电动汽车电动机驱动技术及其发展.docx

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1、电动汽车电动机驱动技术及其开展摘要通过查找大量与电动汽车车用电机及其驱动系统内容相关的文献后，本文主要从电动汽车车用电机及其驱动系统的技术，中国车用电机及其驱动系统的开展现状，国外车用电机及其驱动系统的开展现状，电动汽车电动机驱动技术国际开展趋势，电动汽车行业前景来这几个方面来分析研究电动汽车电动机驱动技术及其开展状况。通过了解以下内容目的是发现我国电动汽车车用电机存在的问题，提升我国电动汽车的车用电机及其驱动系统的技术，从而更好的与世界接轨。关键词：混合电动汽车，电动机，驱动技术目录第一章绪论11.1 电动汽车述11.1 .1电动汽车的分类及特点11.2 .2电动汽车的国内外开展情况21.

2、2本文研究的目的意义及主要内容31.2. 1本文研究的目的和意义31.2.2本文研究的内容4第二章电动汽车驱动技术52.1车用永磁电动机控制技术52. 2驱动电机及其控制器52. 2.1驱动电机类型及其开展52. 2.2驱动电机特点及其分类62.2.3我国驱动电机及其控制器主要存在的问题72.3 国外驱动电机及其控制器的开展现状92.4 我国驱动电机及其控制器的开展现状92.5 电动汽车驱动技术国际开展趋势13第三章电动汽车行业的开展前景183.1我国电动汽车开展的政策性建议183.2我国电动汽车开展战略18结论18致谢20参考文献.21第一章绪论目前，电动汽车以其节能、低污染的特点已经成为下

3、一代汽车的开展方向。通过了解以下内容有助于发现我国电动汽车车用电机存在的问题，提升我国电动汽车的车用电机及其驱动系统的技术，从而更好的与世界接轨。1.1电动汽车概述电动汽车是指全部或局部由电能驱动电机作为动力系统的汽车，包括纯电动汽车EV(ElectricVehicle),混合动力电动汽车HEV(HybridEleCtriCVehiCIe)和燃料电池汽车FCEV(FUeICellEIeetriCVehiCIe)三种类型。电动汽车的出现得益于19世纪末电池技术和电机技术的开展较内燃机成熟，而且石油的运用还没有普及，1873年英国人RobertDaVidSon制造的一辆三轮车，它由一块铁锌电池向电

4、机提供电力，这被认为是电动汽车的诞生，比我们现在常见的内燃机驱动的汽车早出现了13年。到了1881年，法国人GustavTrouve使用铅酸电池制造了第一辆能反复充电的电动汽车。此后三四十年间，电动汽车在当时的汽车开展中占据着重要位置。进入20世纪以后，由于大量发现石油，石油开采提炼和内燃机技术的迅速进步，电动汽车那么由于电池进步缓慢，在性能、价格等方面都难以与燃油汽车竞争而逐步被燃油汽车所取代。20世纪60年代以后，由于汽车数量的骤增和同益严重的环境问题，给人类的健康和生存带来了严重威胁，再加上70年代后的石油危机，各国都努力寻找石油的替代能源，电动汽车的开展又成为了人们关注的热点，取得了突

5、飞猛进的开展。电动汽车具有传统燃油汽车无可比较的优点，比方：电动汽车噪声低；污染物排放可以减少97%；能源多样化：能效高，电动汽车能量利用率为17.8%,燃油汽车的能量利用率仅为10.3%,可节省大约40%的石油。同时电动车由于利用电力这种可再生资源作为驱动力，对于资源的节约具有重要意义，所以电动汽车将成为21世纪最有潜力的交通工具。1.1.l电动汽车的分类及特点电动汽车一般分为三类：纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池汽车，都处于不同的开展阶段。1 .纯电动汽车纯电动汽车一般的理解是从车载蓄电池获得电力，以电机驱动的各种车辆。优点是零排放，但价格偏高，适合短距离行驶。2 .混合动力汽车混合

6、动力电动汽车(HEV)是在一辆汽车上同时配备电力驱动系统和辅助动力单元(AUXiIiaryPOWerUnit,简称APU),其中APU是燃烧某种燃料的原动机或由原动机驱动的发电机组，目前HEV所采用的原动机一般为柴油机、汽油机或燃汽轮机。混合动力电动汽车将原动机、电动机、能量储存装置(蓄电池)组合在一起，它们之间的良好匹配和优化控制，可充分发挥内燃机汽车和电动汽车的优点，防止各自的缺乏，是当今最具实际开发意义的低排放和低油耗汽车。较之纯电动汽车，HEv具有如下的优点：(1)由于有原动机作为辅助动力，电池的数量和质量可减少，因此汽车自身重量可以减小。(2)汽车的续驶罩程和动力性可到达内燃机的水平

7、。(3)借助原动机的动力，可带动空调、真空助力、转向助力及其它辅助电器，无需消耗电池组有限的电能，从而保证了驾车和乘坐的舒适性。(4)在内燃机输出功率大于行驶要求时，可以将多余的能量带动电机发电，实现能量回收，节省电力。3 .燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车(FCEV)是利用燃料电池中氢气与氧气发生反响产生的电力作驱动力的电动汽车。燃料电池汽车只有燃料电池一个动力源，汽车的所有功率负荷都由燃料电池承当。常用的氢氧燃料电池装置从本质上说是水电解的一个“逆”装置。燃料电池是将所供燃料的化学能直接变换为电能的一种能量转换装置，是通过连续供给燃料从而能连续获得电力的发电装置。燃料电池的原理由英国的W.

