交流感应电机驱动系统的性能价格比最高,最值得在大功率电动汽车上优先推广应用;直流电机驱动系统由于成本低、技术成熟,在目前或今后相当一段时期内仍将广泛应用,但随着功率半导体器件性能的不断提高及价格的大幅度降低,在电动汽车上,直流电机驱动系统的使用范围将逐渐缩小;随着成本的降低和可靠性的进一步提高,永磁同步电机驱动系统在电动汽车上也将在一定范围内得到应用,特别是小功率的永磁同步电机驱动系统;开关磁阻电机结构最为简单,适合于高速运行,调速控制比较容易,但是电磁噪声和转矩脉动仍然是开关磁阻电机面临的两大难题。
对比来看,交流感应电机和开关磁阻电机转子结构相对简单、坚固,可以免维护,允许高速旋转。与同容量直流电机相比,其具有体积小、重量轻、价格便宜的优点,电动汽车采用交流驱动是一个发展方向。
目前电动汽车电驱动系统的研究趋势主要集中在以下几个方面:
1.电动汽车要求驱动系统在零速时有足够大的转矩,所以在目前的交流驱动系统中,电机端部都装有速度传感器或转子位置传感器,但这增加了成本,而且给安装带来不便。无速度传感器、无位置传感器的交流驱动系统是发展方向之一。
2.效率优化控制在电动汽车上显得特别重要。在交流感应电机控制中,某个转矩可看成由定子电流的励磁分量和转矩分量产生的,优化这两个分量的组合可使定子电流最小,从而获得最高效率控制。
3.电机参数的自动测量、控制系统参数的自动整定是高性能控制系统的一个标志。当运行环境发生变化后,系统各种参数会发生变化,从而会偏离最佳运行状态。
4.参数自动辨识、自动整定功能能便控制系统自动调整在最佳状态。
5.高效率、大容量和高可靠性的永磁体材料、设计和制造,以及永磁同步电机宽范围恒功弱磁算法也是目前研究的热点。
6.数字化是未来电机驱动技术发展的必然趋势。数字化不仅包括驱动控制的数字化,驱动到数控系统接口的数字化,而且还应该包括测量单元数字化。随着微电子学及计算机技术的发展,高速、高集成度、低成本的微机专用芯片以及DSP等的问世及商品化,使得全数字的控制系统成为可能。用软件最大程度上地代替硬件,除完成要求的控制功能外,还可以具有保护、故障监控、自诊断等其他功能。全数字化是电动车控制乃至交流传动系统的重要发展方向之一。
7.电机驱动系统的集成化。包含有两个方面:其一是电机与发动机总成或电机与变速箱的集成,电机驱动技术向着集成化的方向发展有利于减小整个系统的重量和体积,并可以有效地降低系统的制造成本;将电动汽车驱动控制器的开关器件、电路、控制、传感器、电源和无源器件都集成到标准的模块中构成电力电子组件,这种集成方法可以较好地解决不同工艺的电路之间的组合和高电压隔离等问题,具有较高的集成度,也可以比较有效地减小体积和重量,但目前还存在分布参数、电磁兼容、传热等具有较高难度的技术问题,并且尚不能有效地降低成本,达到较高的可靠性。
总之,新能源汽车离不开动力电池,也同样离不开驱动电机,作为电动汽车结构中机械能与电能之间的转换者,驱动电机的作用无以替代。在进行新能源汽车的整车设计时,要根据整车性能要求和产品市场定位来确定使用哪种型号的驱动电机,没有最好的,只有最合适的,这样才能在保证整车质量的同时,最大限度地减轻消费者的经济负担,同时又可以做到资源的合理分配。
Tips
比功率:比功率是衡量汽车动力性能的一个综合指标,具体是指汽车发动机最大功率与汽车总质量之比。一般来讲,对同类型汽车而言,比功率越大,汽车的动力性越好。
5分钟比功率峰值:指电动机在指定工作状态下连续工作5分钟所表现出来的最大比功率,是衡量电动机性能的指标之一。
功率因数:在交流电路中,电压与电流之间的相位差的余弦叫做功率因数。功率因数的大小与电路的负荷性质有关,一般具有电感性负载的电路功率因数都小于1。
功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低,说明电路用于交变磁场转换的无功功率大,从而降低了设备的利用率,增加了线路供电损失。
磁阻:就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用。