上没有线圈。定子磁极与转子磁极之间有很小的气隙。 不断地按顺序来接通和截断 、 、 动机的转子即按逆时针方连续转动。如果反过来接通和截断 CBA动机的转子即顺时针（反）方向连续转动。因此，只要顺序改变定子磁极绕组的通电方向的顺序，就可以改变开关磁阻电动机转子转动的方向。如果改变电流的大小，则可改变电动机的转矩的大小和改变电动机的转速快慢。如果控制转子极在离开定子极时的通电方向，即可产生与转子旋转方向相反的动转矩。 2）三相 8/6凸极结构的开关磁阻电动机的工作原理 （图 5 8/6相凸极结构的开关磁阻电动机的截面图，有 8个定子磁极，每相对的两个定子磁极的绕组互相串联成为一相绕组（ 组、 组、 组、 组）。转子沿圆周有 6个均匀分布的转子磁极（ 1，转子磁极上没有线圈。 8/6相开关磁阻电动机的工作原理与三相凸极结构的开关磁阻电动机的工作原理基本相同，只是转子与定子数量和转子与定子之间的“步进角”不同。（图 5 8/6凸极开关磁阻电动机的工作原理。 电动车上只需要 3挡、 2 挡或 1挡 ,因此变速器在一定 程度上被简化了 ,但电动汽车 对传动系统的要求反而更高。 一挡式变速器多为两级传动比 ,即变速器只有一个传动比 ,主减速器有一个传动比 ,总传动比为两个传动比相乘 ,如图电动机集成变速器所示 ,多使用在低挡小、中型面包车上。 如图所示 ， 高档轿车采用电动驱动系统 ， 把电动机 、 减速器 、 差速器 、 功率控制器集成在一起 ， 外部只有强电 、 弱电线束和冷却的水管 ， 若采用前后轴各一台这样的动力驱动系统则是很好的四轮驱动 。 纯电动客车相比传统燃油客车变速器发生了巨大变化 ， 传统变速器逐渐被取代或者被弱化 。 直接使用电动机控制变速 ， 它们通过电子转矩控制技术直接控制车轮转速 ， 实现对车辆速度的控制 ,一个挡的变速器电动机有起动电流大 、 低速电流大 、 爬坡无力 、 最高车速低噪声大 、 耗电量过大的缺点 。 在电动客车上配装变速器 ， 主要是为解决电动机驱动力不足的问题 ， 装变速器可以改变电动机转矩 ， 提升电动机动力 ， 纯电动客车配装的变速器相比燃油车型上的变速器应有变化 ，突出的特点是变速器挡数由传统多挡简化成 挡或挡 。 客车变速器为节省成本 ， 同时又考虑无离合器的自动换挡 ， 因此电控的无同步器自动换挡变速器成为首选 ， 如图所示为无同步器自动换挡动力总成 。 轮毂电动机驱动系统 轮毂电动机驱动系统根据电动机的转子型式主要分成两种结构型式 :外转子式和内转子式 。 如图所示内转子式则采用高速内转子电动机 ， 配备固定传动比的行星减速器 ， 也称轮边减速器 。 轮毂电动机的优点 让车辆结构更简单 。 采用轮毂电动机驱动的车辆可以获得更好的空间利用率 ， 同时传动效率也要高出不少 。 由于轮毂电动机具备单个车轮独立驱动的特性 ， 因此无论是前驱 、 后驱还是四驱形式 ， 它都可以比较轻松地实现 。 新能源车型不少都采用电驱动 ， 因此轮毂电动机驱动也就派上了大用场 。 无论是纯电动还是燃料电池电动车 ， 亦或是增程电动车 ， 都可以用轮毂电动机作为主要驱动力 。 轮毂电动机的缺点 对车辆的操控有所影响 。 维持制动系统运行需要消耗不少电能 。 如图所示商用车车桥的内置缓速器 。 可靠性较差 。 汽车变速器种类包括手动变速器 ( 自动变速器 ( 无级自动变速器 ( 自动机械式变速器 ( 双离合器式变速器 ( 带有 传感器、 控制过程是当转动钥匙通电后 ， 系统首先给变速器顶部的选挡和换挡油缸加油压 ， 这样可促使变速器进入空挡 ， 确认后 ， 发动机起动系统方可起动发动机 。 驾驶员挂挡后 ， 系统先向离合器油缸供入油液 ， 离合器分离 ，选挡油缸的一端加压选挡 ， 换挡油缸一端加压换挡 ， 换挡完成后系统控制离合器油缸脉冲阀开始泄油 ， 以保证离合器接合平顺 。 （一）、串联混合动力驱动系统 （二）、并联混合动力驱动系统 单轴式 双轴式 并联式混合动力电动汽车具有如下特点。 发动机通过机械传动机构直接驱动汽车，无机械能一电能转换损失，因此发动机输出能量的利用率相对较高，如果汽车行驶工况能保证发动机在其最佳的工作范围内运行时，并联驱动系统的燃油经济性比串联的高。 当电机仅起功率“调峰”作用时，电机、发动机的功率可适当减小，电池的容量也可减小。 在繁华的市区低速行驶时，并联式混合动力电动汽车也可通过关闭发动机，以纯电动方式运行实现零排放行驶，但这就需要有功率足够大的电机，所需电池容量也相 发动机与电机并联驱动时，还需要动力复合装置，因此，并联驱动系统的传动机构较为复杂。 并联驱动系统与车轮之间直接机械连接，发动机的运行工况会受车辆行驶工况的影响，所以车辆在行驶工况频繁变化的情况下运行时，发动机有可能不在其最佳工作区域内运行，其油耗和排放指标可能不如串联式混合动力系统。