8、GrOVe于1839年提出，直到20世纪美国宇宙飞船使用燃料电池，该理论才到达实用水平并开始走向民用。通过燃料(氢气、甲醇等)中的氢在电池内部与空气中的氧发生反响，生成水的同时产生电流。目前燃料电池汽车本钱较高，暂时还未大面积推广。1. 1.2电动汽车的国内外开展情况欧美国家面对原油价格的猛涨使新能源的开发利用同渐升温，大力开展电动汽车尤其是纯电动汽车已成为各国关注的焦点。目前，很多国家尤其是欧美、日本等国都将电动汽车的研发列入政府方案。如美国政府与三大汽车公司(克莱斯勒、福特和通用)合作实施的新一代汽车合作方案(PNGV)和大燃料电池汽车(FreedomCAR)协作方案，推动美国汽车技术革命

9、、开发新一代汽车。欧盟也制定了电动汽车及其与能源相关的开展方案：如框架(FP)系列方案，欧盟燃料电池研究开展示范方案，欧盟燃料电池巴士示范方案和欧洲电动汽车城市运输系统方案等馈，3oo从目前世界范围内的整个形势来看，日本是电动汽车技术开展速度最快的少数几个国家之一，特别是在混合动力汽车的产品开展方面，同本居世界领先地位。日本的丰田和本田两家汽车公司已批量生产销售混合动力汽车。1997年12月，丰田汽车公司首先在同本市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力轿车PRlUS。该轿车于2000年7月开始出口北美，同年9月开始出口欧洲，现在已经在全世界20多个国家上市销售，截止到2007年11月，在全

10、世界的销量已经突破了125万辆，据估计由此产生的抑制二氧化碳排放效果将到达500万吨。本田汽车公司开发的混合动力汽车也投放市场，供不应求。日产汽车公司也已经于2006年向美国市场销售混合动力汽车。日本还设定了在2010年之前在国内普及5万辆燃料电池汽车的目标。法国是最积极研制和推广电动汽车的国家之一。法国政府、法国电力公司、标致一雪铁龙汽车公司和雷诺汽车公司共同承当开发和推广电动汽车的协议，共同合资组建了电动汽车的电池公司。德国政府投入大量资金用于电动汽车研发，指定奔驰汽车公司和群众汽车公司合资成立科技开发机构。瑞典的VO1.VO公司，意大利的菲亚特公司等不惜投入巨额资金，研发新一代电动汽车。

11、丹麦、奥地利、捷克、匈牙利等也都在开展电动汽车的研发工作。日前，德国盖尔森基兴应用技术大学汽车研究中心预计，今年欧盟国家将卖出8万辆混合动力汽车和纯电动汽车，到2025年将增加到1620万辆。并断言，由于电池技术不断改良，本钱不断降低，从2010年起，电动汽车将同渐普及。我国在“八五”、“九五”、十五三个五年方案期间，在电动汽车的研究开发上投入了大量的人力、物力和财力，并取得了一系列科研成果。总体来说，中国电动汽车的研发与国外根本处于同一起跑线上，技术水平与产业化虽然有一定的差距，但是相差不大。目前，我国电动汽车己经进入市场化的关键时期。在混合电动汽车领域，产业化生产的技术准备工作已经初步完成

12、。东风电动汽车公司研制的混合动力公交客车己在武汉投入运行，一汽集团研发的混合动力客车也已下线，东风、长安、奇瑞和一汽的混合动力轿车从2006年起陆续投放市场。在纯电动汽车领域，局部制造商已经实现了小批量生产，开发的产品通过了国家汽车认证。2005年4月，由天津自主开发生产的6辆“幸福使者”纯电动汽车出口美国，迈出了我国电动汽车产业化的重要一步。同时，国家电网参与电动汽车的推广，国家电网公司已按照其所制定的“十一五期间详细的车辆替换和运行规划以及电动电力工程车辆替换的优化设计方案，在北京、上海、天津、山东、浙江、湖北、湖南等省市试点区域开始付诸实施。在燃料电池电动汽车领域，我国已经建立了燃料电池

