新能源电动汽车动力驱动系统

新能源汽车技术新能源电动汽车动力驱动系统第1页1、熟悉电动汽车电机驱动系统组成、功效及种类2、掌握电动汽车对电动机要求3、掌握异步电动机、永磁同时电动机、开关磁阻电动机、轮毂电动机结构和工作原理4、熟悉电动机模块常见故障及排除方法第三章电动汽车电机驱动系统本章目标1新能源电动汽车动力驱动系统第2页第三章电动汽车电机驱动系统三相异步交流电动机概述直流电动机永磁同时电动机1234开关磁阻电动机5轮毂电动机6电动机模块常见故障及排除方法72新能源电动汽车动力驱动系统第3页1.1电动汽车电机驱动系统组成及功效电动机驱动系统组成框图第一节概述3新能源电动汽车动力驱动系统第4页1.2电动汽车对电动机要求要求在恒转矩区，要求低速运行时具有大转矩；在恒功率区，要求低转矩时具有高的速度。具有瞬时功率大、带负载启动性能好、过载能力强、加速性能好、使用寿命长的特点。应能够在汽车减速时实现再生制动，将能量回收并反馈给蓄电池要求具有很高的效率应可靠性好应体积小、质量轻要求结构要简单坚固应价格便宜运行时应噪声低，减少污染4新能源电动汽车动力驱动系统第5页1.3电动汽车驱动电动机种类当代电动汽车所采取各种电动机5新能源电动汽车动力驱动系统第6页第三章电动汽车电机驱动系统三相异步交流电动机概述直流电动机永磁同时电动机1234开关磁阻电动机5轮毂电动机6电动机模块常见故障及排除方法76新能源电动汽车动力驱动系统第7页2.1直流电动机分类他励电动机并励电动机串励直流电动机复励电动机励磁电流是由独立直流电源供给，仅取决于励磁电源电压和励磁回路电阻，与电枢端电压无关。励磁绕组与电枢绕组并联，励磁电流与励磁回路电阻相关，还受电枢端电压影响。励磁绕组与电枢绕组串联。磁极上有两个励磁绕组，一个与电枢绕组并联，另一个与电枢绕组串联。直流电动机绕组励磁式直流电动机大功率电动机永磁式直流电动机小功率电动机按照励磁方式分类第二节直流电动机7新能源电动汽车动力驱动系统第8页1—风扇；2—机座；3—电枢；4—主磁极；5—电刷架；6—换向器；7—接线板；8—出线盒；9—换向磁极；10—端盖2.2直流电动机结构直流电动机定子部分机座主磁极换相极电枢装置端盖转子部分电枢铁芯电枢绕组换向器8新能源电动汽车动力驱动系统第9页直流电动机工作原理2.3直流电动机工作原理9新能源电动汽车动力驱动系统第10页2.4电动汽车用直流电动机1）直流电动机驱动特征恒转矩区N＞nb在高速恒功率区，电枢电压不变，改变励磁电流或弱磁来控制转矩。恒功率区N＜nb励磁电流保持不变，改变电枢电压来控制转矩。10新能源电动汽车动力驱动系统第11页2.4电动汽车用直流电动机2）直流电动机特点调速性能好直流电动机特点1234开启转矩大控制简单有易损件11新能源电动汽车动力驱动系统第12页2.4电动汽车用直流电动机3）电动汽车用直流电动机要求抗振动性对环境适应性低损耗性抗负荷波动性小型、轻量化免维护性12新能源电动汽车动力驱动系统第13页2.4电动汽车用直流电动机4）直流电动机应用应用功率应用直流电动机类型详细应用小功率（小于10kW）小型高效永磁式直流电动机电动自行车、高尔夫球车、电动叉车、警用巡查车中等功率（10～100kW）他励、串励或复励式直流电动机结构简单、转矩较大电动货车大功率（大于100kW）串励式直流电动机要求低速、高转矩大型专用电动汽车上，如电动矿石搬运车、电动玻璃搬运车等。13新能源电动汽车动力驱动系统第14页2.5直流电动机调速方法转矩公式调速方法电枢回路串电阻（改变电枢回路总电阻Ra

