新能源汽车构造课件：电动汽车驱动系统基础

电动汽车电机驱动系统的认知电动汽车电机驱动系统的认知0102

驱动电机系统的功用及特点内容

驱动电机的类型及结构03

常见新能源汽车的驱动电机类型新课导入日常提到新能源汽车的“三电”是哪三电？如果要让你进行解释，你会怎么阐述？一、电机驱动系统的组成驱动电机系统的功用及特点电动机控制驱动系统是车辆行驶中的主要执行机构，驱动特性决定了汽车的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。电动机控制驱动系统电气系统机械系统电机功率转换器电子控制器机械传动装置车轮（1）驱动电机驱动电机是指使用磁场之间的相互作用实现能量（电能与机械能）转化的电气设备。两种工作状态：电动状态和发电状态。北汽EV160永磁同步电机部件名称作用高压接头通过橙色高压线束与电机控制器相连，为电机提供高压电能低压接头通过低压线束与电机控制器低压电气相连，为电机运转提供内部温度、转速、转子位置等信号冷却水接头通过冷却水管道与冷却系统相连，用于对电机进行冷却外壳支撑和保护电机驱动电机系统的功用及特点（2）电机控制器电机控制器是驱动电机系统的控制中心，又称智能功率模块，通常简称为MCU。电机控制器作用控制电机的旋转速度、旋转方向以及再生能量回收。对电流传感器、电压传感器、温度传感器等输入信号进行处理，并将驱动电机系统的运行状态通过CAN总线发送给整车控制器。驱动电机系统的功用及特点（2）电机控制器电机控制器以IGBT模块（绝缘栅双极型晶体管）为核心，主要由控制板、冷却水道、UVW高压插件、直流高压插件、IGBT模块及驱动板组成。电机控制器结构驱动电机控制器内部设有故障诊断电路，当诊断出系统异常时会激活一个错误代码，发送给整车控制器，同时也会存储该故障码和数据。驱动电机系统的功用及特点（2）电机控制器电机控制器是通过调节电压大小、频率高低、相位变化等参数来控制电机的运转，即通过相应的电力转换来控制电机工作。电机控制器工作框架驱动电机系统的功用及特点（2）电机控制器新能源汽车电机控制器主要是通过脉冲宽度调制(PWM)的方式控制IGBT工作，从而将电流从DC转换到AC(电池到驱动电机)或者从AC转化到DC(驱动电机到电池)。IGBT控制电路IGBT控制模块驱动电机系统的功用及特点二、电动汽车电机驱动系统的工作原理电机驱动系统是电动汽车的心脏，它由电机、功率转换器、控制器、各种检测传感器和电源（蓄电池）组成，其任务是在驾驶员的控制下，高效率地将蓄电池的电量转化为车轮的动能，或者将车轮的动能反馈到蓄电池中。驱动电机系统的功用及特点三、驱动电机的作用驱动电机负责给整车提供驱动的力量，是新能源汽车驱动系统的核心部件之一。新能源汽车主要部件驱动电机系统的功用及特点三、驱动电机的作用驱动电机转速与转矩要求驱动纯电动汽车和混合动力汽车的电机需要在各个转速下均能够产生转矩。图中所表示的是汽车驱动用电机的转速与转矩之间的关系，这种曲线被称为转速转矩曲线。汽车用驱动电机在中速以下时要求恒定功率输出，转矩与速度组合决定电机的运转情况，根据坡道起步、急加速、行驶区域、高速巡航等不同的行驶状态，会发生很大的变化。驱动电机系统的功用及特点三、驱动电机的作用发电机：将机械能转换为电能。电动机：将电能转换为机械能。电机的可逆性：一台电机既可以做电动机运行，也可以做发电机运行。驱动电机系统的功用及特点三、驱动电机的作用纯电动汽车的驱动电机通常要求能够频繁地启动/停车、加速/减速，低速或爬坡时要求高转矩、低转速，而高速行驶时则要求低转矩、恒功率，并要求变速范围大。驱动电机系统的功用及特点电动汽车电机驱动系统的工作原理新能源汽车采用的驱动电机有以下特点：体积小、功率密度大效率高、高效区广、重量轻安全性与舒适度1.新能源汽车的整车空间有限，结构紧凑、尺寸要小，是对驱动电机的首要要求。如：民用的乘用车，一般选用高功率密度的永磁同步电机作为驱动电机。1.提升驱动电机的效率，提升续航里程。2.保证汽车在大部分工况下的都是处于高效状态下。3.减轻电机重量，间接降低整车的功耗，实现续航里程提升。1.安全性可以理解成电机的可靠性，即电机在恶劣环境下能否正常工作。2.舒适度，即电机在运行时是否会对驾驶员产生体验上的不适，关注的是电机运行时的振动和噪声情况。四、驱动电机的特点驱动电机系统的功用及特点电动汽车电机驱动系统的工作原理四、驱动电机的特点北汽新能源纯电动汽车采用永磁同步电机（PMSM），具有效率高、体积小、重量轻及可靠性高的特点。北汽新能源汽车驱动电机在车上的位置北汽EV160永磁同步电机外观示意图驱动电机系统的功用及特点北汽新能源纯电动汽车驱动电机主要技术参数永磁同步电机型号：TZ20S02极对数：4额定功率：20KW绝对等级：H级额定转速：3000r/min冷却方式：水冷最高转速：9000r/min重量：45Kg出厂编号：BD33D北京新能源汽车股份有限公司BeijingElectricVehicleCo.,Ltd四、驱动电机的特点驱动电机系统的功用及特点在加速和爬坡时具有较大的瞬时功率、短时的过载能力；具有较大的调速范围，以满足电动汽车的不同运行工况；在运行的全部工况中，具有较高的效率，以节省能量，提高续航历程；可靠性高，价格低廉、维护方便。高功率密度，质量轻，体积小。五、电动汽车驱动电机系统应满足的要求驱动电机系统的功用及特点驱动电机的类型及结构电机从很早以前就已经实用化，并且产品种类、形式也越来越丰富。按照电机电源供给进行的分类，主要包括以下几种类型。直流电机交流异步电机永磁同步电机开关磁阻电机一、直流电机直流电机是输出或输入为直流电能的旋转电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。1.直流电机的组成结构直流电机的组成结构驱动电机的类型及结构一、直流电机N、S是固定的主磁极，abcd是旋转电枢铁心上的一个线圈；电刷A、B静止不动，电刷与换向片机械接触，将线圈与外电路接通；当直流电流从电刷A流入，经换向片1、线圈abcd、换向片2、电刷B流出；根据左手定则，电枢上的载流导体在主极磁场中将受到电磁力作用；当电磁力形成的逆时针方向的电磁转矩大于阻转矩时，线圈将以逆时针方向旋转。2.直流电机的工作原理直流电机工作原理驱动电机的类型及结构一、直流电机优点：成本低、易控制、调速性能良好缺点：结构复杂、转速低、体积大、维护频繁应用车型：本上处于淘汰阶段，应用车型都是早期上市车型。3.直流电机的特点驱动电机的类型及结构二、交流异步电机交流异步电机，又称“感应电动机”，即转子置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用下，获得一个转动力矩，因而转子转动。转子是可转动的导体，通常多呈鼠笼状。1.交流异步电机的结构感应电机绕组异步电机的笼型导体是将棒状的导体排布在圆周上，在端部通过圆环短路。异步电机的内侧为线槽，在其内部缠绕绕组，绕组由U、V、W三组构成三相分布绕组。异步电机驱动电机的类型及结构三相异步电动机主要由定子、转子和气隙三部分构成。固定不动的部分称为定子；转动的部分称为转子；保证转子能够在定子腔内自由转动,定子与转子之间留有0.2～2mm的空气隙。交流异步电机组成结构驱动电机的类型及结构二、交流异步电机1.交流异步电机的结构定子铁芯定子线圈（1）定子驱动电机的类型及结构1.交流异步电机的结构二、交流异步电机Y形接法