13、电动汽车产品技术开发平台和演示验证试验平台。清华大学、同济大学已分别开发出与国际水平相接近的燃料电池电动客车和轿车，整车操控性能、行驶性能、平安性能、燃料利用率等均到达国际先进水平。北京国际马拉松赛期间，由清华大学研制的燃料电池城市客车承当比赛期间的效劳工作。1.2本文研究的目的意义及主要内容1.2.1本文研究的目的和意义出于对能源和环境的考虑，电动汽车技术在各国政府以及各大汽车公司的推动下得到了迅速开展。混合动力汽车结合了传统汽油汽车和电动汽车的优点，凭借其优良的性能，已进入应用阶段。而作为电动汽车动力源的电池，其性能好坏直接影响电动汽车的性能和寿命。世界各大汽车公司纷纷投巨资并采取结盟的方

14、式研究各种类型的电池，投入很大的力量致力于研究和开展先进的电动车能源系统，建立了专门从事电池开发及其性能研究的实验室。动力电池作为电动汽车的能量来源，其性能是否能够满足电动汽车的动力需要，关系到电动汽车的驾驶性能和电动车事业的推广。对电池平安性和可靠性的测试对车辆的平安运行也至关重要。基于以上考虑，本文设计了相应的电池性能测试方案，所研究的电池性能测试系统可以测试动力电池在不同充放电率和不同温度下的运行状况，实现各种动力电池性能测试实验，收集相关电池信息，为电池性能评估提供相应的依据，估算SOC,防止由于过充电或过放电对电池的损伤，提高电池使用寿命，而且可以对故障电池做出早期预测，防止因单体电

15、池损坏而未能及时发现造成的整组电池寿命降低。1.2.2本文研究的内容本文主要从电动汽车车用电机及其驱动系统的技术，中国车用电机及其驱动系统的开展现状，国外车用电机及其驱动系统的开展现状，电动汽车电动机驱动技术国际开展趋势，电动汽车行业前景来这几个方面来分析研究电动汽车电动机驱动技术及其开展状况。第二章电动汽车驱动技术2.1 车用永磁电动机控制技术拥有TMS3201.F2407和TMS3201.F2812两个控制硬件平台。软件平台采用数字化矢量制技术，具有如下特点：具有多种控制模式，转矩控制、转速控制和功率控制；转速控制精度恒转速20rmin,恒力矩控制精度5%Tn（Tn是产品额定力矩）；转矩响

16、应速度0.3ms0具有上电自检功能，能够进行弱电系统和IGBT强电系统的检测，并记录故障信息。具有参数在线整定功能，可以通过上位机编程控制修改DSP中的控制参数，如采样周期、PI参数等。具有软件保护功能、超速保护、过温保护、堵转保护和过载保护等，能够根据采样智能判断工作状态，分辩干扰信号与真实保护信号。能够自动判断采样的精度，根据误差动态的进行误差修正。具有故障诊断功能，并通过总线反响到上位机。在高速弱磁控制方面，可以到达1:10的恒功率区，适合于宽调速范围的调速系统。具体性能如下。适用于多种场合的异步、永磁电动机，实现宽恒功率区的调速，实现精确的功率控制，恒功率W5%Pn（Pn是产品额定功率

17、）。动态性能好，调节速度快,能够在0.5ms内到达稳定。可稳定控制最高频率达1500Hz。高速位置角动态修正，角度误差5dego基于双机械端口电机的电力无级调速系统利用双机械端口电机的两个机械自由度和两个电端口的控制，实现无级调速，实现内燃机工况的最优化，是具有原始创新的技术，打破国外技术垄断。初步解决了电动机设计与控制，内转子冷却，内外电动机解耦等核心问题。EVT混合动力汽车动力性能测试结果如表1所示。表12.2 驱动电机及其控制器2.2.1 2.1驱动电机类型及其开展驱动电机是电动汽车的关键部件，直接影响整车的动力性及经济性。驱动电机主要包括直流电机和交流电机。目前电动汽车广泛使用交流电机

18、，主要包括：异步电机、开关磁阻电机和永磁电机(包括无刷直流电机和永磁同步电机)。车用电机的开展趋势如下：(1)电机本体永磁化：永磁电机具有高转矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性等优点。我国具有世界最为丰富的稀土资源，因此高性能永磁电机是我国车用驱动电机的重要开展方向。(2)电机控制数字化：专用芯片及数字信号处理器的出现，促进了电机控制器的数字化，提高了电机系统的控制精度，有效减小了系统体积。(3)电机系统集成化：通过机电集成1电机与发动机集成或电机与变速箱集成)和控制器集成，有利于减小驱动系统的重量和体积，可有效降低系统制造本钱。驱动电机国外开展情况：近年来美、欧开发的电动客车多采用交流异步

19、电机，国外典型产品技术参数请见表2。为了降低车重，电机壳体大多采用铸铝材料，电机恒功率范围较宽，最高转速可达基速的22.5倍。日本近年来问世的电动汽车大多采用永磁同步电机。产品功率等级覆盖3123kW,电机恒功率范围很宽，最高转速可达基速的5倍。日本近几年开发的电动汽车驱动电机概况。2.2.2 驱动电机特点及其分类电动汽车对驱动电机系统的要求至少包括：(1)基速以下输出大转矩，以适应车辆的启动、加速、负荷爬坡、频繁起停等复杂工况；(2)基速以上为恒功率运行，以适应最高车速、超车等要求；(3)全转速运行范围内的效率最优化，以提高车辆的续驶里程；(4)结构巩固、体积小、重量轻、良好的环境适应性和高