）调节电枢端电压（U）改变励磁回路电阻调速（调节励磁电流改变主磁通

Φ）可控直流电源1．旋转变流机组2．静止可控整流器3．直流斩波器或脉宽调制转换器14新能源电动汽车动力驱动系统第15页第三章电动汽车电机驱动系统三相异步交流电动机概述直流电动机永磁同时电动机1234开关磁阻电动机5轮毂电动机6电动机模块常见故障及排除方法715新能源电动汽车动力驱动系统第16页三相异步电动机主要结构部件3.1三相异步交流电动机结构异步交流电动机定子部分机座定子铁芯定子绕组转子部分转子铁芯转子绕组端盖轴承机座风扇风罩接线盒吊环第三节三相异步交流电动机16新能源电动汽车动力驱动系统第17页三相异步电动机工作原理3.2三相异步交流电动机工作原理三相异步交流电动机转子转速不等于定子旋转磁场同时转速，这是三相异步交流电动机主要特点。17新能源电动汽车动力驱动系统第18页3.2三相异步交流电动机工作原理通常将转速差与同时转速比值用转差率表示，即式中，s——转差率；n1——定子旋转磁场同时转速；n——转子转速。三相异步交流电动机运行时，转差率s取值范围为0<s<l。在额定负载条件下运行时，普通额定转差率s为0.01～0.06。18新能源电动汽车动力驱动系统第19页3.3电动汽车用异步交流电动机性能特点性能特点小型轻量化。易实现转速超过1000r/min的高速旋转。高速低转矩时运转效率高。性能特点低速时有高转矩，以及有宽泛的速度控制范围。可靠性高（坚固）。制造成本低。控制装置简单化。19新能源电动汽车动力驱动系统第20页3.4三相异步交流电动机控制方法调速控制方法矢量控制定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位直接转矩控制以转矩为中心来进行磁链、转矩的综合控制。转速控制变频恒压控制自适应控制效率优化控制20新能源电动汽车动力驱动系统第21页3.5三相异步交流电动机应用实例21新能源电动汽车动力驱动系统第22页第三章电动汽车电机驱动系统三相异步交流电动机概述直流电动机永磁同时电动机1234开关磁阻电动机5轮毂电动机6电动机模块常见故障及排除方法722新能源电动汽车动力驱动系统第23页4.1永磁同时电动机结构依据永磁体在转子上位置不一样分类按永磁体磁化方向不一样可分为径向式、切向式和混合式三种依据永磁体是否嵌入转子铁芯中可分为面贴式和插入式两种内置式永磁同时电动机外置式永磁同时电动机（a）径向式（b）切向式

（c）混合式（a）面贴式（b）插入式第四节永磁同时交流电动机23新能源电动汽车动力驱动系统第24页4.2永磁同时电动机性能特点优点😊功率因数大效率高功率密度大缺点☹电磁结构中转子励磁不能随意改变，导致电动机弱磁困难永磁同时电动机理论还不如直流电动机和异步电动机完善，还有许多问题需要深入研究，主要有以下两方面。24电动机效率电动机的弱磁能力新能源电动汽车动力驱动系统第25页4.3永磁同时电动机控制控制原理是：以转子磁链旋转空间矢量为参考坐标，将定子电流分解为相互正交两个分量，一个与磁链同方向，代表定子电流励磁分量，另一个与磁链方向正交，代表定子电流转矩分量，分别对其进行控制特征。矢量控制（磁场定向控制）转矩取代电流成为受控对象，电压矢量则是控制系统里唯一输入，直接控制转矩和磁链增加或减小，直接转矩控制控制变量为电压和频率。控制系统将参考电压和频率输入实现控制策略调整，最终由逆变器产生一个交变正弦电压施加在电动机定子绕组上，使之运行在指定电压和参考频率下。恒压频比开环控制25新能源电动汽车动力驱动系统第26页4.2永磁同时电动机应用实例长城汽车最新电动车产品哈弗M3纯电动汽车采取永磁同时电机，最大功率55kW，最大转矩150N•m，最高时速能够到达130km，最高续航里程为160km。

北汽集团BE701，采取永磁同时电机进行驱动，电机额定电压为336V，最高功率为110kW，最高转矩为300N·m。千米加速为15s左右，可使用民用220V电源进行充电，完全充电时间为10h，而快速充电只需1h左右，在充满电后最远续航行驶距离为160km。26新能源电动汽车动力驱动系统第27页第三章电动汽车电机驱动系统三相异步交流电动机概述直流电动机永磁同时电动机1234开关磁阻电动机5轮毂电动机6电动机模块常见故障及排除方法727新能源电动汽车动力驱动系统第28页5.1开关磁阻电动机系统组成开关磁阻电动机驱动系统开关磁阻电动机功率转换器传感器控制器开关磁阻电动机驱动系统组成第五节开关磁阻电动机28新能源电动汽车动力驱动系统第29页5.2开关磁阻电动机结构与工作原理开关磁阻电动机基本结构依据相数和定子、转子极数配比，开关磁阻电动机能够设计成不一样结构