并联式驱动系统最适合于汽车在中、高速工况下（如高速公路）稳定行驶。 此外，并联混合驱动系统不适合采用燃料电池作动力源的动力系统。 （三）、混联式混合动力电动车 混联式驱动系统可以在串联混合模式下工作，也可以在并联混合动力模式下工作，即两种模式的综合。这就要求有两个电机、一个比较复杂的传动系统和一个智能化控制系统。 混联式驱动系统的控制策略是：在汽车低速行驶时，驱动系统主要以串联模式工作；当汽车高速稳定行驶时，则以并联工作模式为主。 丰田混合动力汽车 普锐斯 控可变配气系统汽油发动机 动力控制单元（控制器、交直流变压系统） 高压大电流电缆 高功率高压镍氢(池 动力结构 无级变速系统(电驱动、动力变换、能量回收 ) 高功率高压镍氢(池 动力控制单元（控制器、交直流变压系统） 动力结构 为了实现最高水准的低油耗，混合动力系统分别发挥电动机和发动机各自的特长来行驶。 池 能量 - + 停止 开始行驶 全加速 正常行驶 制动 行驶动力 提供能量储存 制动能量 回收 发动机输出动力 动力特征 动力不足时补充 丰田混合动力系统的动力输出 发动机 汽油发动机 驱动桥内含 500V 交流电动机 I 系统操作 最大的优点是在同一个系统中，同时使用了并联和串联系统 串联混合动力系统 在这个系统中，发动机驱动电动机，由电动机驱动车轮 并联混合动力系统 车轮由发动机和电动机共同驱动 . I 系统操作 电动机补充发动机的扭矩 电动 机 发动 机 转 速 (2000 4000 6000 扭矩 (Nm) 100 200 300 400 I 结构示意图 发电机 (发动机 行星齿轮组 高压电池 变频器 电动机 (发电机 (实际位置在发动机和行星齿轮组中间 I 结构 (发动机 ) 型号： 1列 4缸 16气门 双顶置凸轮轴 电控可变配气系统 汽油发动机 I 结构 (驱动桥 ) 包含 交流 500电动机，发电机 , 行星齿轮 , 减速齿轮 和主减速齿轮 使用 无级变速 传动装置，达到操作的平滑性和宁静性 00V) 00V) ( 全封闭的 镍氢 (池 大约电压为 直流 200V 位于后备箱内后排座位下 I 结构 (变频器 ) 变频作用 直流 交流 高电压 变压作用 直流 200V 升至 直流 500V 直流 转换 直流 200V 降至 直流 12V A/C 变频器 动 A/C 压缩机 起步时 当汽车起步时，混合动力系统仅使用由 分利用电动机启动时的低速扭矩，这时发动机并不运转。 低速 中速行驶时 由高效利用能量的电动机驱动行驶 动电动机行驶。 一般行驶时 低油耗的驾驶，使用发动机作为主要动力源。 一般行驶时剩余能量充电 将剩余能量用于 全速开进 (行驶 )时 利用双动力来获得更高一级的加速 减速能量再生时 将减速时的能量回收到 停车时 停车时动力系统全部停止 切换 六、燃料电池汽车 燃料电池汽车也是电动汽车，它与一般电动汽车的区别，在于燃料电池汽车装备车载燃料电池发动机（发电机）。用燃料电池发动机与动力电池组和超级电容器共同组成“电 力驱动平台取代内燃机驱动平台。只要保证燃料电池发动机氢燃料的供应，燃料电池汽车就可以象内燃机汽车一样自由驰骋，不受充电时间和动力电池的 有高度的环保性、灵活性和机动性。燃料电池汽车与一般电动汽车一样，电动机是唯一的驱动装备。 燃料供应系统： 1甲醇储存罐； 2重整器带燃烧气； 3 4氢气循环泵 水循环系统： 5冷凝气、气水分离器； 6水箱； 7水泵 空气（氧化剂）供应系统： 8空气压缩机； 9空气加湿、去离子过滤装置 电气系统： 12. 3逆变器； 以甲醇为燃料的燃料电池发动机系统 燃料电池 燃料电池的分类 燃料电池依据其电解质的性质分为不同的类型 燃料电池使用须解决问题 燃料电池种类繁多；其性质和温度范围随所用的电解质的性质而异；对于汽车用燃料电池 ， 质子交换膜燃料电池 (为适合 。 ( )如何经济地获取纯氢 。 ( )如何为燃料电池供应燃料 ， 通常氢能以三种状态存储和运输 :高压气态 、 液态和氢化物形态 。 ( )安全问题 ， 氢气是易燃气体 ， 使用时要防止泄露 、 爆炸等危险情况的发生 。 ( )其工作温度低 、 起动快 、 能量密度高 、 寿命长 、质量轻 、 无腐蚀性 、 不受二氧化碳的影响 ， 但由于膜的结构 、工艺和生产批量等问题的存在 ， 到目前为止 ， 质子交换膜的成本是非常高 。 七、其他清洁能源汽车 燃气汽车 1压缩天然气 (车 将天然气经多级加压到 20存在高压气瓶内，作为燃料的汽车。 2液化天然气 (车 将天然气经低温液化后，储存在绝热气瓶内，作为燃料的汽车。 3吸附天然气 (车 将天然气吸附在存贮罐的活性炭中，作为燃料的汽车。 4液化