20、可靠性；(5)低本钱及大批量生产能力。电动汽车最早采用了直流电机系统,特点是本钱低、控制简单,但重量大,需要定期维护。随电力电子技术、自动控制技术、计算机控制技术的开展,包括异步电机及永磁电机在内的交流电机系统表达出比直流电机系统更加优越的性能，目前已逐步取代了直流电机控制系统。特别是借助于设计方法、开发工具及永磁材料的不断进步,用于驱动的永磁同步电动机得到了飞速开展。电动汽车中常用的交流电机主要有异步、永磁、开关磁阻三大类型，其特点如表2所示。表2其中，异步电机主要应用在纯电动汽车(包括轿车及客车)，永磁同步电机主要应用在混合动力汽车(包括轿车及客车)中，开关磁阻电机目前主要应用在客车中。特

21、别是，由于具有高效、高功率密度的特点，目前在混合动力轿车中采用的根本都是永磁同步电动机。日本丰田公司的prius采用的永磁同步电动机功率已到达了50kw,新配置的suv车型所用电机功率甚至到达了123kwo与普通工业用驱动电机系统及通用变频器不同，电动汽车用驱动电机系统的特点是高性能、高功率密度、高可靠性，低本钱、低污染和良好的环境适应性。2.2.3 我国驱动电机及其控制器主要存在的问题交流异步电机驱动系统我国己建立了具有自主知识产权异步电机驱动系统的开发平台，形成了小批量生产的开发、制造、试验及效劳体系；产品性能根本满足整车需求，大功率异步电机系统已广泛应用于各类电动客车；通过示范运行和小规

22、模市场化应用，产品可靠性得到了初步验证。(2)开关磁阻电机驱动系统已形成优化设计和自主研发能力，通过合理设计电机结构、改良控制技术，产品性能根本满足整车需求；局部公司已具备年产2000套的生产能力，能满足小批量配套需求，目前局部产品已配套整车示范运行，效果良好。(3)无刷直流电机驱动系统国内企业通过合理设计及改良控制技术，有效提高了无刷直流电机产品性能，根本满足电动汽车需求；已初步具有机电一体化设计能力。(4)永磁同步电机驱动系统已形成了一定的研发和生产能力，开发了不同系列产品，可应用于各类电动汽车；产品局部技术指标接近国际先进水平，但总体水平与国外仍有一定差距；根本具备永磁同步电机集成化设计

23、能力；多数公司仍处于小规模试制生产，少数公司已投资建立车用驱动电机系统专用生产线。(5)永磁电机材料永磁电机的主要材料有铉铁硼磁钢、硅钢等。局部公司掌握了电机转子磁体先装配后充磁的整体充磁技术。国内研制的钛铁硼永磁体最高工作温度可达280,但技术水平仍与德国和日本有较大差距。硅钢是制造电机铁芯的重要磁性材料，其本钱占电机本体的20%左右，其厚度对铁耗有较大影响，日本已生产出027mm硅钢片用于车用电机，我国仅开发出0.35TIm硅钢片。(6)电机控制器关键部件电机控制器用位置/转速传感器多为旋转变压器，目前根本采用进口产品，我国局部公司已具备旋转变压器的研发生产能力，但产品精度、可靠性与国外仍

24、有差距。IGBT根本依赖进口，价格昂贵，国产车用IGBT尚处于研究阶段。我国驱动电机及其控制器存在的主要问题(1)电机原材料、控制器核心部件研发能力较弱，依赖进口，如硅钢片、电机高速轴承、位置/转速传感器、IGBT模块等。进口产品本钱高，影响电机系统产业化。(2)我国车用电机的机电集成水平与国外差距较大。控制器集成度较低，体积、重量相对偏大。(3)我国车用电机系统尚处于起步阶段，制造工艺水平落后，缺乏自动化生产线，造成产品可靠性、一致性差。产业化规模较小，本钱较高。(4)现阶段国家出台的电动汽车驱动电机系统标准较少，且不完善。如：不同类型电机系统采用同一检测标准，缺乏可靠性、耐久性评价方法等。

25、我国驱动电机及其控制器存在的主要问题根本上分为三类，第一类是完全由蓄电池推进的纯电动汽车；第二类是混合动力电动汽车，它的动力来自两个途径，一个途径是由发动机提供的，另外一个途径是由电动机提供的；第三类是燃料电池电动汽车，它在驱动方面是电能驱动，但是能量的载体是燃料电池一一H2o典型的电动汽车驱动系统，由电池供电给逆变器，通常会有一个变速箱来带动整个车辆。这个控制系统带有传感器,控制器现在都开展成数字化，电动机的变化不是很多。整车控制器的开发包括软、硬件设计。核心软件一般由整车厂研发，硬件和底层驱动软件可选择由汽车零部件厂商提供。(1)国外整车控制器技术趋于成熟国外大局部汽车企业在电动汽车领域积