（a）6/4极

（b）8/6极

（c）12/8极29新能源电动汽车动力驱动系统第30页5.2开关磁阻电动机结构与工作原理四相8/6极开关磁阻电动机相电感、转矩与转子位置关系曲线30新能源电动汽车动力驱动系统第31页5.3开关磁阻电动机性能特点advantages31新能源电动汽车动力驱动系统第32页5.3开关磁阻电动机性能特点disadvantages32新能源电动汽车动力驱动系统第33页213电压保持不变而对开通角和关断角进行控制，经过对它们控制来改变电流波形以及电流波形与绕组电感波形相对位置。角度控制法（APC）某相绕组导通阶段，在主开关控制信号中加入PWM信号，经过调整占空比来调整绕组端电压大小，从而改变相电流值。电压控制法（VC）普通使电动机开通角和关断角保持不变，而主要靠控制斩波电流限大小来调整电流峰值，从而调整电动机转矩和转速。实现方式有2种：限制电流上、下幅值控制电流上限和关断时间恒定控制电流斩波控制法（CCC）5.4开关磁阻电动机控制方法33新能源电动汽车动力驱动系统第34页5.5开关磁阻电动机应用实例34新能源电动汽车动力驱动系统第35页第三章电动汽车电机驱动系统三相异步交流电动机概述直流电动机永磁同时电动机1234开关磁阻电动机5轮毂电动机6电动机模块常见故障及排除方法735新能源电动汽车动力驱动系统第36页轮边电动机轮毂电动机轮毂电动机驱动

电动汽车采取轮毂电动机驱动属于分散式电动机驱动模式。所谓轮边电动机驱动模式，是指每个驱动车轮由单独电动机驱动，不过电动机不是集成在车轮内，而是经过传动装置（如传动轴）连接到车轮。第六节轮毂电动机36新能源电动汽车动力驱动系统第37页6.1轮毂电动机结构形式37轮殼电动机动力系统0204电动机减速机构制动器散热系统新能源电动汽车动力驱动系统第38页外转子型采取低速外转子电动机，电动机最高转速为1000～1500r/min，无任何减速装置，电动机外转子与车轮轮辋固定或者集成在一起，车轮转速与电动机相同。外转子型内转子型内转子型则采取高速内转子电动机，同时装备固定传动比减速器。为了取得较高功率密度，电动机转速通常高达10000r/min。减速机构通常采取传动比在10∶1左右行星齿轮减速装置，车轮转速在1000r/min左右。VS轮毂电动机动力系统依据电动机转子形式分类6.1轮毂电动机结构形式38新能源电动汽车动力驱动系统第39页6.1轮毂电动机结构形式39vs外转子型内转子型结构简单轴向尺寸小比功率高能在很宽速度范围内控制转矩响应速度快外转子直接和车轮相连没有减速机构效率高成本高加速时效率低噪声大优点缺点比功率高质量小体积小效率高噪声小成本低必须采取减速装置效率降低非簧载质量增大电动机最高转速受线圈损耗、摩擦损耗以及变速机构承受能力等原因限制优点缺点新能源电动汽车动力驱动系统第40页6.2轮毂电动机分类及特点401）轮毂电动机分类轮毂电动机感应式永磁式开关磁阻式轮毂电动机系统驱动电动机按照电动机磁场类型电动机定转子之间受力比较均衡，磁路由硅钢片叠压得到，技术更简单成熟电动机结构利于热量散发，而且它定子能够不需要铁芯径向磁场轴向磁场新能源电动汽车动力驱动系统第41页感应（异步）式电动机优点是结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠、转矩脉动小、噪声低、不需要位置传感器、转速极限高；缺点是驱动电路复杂、成本高，感应（异步）式电动机效率和功率密度偏低。无刷永磁同步电动机可采用圆柱形径向磁场结构或盘式轴向磁场结构，具有较高的功率密度和效率以及宽广的调速范围开关磁阻式电动机优点是结构简单、制造成本低廉、转速/转矩特性好等，适用于电动汽车驱动；缺点是设计和控制非常困难、运行噪声大。2）轮毂电动机特点6.2轮毂电动机分类及特点41新能源电动汽车动力驱动系统第42页6.3采取轮毂电动机驱动系统电动汽车特点42新能源电动汽车动力驱动系统第43页动力平台采取燃料电池发动机和高功率锂离子电池为动力源，装备4个轮毂电动驱动。采取自主开发控制系统，集成了最新线控转向技术。整车含有结构简练、有效空间大、传动效率高、转向灵活、零排放、无噪声等突出特点。最高车速为45km/h，续驶里程为50km。同济大学研发“春晖三号-嘉乐”微型电动车为二门紧凑型微型电动车6.4轮毂电动机应用实例43新能源电动汽车动力驱动系统第44页第三章电动汽车电机驱动系统三相异步交流电动机概述直流电动机永磁同时电动机1234开关磁阻电动机5轮毂电动机6电动机模块常见故障及排除方法744新能源电动汽车动力驱动系统第45页7.1电动机维护与保养检查电动机及其控制器各固定点，检查螺栓是否松动检查电动机及其控制器线束及插件是否有松动、老化等现象检查电动机本体及控制器水冷管