新能源汽车新能源汽车 ((Green-car)) 电动汽车电动汽车EV ((Electric Vehicle)纯电动纯电动BEV ((Blade electrical vehicle))按驱动电 动机分类交流三相感应 电动机永磁无刷直 流电动机开关磁阻 电动机混合动力混合动力HEV ((Hybrid Electric Vehicle))结构类型分类 (按动力传输路 线)串联SHEV (Series Hybrid) 并联 PHEV (Paralle l Hybrid))混联 (Series- parallel hybrid )混合程度分类弱混合动力(微 混合动力) Micro Hybrid)轻度混合动力 Mild Hybrid( 混合度50%)插电式混合动力 PHEV(Plug-in hybrid electric vehicle)可利用 电网充电燃料电池汽车燃料电池汽车 FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)代用燃料汽车代用燃料汽车 ((Alternative fuel vehicle)注:混合程度指电机输出功率在整个系统总功率中所占的比重又称混合度)概概 念念 解解 读读• 指采用非常规车用燃料作为动力来源(或使用常规车用燃料、采用 新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术, 形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的车辆。
新能源汽车新能源汽车 ((New energy vehicle/Green- car)• 指以电能为动力的汽车,一般采用高效率充电电池、或燃料电池为 动力源的车辆电动汽车电动汽车EV ((Electric Vehicle)• 是指采用代用燃料(如液化石油气、压缩天然气等)来代替汽油或 柴油的发动机的车辆它实际上是将原来的汽油发动机加以改装, 使之适合燃烧两种燃料代用燃料汽车代用燃料汽车 ((Alternative fuelvehicle))• 纯电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道 路交通、安全法规各项要求的车辆纯电动汽车纯电动汽车 BEV( Blade electrical vehicle• 是指车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组 成的车辆混合动力汽车混合动力汽车 HEV((Hybrid Electric Vehicle))• 是电动车的一种,其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用,而 不是经过燃烧,直接变成电能的燃料电池电动车以燃料的氢气与 空气的氧气反应,以其产生的电力推动马达而得以行驶燃料电池汽车燃料电池汽车 FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)纯电动车BEV( Blade electrical vehicle )结构组成及驱动电机对比结构组成及驱动电机对比项目项目感应电机感应电机永磁电机永磁电机开关磁阻电机开关磁阻电机比功率比功率中中高高较高较高峰值效率峰值效率(%)(%)94~9594~959595~ ~97979090负荷效率负荷效率(%)(%)90~9290~928585~ ~9 97 778~8678~86功率因数功率因数(%)(%)82~8582~859090~ ~939360~6560~65恒功率区恒功率区1:51:51:1:2 2.25.251:31:3转速范围转速范围(r/min)(r/min)12000~1500012000~1500040004000~ ~1000010000可可>15000>15000可靠性可靠性好好优良优良好好结构的坚固性结构的坚固性好好一般一般优良优良电机外廓电机外廓中中小小小小电机质量电机质量中中小小小小电机成本电机成本 ($/kW)($/kW)8~128~1210~1510~156~106~10控制操作性能控制操作性能好好好好好好控制器成本控制器成本高高高高一般一般驱动电驱动电 机对比表机对比表驱动电机及配套控制系统说明驱动电机及配套控制系统说明名称名称特点特点配套的控制系统配套的控制系统优势优势不足之处不足之处交流三相感应电动交流三相感应电动 机机TPIMTPIM((ThreeThree phase AC phase AC induction motorinduction motor ))------应用最为广应用最为广 泛泛转子和定子之间没有相 互接触的滑环、换向器 等部件,结构简单,运 行可靠,经久耐用。
但 此类电动机不能直接使 用蓄电池供给的直流电, 另外具有非线性输出特 性由于无法直接采用直流电供电,故需要应 用逆变器中的功率半导体器件,将直流电 变为频率和幅值都可以调节的交流电来实 现对电动机的控制采用此类电动机的电 动汽车上,主要有v/f控制法、转差频率 控制法采用较多的为矢量控制法,对电 动机的励磁绕组交流电的频率和输入电动 机的端调控制,控制交流三相感应电动机 旋转磁场的磁通量和转矩,实现改变此类 电动机转速和输出转矩,来满足负载变化 特性的要求,并能够获得最高效率功率覆盖面广,可采用空气 冷却或液体冷却方式,冷却 自由度高对环境的适应性 好,并能够实现再生回馈制 动与同样功率的直流电动 机相比较,质量减轻一半左 右,价格便宜,维修方便效率较低,转子容易发热,在高速运转 时需要保证对电动机的冷却,否则会损 坏其次功率因数较低,使得变频变压 装置的输入功率因数也较低,因此需要 采用大容量的变频变压装置电动机控 制系统的造价远远高于电动机本身,提 高车身造价成本此外,电动机的调速 性能也较差永磁无刷直流电动永磁无刷直流电动 机机 PMBLM(Permanent PMBLM(Permanent Magnetism Magnetism BearinglessBearingless Synchronous Synchronous Motor)Motor)------高性能高性能具有直流电动机的外特 性而没有换向器和电刷 组成的机械接触结构。