26、累充足，控制策略成熟度高，整车节油效果良好，控制器产品通过市场检验证实了其可靠性。(2)汽车电子零部件企业积极开展整车控制器研发和生产制造。各汽车电子零部件巨头，如德尔福、大陆、博世集团都纷纷进行整车控制器研发和生产。局部汽车设计公司也为整车厂提供整车控制器技术方案，如AV1.、FEV、RICARDo等，在电动汽车整车控制器领域也有不少成功的案例。(3)控制器日趋标准化控制器的标准化已引起相关企业的关注。由全球汽车制造商、部件供给商及电子、半导体和软件系统公司，联合建立了汽车开放系统架构联盟，形成了AUTOSAR(汽车开放系统架构)标准，简化了开发流程并使ECIJ软件具有复用性，是控制器开发的

27、一个趋势。我国整车控制器存在的主要问题(1)应用软件方面多数停留在功能实现，软件诊断功能、整车平安控制策略、监控功能均有待优化和提高。(2)我国电动汽车处于样车研发和示范运行阶段，根底数据库不完善，影响整车控制器设计水平。(3)局部企业能根据V型开发流程(一种软件和产品开发工具)引进相关的设备和软件，普遍使用通用开发工具进行二次开发；现有工具偏重于前期开发，缺少用于生产制造和售后效劳的工具，不利于产品的产业化开展。(4)国内企业能够完成整车控制器硬件结构设计，但由于我国芯片集成力量比较薄弱，制造能力较差，可靠性和稳定性仍有很大的提升空间。(5)目前各整车企业控制器接口和网络通讯协议定义互不相同

28、，造成控制器之间的通用性和复用性差，不利于控制器的产业化和规模化。2.3 国外驱动电机及其控制器的开展现状2.4 我国驱动电机及其控制器的开展现状(1)交流异步电机驱动系统我国已建立了具有自主知识产权异步电机驱动系统的开发平台，形成了小批量生产的开发、制造、试验及效劳体系；产品性能根本满足整车需求，大功率异步电机系统已广泛应用于各类电动客车；通过示范运行和小规模市场化应用，产品可靠性得到了初步验证。(2)开关磁阻电机驱动系统已形成优化设计和自主研发能力，通过合理设计电机结构、改良控制技术，产品性能根本满足整车需求；局部公司己具备年产2000套的生产能力，能满足小批量配套需求，目前局部产品已配套

29、整车示范运行，效果良好。(3)无刷直流电机驱动系统国内企业通过合理设计及改良控制技术，有效提高了无刷直流电机产品性能，根本满足电动汽车需求；已初步具有机电一体化设计能力。(4)永磁同步电机驱动系统已形成了一定的研发和生产能力，开发了不同系列产品，可应用于各类电动汽车；产品局部技术指标接近国际先进水平，但总体水平与国外仍有一定差距；根本具备永磁同步电机集成化设计能力；多数公司仍处于小规模试制生产，少数公司已投资建立车用驱动电机系统专用生产线。(5)永磁电机材料永磁电机的主要材料有被铁硼磁钢、硅钢等。局部公司掌握了电机转子磁体先装配后充磁的整体充磁技术。国内研制的铉铁硼永磁体最高工作温度可达280

30、,但技术水平仍与德国和日本有较大差距。硅钢是制造电机铁芯的重要磁性材料,其本钱占电机本体的20%左右，其厚度对铁耗有较大影响，日本已生产出0.27mm硅钢片用于车用电机，我国仅开发出0.35mm硅钢片。“863”方案中我国整车控制器主要是以高校为依托进行研究，如清华大学、同济大学、北京理工大学等，目前已初步掌握了整车控制器的软、硬件开发能力。产品功能较为完备，根本可以满足电动汽车需求，已经应用到样车及小批量产品上。局部整车企业与国外公司进行合作，如FEV、RICARD0o通过联合开发，吸收国外相关技术和经验，增强自主开发能力。目前各厂家根本掌握整车控制器开发技术，但技术积累有限，水平参差不齐。

31、我国控制器硬件水平与国外存在一定差距，产业化能力相对缺乏。大局部企业推出量产电动汽车产品时更倾向于选择国外整车控制器硬件供给商。另外，控制器根底硬件、开发工具等根本依赖进口。经过多年探索与努力，中国电动汽车电池、电机、电控三大关键技术相继取得突破。业内专家普遍认为，中国电动汽车技术群体性突破的时期已经到来，电动汽车即将大规模进入市场。目前，上海、北京、武汉等地已依托国有大型汽车企业成立了电动汽车股份制公司，这些地区正在加速建设产业基地。科技部部长徐冠华说，未来五年将努力把电动汽车推向市场，大型科研工程均以产品和企业为中心，尽快实现电动汽车的产业化。据中国国家电动车专家组组长黄佳腾介绍，电池、电

