第3章-新能源汽车的电动机驱动系统

新能源汽车技术第3章新能源汽车的电动机驱动系统July,2014新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,2014Page2第3章新能源汽车的电机驱动系统3.1电动机驱动系统概述3.2直流电动机的驱动系统3.3交流异步电动机驱动系统3.4永磁电动机的驱动系统3.5开关磁阻电动机驱动系统3.6其它电动机驱动系统3.7新能源汽车电驱动系统的发展方向Page3第3章新能源汽车的电机驱动系统3.1电动机驱动系统概述新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,2014新能源汽车的电动机驱动系统：电气系统：电动机，功率转换器，电子控制器机械系统：机械传动（可选），车轮Page4第3章新能源汽车的电机驱动系统3.1电动机驱动系统概述新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.1.1电动机驱动系统的种类与特点电动机驱动系统：电动机电动机控制器（功率单元，控制单元，驱动单元，通信单元，系统电源等）Page5第3章新能源汽车的电机驱动系统3.1电动机驱动系统概述新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.1.1电动机驱动系统的种类与特点功率单元：功率输出控制单元：对外界输入信号（刹车、加速等）进行处理驱动单元：对功率模块进行驱动。（功能：刹车、能量回馈、加速、温度保护、转速转矩控制、车速输出、转速输出、故障检测、故障记录、故障保护等）Page6第3章新能源汽车的电机驱动系统3.1电动机驱动系统概述新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.1.1电动机驱动系统的种类与特点电动机控制器的分类：Page7第3章新能源汽车的电机驱动系统3.1电动机驱动系统概述新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.1.1电动机驱动系统的种类与特点1.纯电动汽车的电动机驱动系统单电动机：有差速减速器，无离合器和传动装置，需要低速大转矩且速度变化区域大的电动机，电动机与逆变器的容量大。双电动机：前后驱动和双轮毂电动机两类，双轮毂电动机及逆变器制造成本高。四轮毂电动机：结构更紧凑，效率最高。Page8第3章新能源汽车的电机驱动系统3.1电动机驱动系统概述新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.1.1电动机驱动系统的种类与特点2.混合动力电动汽车的电动机驱动系统串联式，并联式，混联式串联式：发电机要匹配电动机，电池容量增大，重量增大。Page9第3章新能源汽车的电机驱动系统3.1电动机驱动系统概述新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.1.1电动机驱动系统的种类与特点2.混合动力电动汽车的电动机驱动系统图3.2以发动机为能源的串联式混合动力汽车能量流动方式Page10第3章新能源汽车的电机驱动系统3.1电动机驱动系统概述新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.1.1电动机驱动系统的种类与特点2.混合动力电动汽车的电动机驱动系统图3.2以燃料电池为能源串联式混合动力汽车能量流动方式Page11第3章新能源汽车的电机驱动系统3.1电动机驱动系统概述新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.1.1电动机驱动系统的种类与特点2.混合动力电动汽车的电动机驱动系统并联式：制动时，电动机/发电机发电模式，启动、加速时提供驱动力，电气部分简单，电动机和电池容量小。混联式：小功率可纯电行驶，多种驱动方式。Page12第3章新能源汽车的电机驱动系统3.1电动机驱动系统概述新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.1.2新能源汽车对驱动电动机的性能要求新能源汽车驱动电动机需满足的性能：汽车运行功能，舒适性，适应环境，一次充电的续驶里程，耐温，耐潮湿，噪音低，结构简单，维修方便等。1.低速大转矩特性及较宽范围内的恒功率特性2.在整个运行范围内的高效率3.体积小，重量轻4.高可靠性（保证高安全性）Page13第3章新能源汽车的电机驱动系统3.1电动机驱动系统概述新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.1.2新能源汽车对驱动电动机的性能要求新能源汽车驱动电动机需满足的性能：5.价格低6.高电压（尽量高电压，减小电机尺寸和线束尺寸，降低逆变器成本）7.电气系统安全性高（符合相关车辆电气控制安全性能的标准和规定。）8.高转速（体积小，重量轻）Page14第3章新能源汽车的电机驱动系统3.1电动机驱动系统概述新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.1.3驱动电动机的分类Page15第3章新能源汽车的电机驱动系统3.1电动机驱动系统概述新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.1.3驱动电动机的分类新能源汽车经常采用的驱动电动机包括直流电动机、交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机。Page16第3章新能源汽车的电机驱动系统3.1电动机驱动系统概述新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.1.3驱动电动机的分类——电动汽车电动机基本性能比较直流电动机交流异步电动机永磁电动机开关磁阻电动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（%）80～8790~9285～9778～86功率因数（%）--82~8590～9360～65恒功率区--1︰51︰2.251︰3最高转速范围/4000～600012000～200004000～1000015000可靠性一般好优好结构紧固性差好一般优电动机外形尺寸大中小小电动机重量重中轻轻控制操作性能最好好好好控制器成本低高高一般Page17第3章新能源汽车的电机驱动系统3.2直流电动机的驱动系统新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,2014直流电动机优点：起步加速牵引力大，控制性能好，控制系统简单，成本低。