△接法（2）定子绕组驱动电机的类型及结构二、交流异步电机1.交流异步电机的结构1.交流异步电机的结构转子铁芯（3）转子驱动电机的类型及结构二、交流异步电机1.交流异步电机的结构鼠笼式转子绕线式转子（3）转子驱动电机的类型及结构二、交流异步电机2.交流异步电机的工作原理旋转磁场的产生定子三相绕组通入三相交流电(星形连接)驱动电机的类型及结构二、交流异步电机2.交流异步电机的工作原理每一时刻三相交流电流的大小、方向不同，因此每相电流产生的磁场不同，不同时刻合成磁场的方向不同，三相交流电流产生的旋转磁场如图所示。旋转磁场的方向取决于定子绕组中三相交流电流的相序，相序不同，旋转磁场的方向不同。驱动电机的类型及结构二、交流异步电机2.交流异步电机的工作原理三相分布绕组接通三相交流电流以后产生旋转磁场，通过磁场旋转移动，转子导体棒横穿磁场，根据右手法则，在转子内产生电动势，该电动势使得电流在转子导体内流动，再按照左手法则，由转子导体的电流与定子的励磁产生力，产生转矩。异步电机的主要特点是转子与定子磁场变化之间存在转速差。工作原理总结驱动电机的类型及结构二、交流异步电机优点：结构简单、可靠性好、成本易控缺点：效率低、调速性差应用车型：应用车型有特斯拉ModelS、ModleX、江铃E200、江铃E100、江铃E160、众泰云100S、芝麻E30等；只是少量车型选用，该类电机不会成为趋势。3.交流异步电机的特点驱动电机的类型及结构二、交流异步电机三、永磁同步电机同步电机是指转子转速与定子旋转磁场的转速同步的电机。1.永磁同步电机的结构绕线式转子电机的转子为永磁磁体，转子磁体的N极、S极随着定子绕组的旋转磁场磁极的移动而旋转。磁场产生磁通量，电枢完成电能与机械能的转换。驱动电机的类型及结构1.永磁同步电机的结构永磁同步电机结构端盖转子其它部件定子特点永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。驱动电机的类型及结构三、永磁同步电机1.永磁同步电机的结构