32、机、电控系统一直是制约电动汽车大规模进入市场的关键因素。近年来，中国在电动汽车整车设计、驱动系统、电池管理系统，尤其是锂离子电池、燃料电池等高性能动力电池的研制方面取得重大进展，在某些方面已处于世界领先水平。在高性能电池方面，深圳雷天绿色电动源公司开发的锂离子电池续驶能力到达三百公里，最高时速可达一百二十公里，可充电次数一千次以上，单台车电池本钱四万元左右;深圳中星汽车制造公司研制的超级纳米碳纤素电池容量是一般铅酸电池的十一倍，能量比功率可达每千克一千瓦时，充电仅需十分钟就可以完成，寿命可达十年以上，价格为锂电池的一半，体积为锂电池的三分之一，均展示出明显的商业化前景。此外，东风汽车公司与中科

33、院大连化物所联合开发的质子交换膜燃料电池、清华大学等单位开发的新型电池材料等都取得了重大突破。在电机与电控系统方面，华中科技大学开发的全数字化开关磁阻电机、中船总七一二所开发的永磁无刷电机、中国科学院北京三环通用电气公司开发出电动汽车专用的七点五千瓦轮毂电机、哈工大开发的Ev九六至十六点八千瓦多态轮毂电机，都是中国电动汽车驱动电机技术的重大突破。华中科技大学李培根教授认为，相对于西方兴旺国家传统汽车工业的巨大惯性，中国汽车工业向电动汽车转型的包袱要轻得多，实现跨越式开展的动力也强得多。他说，中国在电动汽车关键技术研究方面，与世界先进水平的差距只有八年左右，在有些领域还处于世界领先地位，赶上甚至

34、超过兴旺国家的时机和可能性很大。电动汽车在中国一直是优先开展的产业。国家高科技开展方案“八六三方案”在启动之初即安排了电动汽车专项，迄今已投入三亿多元支持多项关键技术的研究。国内外汽车制造商将很快在中国展开剧烈的电动汽车市场争夺。目前，一些中国汽车制造商已宣布了2009至2010年的电动汽车开展方案，定价区间在6万、7万元至20多万元。除在市场上已引起广泛关注的比亚迪E6、奇瑞S18车型之外，很多国内制造商也已方案在未来18个月内发布新款电动汽车车型。电动汽车驱动电机，要求启动、爬坡时高转矩，高速行驶时要求低转矩，要求变速范围大。直流有刷电机、直流永磁无刷电机、交流异步电机、磁阻电机是目前电动

35、汽车驱动电机的主流技术和首选机型，它们有一个不可避开的设备，电子控制设备和微机控制技术，这个构成了电动汽车本钱的主要部份之一和技术障碍，目前核心技术掌握在外国人手中。电动汽车驱动电机不同，其本钱也差异甚大，假设采用直流有刷电机，车载电源可直接供给电机，使用这种电机采用晶闸管式控制器斩波方式调速。目前电动汽车用直流有刷电机已经能满足电动汽车使用要求，但由于产量有限本钱很高，品种规格不多，选择余地较小，晶闸管控制器原采用外国公司如意大利和美国产品，现在可以国产化，本钱较高，同时关键元器件均采用外国公司生产和控制。假设用直流无刷电机，其必须与控制器一体制成，本钱更高。以调电源脉冲宽度来调电机转速，优

36、点是体积小，重量轻。电机能国产化，控制器的关键元器件均由国外公司生产，本钱降下来可能性不大，且目前这种电机与电动汽车一样属研发阶段形不成批量，本钱高就在情理之中。假设用交流异步电机作为电动汽车驱动电机，其优点：体积小、重量轻，国产质量不差,由于车载电源系直流电，需将电源经逆变器转换成交流电，汽车电机电压380V左右，功率在几十千瓦不等，其逆变器功率不小，本钱也不会低到哪里去，交流电机调速由变频方式调速，交流异步电机采用变频变压控制(VVVF)和磁场定向控制(FOC)也称矩量控制或解耦控制、变极控制。变频控制器国产、进口都有，但关键元器件均为进口。这一领域的应用将是未来变频器厂商关注的重点，一旦

37、以交流异步电机驱动的电动车成为主流，未来市场空间将非常巨大。记者13日在北京市121路电动公交车队总站见到，一辆辆宽敞明亮的公交车安静地停靠在车站里，如果不是车身上“电动汽车”等字样提示，谁也不会想到这些公交车是电动车。作为“科技奥运”北京电动公交车示范运营工程，121路公交车队已有4辆交流电机驱动电动公交车，运营里程最长的车辆已经到达16000多公里。“下一阶段，还将有10多辆电动车参加示范运行。”中国科学院电工研究所电动汽车工程负责人温旭辉研究员说。电动汽车是汽车工业开展的重大新技术，国际上各大汽车集团都在致力于开展这项综合技术并实现产业化。和燃料电池一样，作为电动汽车最关键的部件之一，我