缺点：机械转向器会产生火花，转速不能太高，过载能力、转速范围、功率体积比、功率质量比、系统效率、使用维护等受到限制。直流电动机的分类：永磁式（没有励磁绕组）和绕组式（有励磁绕组（串励，并励，复励，他励））Page18第3章新能源汽车的电机驱动系统3.2直流电动机的驱动系统新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.2.1直流电动机的基本结构1.定子部分直流电机的定子主要由主磁极、机座、换向极和电刷装置等组成。2.转子部分转子部分包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器等。3.端盖4.电刷架Page19第3章新能源汽车的电机驱动系统3.2直流电动机的驱动系统新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.2.1直流电动机的基本结构Page20第3章新能源汽车的电机驱动系统3.2直流电动机的驱动系统新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.2.2直流电动机的性能特点1.直流电动机的驱动特性图3.6直流电动机的驱动特性Page21第3章新能源汽车的电机驱动系统3.2直流电动机的驱动系统新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.2.2直流电动机的性能特点1.直流电动机的驱动特性在恒转矩区，励磁电流保持不变，改变电枢电压控制转矩。在恒功率区，电枢电压保持不变，改变励磁电流或弱磁控制转矩。Page22第3章新能源汽车的电机驱动系统3.2直流电动机的驱动系统新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.2.2直流电动机的性能特点2.直流电动机的特点（1）调速性能好。（2）启动力矩大。（3）控制简单。（控制器高效率、控制灵活、重量轻、体积小、响应快）（4）有易损件。（电刷，换向器）Page23第3章新能源汽车的电机驱动系统3.2直流电动机的驱动系统新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.2.2直流电动机的性能特点3.电动汽车专用的直流电动机应具有的特点（1）电枢轴要延长，便于安装测速脉冲发生器和推力轴接头。（2）转子直径要设计的小些，轴长要设计的长些。（3）为了便于散热，电枢槽要比实际多一些。（4）为了换向器片、电刷等的定期检查和维护，检查口应制造的大些。（5）由于震动，为了防止电刷的误动作，应提高电刷的预压紧力。Page24第3章新能源汽车的电机驱动系统3.2直流电动机的驱动系统新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.2.2直流电动机的性能特点3.电动汽车专用的直流电动机应具有的特点Page25第3章新能源汽车的电机驱动系统3.2直流电动机的驱动系统新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.2.2直流电动机的性能特点3.电动汽车专用的直流电动机应具有的特点电动汽车专用的直流电动机需要考虑的事项有：耐高温性、抗震动性、低损耗性、抗负荷波动、小型轻量化、解决免维护性等。Page26第3章新能源汽车的电机驱动系统3.2直流电动机的驱动系统新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.2.3直流电动机的调速方法emaTKIeaUIRnK改变电枢电压调速是直流调速系统采用的主要方法。Page27第3章新能源汽车的电机驱动系统3.2直流电动机的驱动系统新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.2.3直流电动机的调速方法直流电动机调速需要的可控直流电源1.旋转交流磁阻2.静止可控整流器3.直流斩波器或脉宽调制变换器Page28第3章新能源汽车的电机驱动系统3.2直流电动机的驱动系统新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.2.3直流电动机的调速方法1.旋转交流磁阻Page29第3章新能源汽车的电机驱动系统3.2直流电动机的驱动系统新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.2.3直流电动机的调速方法2.静止可控整流器Page30第3章新能源汽车的电机驱动系统3.2直流电动机的驱动系统新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.2.3直流电动机的调速方法3.直流斩波器或脉宽调制变换器Page31第3章新能源汽车的电机驱动系统3.3交流异步电动机驱动系统新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,2014交流电动机分为：1.同步电动机：转子转速与定子旋转磁场的转速相等。又分为绕线式和永磁式。2.异步电动机：转子转速不等于定子旋转磁场的转速。优点：结构简单，价格便宜，运行可靠，维护方便，效率较高。缺点：功率因数低。三相异步电动机：鼠笼式，绕线式Page32第3章新能源汽车的电机驱动系统3.3交流异步电动机驱动系统新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,2014图3.11鼠笼式异步电动机的构造Page33第3章新能源汽车的电机驱动系统3.3交流异步电动机驱动系统新能源汽车技术，FacultyofNewEnergyVehicles，July,20143.3.1三相