另外,它采用永磁体转 子,没有励磁损耗;发 热的电枢绕组又装在外 面的定子上,散热容易, 因此,永磁无刷直流电 动机没有换向火花,没 有无线电干扰,寿命长, 运行可靠,维修简便典型的永磁无刷直流电动机是一种准解耦 矢量控制系统,由于永磁体只能产生固定 幅值磁场,因而永磁无刷直流电动机系统 非常适合于运行在恒转矩区域,一般采用 电流滞环控制或电流反馈型SPWM法来完成 为进一步扩充转速,永磁无刷直流电动机 也可以采用弱磁控制弱磁控制的实质是 使相电流相位角超前,提供直轴去磁磁势 来削弱定子绕组中的磁链转速不受机械换向的限制, 如果采用空气轴承或磁悬浮 轴承,可以在每分钟高达几 十万转运行具有更高的能量 密度和更高的效率,在纯电 动汽车中有着很好的应用前 景受到永磁材料工艺的影响和限制,使得 永磁无刷直流电动机的功率范围较小, 永磁材料在受到振动、高温和过载电流 作用时,其导磁性能可能会下降或发生 退磁现象,将降低电动机的性能,严重 时还会损坏电动机,在使用中必须严格 控制,使其不发生过载永磁无刷直流 电动机在恒功率模式下,操纵复杂,需 要一套复杂的控制系统,从而使得永磁 无刷直流电动机的驱动系统造价很高。
开关磁阻电动机开关磁阻电动机 SRM(Switched SRM(Switched Reluctance Reluctance Motor)Motor)------新型新型结构比其它任何一种电 动机都要简单,在电动 机的转子上没有滑环、 绕组和永磁体等,只是 在定子上有简单的集中 绕组,绕组的端部较短, 没有相间跨接线,维护 修理容易开关磁阻电动机具有高度的非线性特性, 因此,它的驱动系统较为复杂它的控制 系统包括功率变换器(电路较简单不会出 现直通故障,可靠性好,成本较感应电动 机的逆变器控制系统要低)、控制器(由 微处理器、数字逻辑电路等原件组成控 制器性能好坏和调节的灵活性,取决于微 处理器的软硬件性能配合关系)、位置检 测器(需要高精度的位置检测器,来为控 制系统提供电动机转子的位置、转速和电 流的变化信号,并要求有较高的开关频率 以降低开关磁阻电动机的噪声)可靠性好,转速较高,效率 高,比交流感应电动机要高 损耗主要在定子,电机易于 冷却;转子元永磁体,调速 范围宽,控制灵活,易于实 现各种特殊要求的转矩一速 度特性,而且在很广的范围 内保持高效率更加适合电 动汽车动力性能要求。
控制系统比其他电动机的控制系统复杂 一些,位置检测器是开关磁阻电动机的 关键器件,其性能对开关磁阻电动机的 控制操作有重要影响由于开关磁阻电 动机为双凸极结构,不可避免地存在转 矩波动,噪声是开关磁阻电动机最主要 的缺点但近年来的研究表明,采用合 理的设计、制造和控制技术,开关磁阻 电动机的噪声完全可以得到良好的抑制 另外,由于开关磁阻电动机输出转矩波 动较大,功率变换器的直流电流波动也 较大,所以在直流母线上需要装置一个 很大的滤波电容器混合动力HEV(Hybrid Electric Vehicle))混合动力汽车构成:1.控制系统;2.驱动系统;3.辅助动力系统;4.电池组 混合动力汽车的优点是:混合动力汽车的缺点是: 有两套动力,再加上两套动力的管理控制系统,结构复杂,技术较难, 价格较高• 采用复合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率,此时处于油 耗低、污染少的最优工况下工作需要大功率内燃机功率不足时,由电池来 补充;负荷少时,富余的功率可发电给电池充电,由于内燃机可持续工作, 电池又可以不断得到充电,故其行程和普通汽车一样壹• 因为有了电池, 可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。
贰• 在繁华市区,可关停内燃机,由电池单独驱动,实现“零“排放叁• 有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇 到的难题肆肆• 可以利用现有的加油站加油,不必再投资伍伍• 可让电池保持在良好的工作状态,不发生过充、过放,延长其使用寿命,降 低成本陆陆混合动力HEV(Hybrid Electric Vehicle)分类)分类按结构类型分类(按动力传输路线分类按结构类型分类(按动力传输路线分类 ))串联式混合动力(电动)汽车串联式混合动力(电动)汽车SHEV(Series hybrid electric vehicle):串联式 驱动部件由发动机、发电机和电动机构成发动机只作为发电机的动力源,汽车只靠电动机驱动行驶,驱动系统只是电动机发动机不受汽车行驶工况的影响,始终在最佳工作区稳定运行发动机动力全部转化为电能才能为车辆所用,燃油能量的利用率比较低适合于市内低速运行并联式混合动力(电动)汽车并联式混合动力(电动)汽车 PHEV((Parallel Hybrid electric vehicle):并联式驱动部件由发动机和电动机共同构成以发动机为主动力,电动机作为辅助动力,共同驱动车辆,或各自单独驱动车辆。
发动机通过机械传动机构可以直接驱动车辆,燃油能量利用效率较高发动机受车辆行驶工况影响结构上需要变速装置和动力复合装置,结构较为复杂适合高速公路等稳定行驶路况混联式混合动力(电动)汽车混联式混合动力(电动)汽车 PSHEV(Parallel-Series hybrid electric vehicle): 混联式装置包含了串联式和并联式的特点动力系统包括发动机、发 电机和电动机,根据助力装置不同,它又分为发动机为主和电动机为主两 种以发动机为主的形式中,发动机作为主动力源,电机为辅助动力源; 以电机为主的形式中,发动机作为辅助动力源,电动机为主动力源在低速时只靠电动机驱动行驶,速度提高时发动机和电动机相配合驱动低速时是串联方式工作,稳定高速时是并联方式工作该结构的优点是控制方便,缺点是结构比较复杂混合动力不同形式特点比较表(按结构类型分类)在混合动力系统中,根据电动汽车 电动机。