38、国有关部门近年来组织力量对电机驱动系统进行研究和攻关。作为这支攻关队伍中的一支重要力量，中国科学院电工研究所电动汽车技术研究开展中心的研究人员在吸收国内外已有先进技术的根底上，结合我国国情，建立了交流异步/永磁同步电机驱动控制技术平台。为促进我国电动汽车电机驱动技术的开展，科学家还牵头编写了我国电动汽车驱动电机系统的两项国标，为推进我国电动汽车产业的开展起到重要作用。专家指出，虽然是一个具有战略意义的产业开展方向，但当前电动汽车在我国性价比还无法与传统燃油汽车相比，急需政府给予税收等政策支持。“我们的技术目前主要应用在大车示范运营上，而小轿车的应用更见真功夫。”温旭辉说，电机系统的研究目前正处

39、于工程化和产业化的关键时期，研究开展中心将进一步加快与生产型企业的结合，进一步深化电动汽车电气驱动系统的产业化开发，加速电动汽车电机驱动产品的市场化。有关专家指出，我国虽然研制出一系列具有自主知识产权的电机驱动系统，但仍然应该在技术深度、产品可靠性和耐久性方面开展深度研究和开发，建议有关部门和单位加大支持力度。其中，电动汽车用驱动电机系统的研究现状为：目前国内的车用驱动电机系统己到达了小批量生产的水平，包括上述的各种类型电机以及风冷、水冷等冷却形式，涵盖5kw180kw功率范围。局部系统指标如比功率和系统效率)到达了国际先进水平。系统中应用了矢量控制、直接转矩控制等控制方法,采用了全控型电力电

40、子器件等先进的数字处理器,总线通讯模式等控制技术,对参数辨识,效率优化,死区补偿等专门的问题开展了有针对性的研究,取得了卓有成效的成果，有一大批车辆已在城市道路上进行示范运行。目前的电动汽车电机有以下几种：(1)永磁无刷直流电机通过改变永磁直流电机的定子和转子的位置，就可以得到永磁无刷直流电机。需注意到是“直流”这个术语会引起误解，因为它并不是指直流电机，实际上它采用交流方波供电，所以也称为永磁无刷方波电机。它最大的优点是无刷，消除了电刷带来的许多问题。而且方波电流方波磁场相互作用可以产生更大的转矩。佛山照明沈大卫教授给的全称就是“永磁无刷方波力矩电机”。(2)永磁无刷同步电机用永磁材料代替传

41、统同步电机的励磁绕组，就能去掉传统的电刷、滑环和励磁绕组的铜损，由于采用正弦交流电及无刷结构，又叫永磁无刷交流电机。其优点是高能量密度和高效率，其恒功率区域有更宽的转速范围，并可以以矢量控制方法来满足电动汽车的高性能要求。如南车时代的电机。(3)异步电机驱动系统异步电机其特点是结构简单、巩固耐用、本钱低廉、运行可靠、低转矩脉动、低噪声、不需要位置传感器、转速极限高。异步电机矢量控制调速技术比较成熟，使得异步电机驱动系统具有明显的优势，因此被较早应用于电动汽车的驱动系统，目前仍然是电动汽车驱动系统的主流产品(尤其在美国)，但已被其它新型无刷永磁牵引电机驱动系统逐步取代。最大缺点是最大缺点是驱动电

42、路复杂，本钱高；相对永磁电机而言，异步电机效率和功率密度偏低。电动汽车电机最大缺点是驱动电路复杂，本钱高；相对永磁电机而言，异步电机效率和功率密度偏低。目前车用驱动电机系统尚需提高的地方(1)全运行范围内的转矩、转速控制精度,效率最优化；(2)系统可靠性及耐久性尚未得到充分验证,和汽车行业的严格要求还有一定差距；(3)动力总成装置的集成度不高,机电一体化不够；(4)关键材料(如高性能硅钢片，绝缘材料)和关键元器件(如模块，芯片)仍依靠进口，限制了选择余地和本钱降低；(5)尚未形成完整的、满足汽车工业标准的供给商体系。虽然具备了小批量供货的能力,但产品尚未通过tsl6949质量体系标准认证。今后

43、仍需要重点研究的内容为：(1)系统的集成化；(2)高性能电机控制策略，电机效率优化；(3)系统热管理；(4)系统失效模式分析，系统可靠性、耐久性预测与快速评估方法；(5)系统电磁兼容，环境适应性研究及试验验证，电机系统本钱控制等。2.5 电动汽车驱动技术国际开展趋势与工业应用相比，汽车应用是个不同的概念。工业应用空间不受限制，用标准封装模式来应用还是可行的，但是对于汽车应用来讲，空间是有限的，每一套系统都根据特定车型来订制，尤其混合动力汽车表达非常明显。在可靠性方面，工业应用可靠性很高,但是不管从哪方面讲，工业应用的等级还是不如汽车应用，因为他们的目的是不同的。在工业应用中，主要是保证应用效率