内嵌式由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式（IPM）、面贴式（SPM）、插入式。

面贴式

插入式驱动电机的类型及结构三、永磁同步电机1.永磁同步电机的结构

永磁同步电机结构驱动电机的类型及结构三、永磁同步电机1.永磁同步电机的结构（1）定子定子与普通电动机基本相同，由电枢铁心和电枢绕组构成。驱动电机的类型及结构三、永磁同步电机1.永磁同步电机的结构（2）转子转子结构由转子铁芯、永磁体和转轴构成。驱动电机的类型及结构三、永磁同步电机1.永磁同步电机的结构（2）转子永磁同步电动机的磁极结构可分为表面式和内置式两种。驱动电机的类型及结构三、永磁同步电机2.永磁同步电机工作原理永磁同步电动机的驱动电路如图所示，定子转组产生旋转磁场的机理与感应电动机是相同的，其转子通过永久磁铁产生磁场，两个磁场相互作用产生转矩，定子绕组产生的旋转磁场，可看作是一对旋转磁极吸引转子的磁极随其一起旋转。驱动电机的类型及结构三、永磁同步电机2.永磁同步电机工作原理永磁同步电机的工作原理如图所示，图中θ为功率角，电机的转子是一个永磁体，N、S极沿圆周方向交替排列，定子可以看成是一个以速度旋转的磁场。电机运行时，定子存在旋转磁动势，转子像磁针在旋转磁场中旋转―样，随着定子的旋转磁场同步旋转。驱动电机的类型及结构三、永磁同步电机优点：效率高、结构简单、体积小、重量轻缺点：成本较高、高温下磁性衰退应用车型：比亚迪秦、比亚迪宋DM、宋EV300、北汽EV系列、吉利EV450、众泰E200、荣威ERX5等；目前被各大新能源汽车品牌车型选用，被广泛使用，成为主流电机。3.永磁同步电机的特点驱动电机的类型及结构三、永磁同步电机四、开关磁阻电机1.开关磁阻电机的结构开关磁阻电机作为一种新型电机，相比其他类型的驱动电机而言，开关磁阻电机的结构最为简单，主要有定子绕组、转子凸极等组成。驱动电机的类型及结构1.开关磁阻电机的结构（1）定子与转子定子铁芯由硅钢片叠制而成，在定子凸极上绕有线圈（定子绕组），用来向电机提供工作磁场。转子上既没有绕组也没有永磁体。转子铁芯为凸极结构。驱动电机的类型及结构四、开关磁阻电机1.开关磁阻电机的结构开关磁阻电动机的定子和转子相数不同，有多种组合方式。驱动电机的类型及结构四、开关磁阻电机2.开关磁阻电机工作原理当定子某相绕组通电励磁，产生的磁场磁力线由于扭曲而引起切向磁拉力，以使相近转子凸极轴线旋转到与定子的电励磁轴线相对齐位置，磁阻电机产生特有的有效电磁磁阻转矩。驱动电机的类型及结构四、开关磁阻电机优点：结构简单、体积小轻便、效率高、成本低缺点：噪声振动大、输出扭矩脉动应用车型：暂未被广泛应用，业内人士预测，开关磁阻电机将成为电动汽车领域的一匹黑马，未来有可能因为其优良特性，而成为主流电机。3.开关磁阻电机的特点驱动电机的类型及结构四、开关磁阻电机五、驱动电机性能对比项目直流电动机三相异步电动机永磁同步电动机开关磁阻电机功率密度低中高较高过载能力（%）200300-500300300-500峰值效率（%）85-8994-9595-9790负荷效率（%）80-8790-9297-8578-86功率因数（%）-------82-8590-9360-65恒功率区-------1：51：2.251：3转速范围（rpm）4000-600012000-200004000-10000可以大于15000可靠性一般好优良好结构的坚固性差好一般优良电机的外形尺寸大中小小电机质量重中轻轻驱动电机的类型及结构一、特斯拉驱动电机常见新能源汽车的驱动电机类型特斯拉纯电动汽车的驱动电机为自主研发的三相交流感应电机，拥有最优的缠绕线性，能极大减少阻力和能量损耗。同时，相对整车，其电机体积非常小。

特斯拉驱动电机通过高性能信号处理器将制动、加速、减速等需求转换为数字信号，控制转动变频器将电池组