44、的可靠性，但是在汽车应用中，电动机应用系统的可靠性涉及到乘车者的平安，所以可靠性要求非常高。冷却方式上工业应用是风冷，汽车应用是水冷。控制性能方面工业应用多为变频调速控制，其动态性能差，而汽车应用里，需要精确的力矩控制，动态性能好。目前车用电驱系统的开展趋势主要有永磁化、数字化和集成化。永磁磁阻电动机效率高，比功率较大，功率因数高。数字化是电驱驱动系统的核心。电动机系统集成有两种方式，一种是电动机跟发动机结合，一种是电动机跟变速箱结合。还有一种趋势是做电力电子的集成,现在驱动控制器产品中，国际最高水平是17.2kW0采用混合电力电子集成技术，核心是采用高功能集成模块，采用新型薄膜电容一体化的技

45、术。当前中国新能源汽车中用驱动电动机和电控技术开展的现状可以这样归结：掌握了核心技术，但处于小批量生产。全世界真正做到大批量生产的只有丰田一家。从20世纪80年代开关磁阻电机驱动系统问世后，打破了传统的电机设计理论和正弦波电压源供电方式；并随着磁阻电机，永磁电机、电力电子技术和计算机技术的开展,交流电机驱动系统设计进入一个新的黄金时代；新的电机拓朴结构与控制方式层出不究，推出了新一代机电一体化电机驱动系统迅猛开展。高密度、高效率、轻量化、低本钱、宽调速牵引电机驱动系统己成为各国研究和开发的主要热点之一。SRD开关磁阻电机驱动系统的主要特点是电机结构紧凑牢固，适合于高速运行，并且驱动电路简单本钱

46、低、性能可靠，在宽广的转速范围内效率都比较高，而且可以方便地实现四象限控制。这些特点使SRD开关磁阻电机驱动系统很适合电动车辆的各种工况下运行，是电动车辆中极具有潜力的机种。SRD的最大特点是转矩脉动大、噪声大；此外，相对永磁电机而言，功率密度和效率偏低；另一个缺点是要使用位置传感器增加了结构复杂性、降低了可靠性。因此无传感器的SRD也是未来的开展趋势之一。永磁式开关磁阻电机也称为双凸极永磁电机，永磁式开关磁阻电机可采用圆柱形径向磁场结构、盘式轴向磁场结构和环形横向磁场结构。该电机在磁阻转矩的根底上迭加了永磁转矩，永磁转矩的存在有助于提高电机的功率密度和减小转矩脉动，以利于它在电动车辆驱动系统

47、中应用。转子磁极分割型混合励磁结构同步电机这一概念一提出就引起国际电工界和各大汽车公司研发中心的极大关注。转子磁极分割型混合励磁结构同步电机具有磁场控制能力，类似直流电机的低速助磁控制和高速弱磁控制，符合电动车辆牵引电机低速大力矩和恒功率宽调速的需求。目前该电机的研究处于探索阶段，电机的机理和设计理论有待于进一步深入研究与完善，作为电动车辆牵引电机具有较强的潜在的竞争优势。此外，正在研发的热点课题还有：具有磁场控制能力的永磁同步电机驱动系统；车轮电机驱动系统；动力传动一体化部件（电机、减速齿轮、传动轴）；双饿电异步电机驱动系统和双馈电永磁同步电机驱动系统。下一代汽车电子伺服系统1993年美国能

48、源部、商务部、贸易部、国防部、环保局、宇航局、国家科学基金会七个政府部门下美国三个最大的汽车制造公司，克莱斯勒、福特和通用，建立了新一代车辆伙伴关系（PNGV,PartnershipforaNewGenerationofVehicles）,目标是开发新一代机动车技术，以增强美国汽车工业的实力。1998年至2002年期间，美国国家自然科学基金（NSF）资助美国国家电力电子中心（由美国Virginia和美国WiSCOnSin等四所大学组建）研发车辆电子动力驱动系统、电子伺服控制系统和各种车辆专用IC模块，提高汽车电子电气部件的可靠性，降低其本钱和抢占车辆电气自动化技术的制高点，增强在国际市场的竞争力。线控的汽车电子伺服系统（X-by-wire）在未来将是十分重要的技术，该技术可将各种独立的系统如转向、制动、悬挂等）集成到一起由计算机调控，使汽车的操纵性、平安性以及汽车的总体结构大大改善，设计的灵活度也大大增加。目前，电子动力方向盘和线控刹车已经在一些欧洲车型上被采用，在这个系统中已经削减了相当多的机械部件，如液压泵等。汽车电子伺服技术是具有革命性的技术，随着这个技术的使用，许多传统的机械部件将会在未来的汽车上消失，而越来越多的车用伺服电机将