第三章电动汽车动力电池和驱动电机课件.ppt

1、第三章第三章 电动汽车动力电池和驱动电机电动汽车动力电池和驱动电机o第一节第一节 电动汽车动力电池电动汽车动力电池o第二节第二节 电动汽车驱动电机电动汽车驱动电机10/22/20221第一节第一节 电动汽车动力电池电动汽车动力电池一 动力电池的分类 电动汽车使用的动力电池可以分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。1 化学电池（利用物质的化学反应发电）1)原电池，又称一次电池。指电池放电后不能用简单的充电方法使活性物质复原而继续使用的电池。2)蓄电池，又称二次电池 指电池在放电后可通过充电的方法使活性物质复原而继续使用的电池，这种充放电可以达数十次到上千次循环。如铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池

2、、锂离子电池等。3)燃料电池，又称连续电池 是指参加反应的活性物质从电池外部连续不断地输入电池，电池就连续不断地工作而提供电能。如质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、直接甲醇燃料电池、再生型燃料电池等。10/22/20222 第一节第一节 电动汽车动力电池电动汽车动力电池2 物理电池物理电池 是利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池，如太阳能电池、超级电容器、飞轮电池等。3 生物电池生物电池 是利用生物化学反应发电的电池，如微生物电池、酶电池、生物太阳电池等。迄今已经实用化的车用动力蓄电池有传统的铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池（

3、磷酸铁锂电池）。在物理电池领域中，超级电容器也应用于纯电动汽车和混合动力汽车中。生物燃料电池在车用动力中应用前景也十分广阔，以氢为燃料的燃料电池和氧化物燃料电池的研发已进入重要发展阶段。10/22/20223 第一节第一节 电动汽车动力电池电动汽车动力电池 二二 电动汽车用动力电池的性能指标电动汽车用动力电池的性能指标 电池作为电动汽车的储能动力源，在电动汽车上发挥着非常重要的作用，要评定电池的实际效应，主要是看电池的性能指标。电池的性能指标主要有电压、容量、内阻、能量、功率、输出效率、自放电率、使用寿命等，根据电池种类不同，其性能指标也有差异。1 电压电压 电压分为端电压、开路电压、额定电压

4、、放电电压和终止电压等。1）端电压是指电池正极与负极之间的电位差。2）电池在开路状态下的端电压称为开路电压，即电池在没有负载情况下的端 电压。3)额定电压是指电池在标准规定条件下工作时应达到的电压。4)放电电压是指电池接通负载后在放电过程中显示的电压；在电池放电初始的工作电压称为初始电压。5)电池在一定标准所规定的放电条件下放电时，电池的电压将逐渐降低，当电池再不宜继续放电时，电池的最低工作电压称为终止电压。10/22/20224 第一节第一节 电动汽车动力电池电动汽车动力电池2 容量容量 电池在一定的放电条件下所能放出的电量称为电池的容量。常用单位为安时(Ah)，它等于放电电流与放电时问的乘

5、积。电池的容量可以分为理论容量、实际容量、标称容量和额定容量等。1)理论容量 把活性物质的质量按法拉第电磁感应定律计算而得到的最高理论值。为了比较不同系列的电池，常用比容量的概念，即单位体积或单位质量电池所能给出的理论电量，单位为AhL或Ahkg。2)实际容量 指电池在一定条件下所能输出的电量，它等于放电电流与放电时间的乘积，单位为Ah，其值小于理论容量。3)标称容量 标称容量是用来鉴别电池的近似安时值。10/22/20225 第一节第一节 电动汽车动力电池电动汽车动力电池 4)额定容量额定容量 额定容量也称保证容量，是按国家或有关部门颁布的标准，保证电流在一定的放电条件下应该放出的最低限度的

6、容量。5)荷电状态荷电状态 荷电状态(SOC)是电池在一定放电倍率下，剩余电量与相同条件下额定容量的比值。反映电池容量的变化。SOC=1即表示电池充满状态。随着电池的放电，电池的电荷数逐渐减少，此时电池的充电状态，可以用SOC的百分数的相对量来表示电池中电荷的变化状态。一般电池放电高效率区为(50%80%)SOC。3 内阻内阻 电流流过电池内部受到的阻力，使电池电压降低，此阻力称为电池内阻。由于电池内阻作用，电池放电时端电压低于电动势和开路电压。充电时端电压高于电动势和开路电压。10/22/20226 第一节第一节 电动汽车动力电池电动汽车动力电池4 能量能量 电池的能量是指在一定放电制度下，

7、电池所能输出的电能，单位是Wh或kWh。它影响电动汽车的行驶距离。1)理论能量理论能量 理论能量是电池的理论容量与额定电压的乘积，指一定标准所规定的放电条件下，电池所输出的能量。2)实际能量实际能量 实际能量是电池实际容量与平均工作电压的乘积，表示在一定条件下电池所能输出的能量。3)比能量比能量 比能量也称质量比能量，是指电池单位质量所能输出的电能，单位是Whkg。常用比能量来比较不同的电池系统。理论比能量是指lkg电池反应物质完全放电时理论上所能输出的能量；实际比能量是指lkg电池反应物质所能输出的实际能量。电池的比能量是综合性指标，它反映了电池的质量水平。电池的比能量影响电动汽车的整车质量

8、和续驶里程，是评价电动汽车的动力电池是否满足预定的续驶里程的重要指标。4)能量密度能量密度 能量密度也称体积比能量，是指电池单位体积所能输出的电能，单位是WhL。10/22/20227 第一节第一节 电动汽车动力电池电动汽车动力电池5 功率功率 电池的功率是指电池在一定放电制度下，单位时间内所输出能量的大小，单位为W或kW。电池的功率决定了电动汽车的加速性能和爬坡能力。1)比功率 单位质量电池所能输出的功率称为比功率，也称质量比功率，单位为Wkg或kWkg。2)功率密度 单位体积电池所能输出的功率称为功率密度，也称体积比功率，单位为WL或kWL。10/22/20228 第一节第一节 电动汽车动

9、力电池电动汽车动力电池6 输出效率输出效率 动力电池作为能量存储器，充电时把电能转化为化学能储存起来，放电时把电能释放出来。在这个可逆的电化学转换过程中，有一定的能量损耗。通常用电池的容量效率和能量效率来表示。1)容量效率容量效率 指电池放电时输出的容量与充电时输入的容量之比。式中，c为电池的容量效率；C放为电池放电时输出的容量；C充为电池充电时输入的容量。影响电池容量效率的主要因素是副反应。当电池充电时，有一部分电量消耗在水的分解上。此外，自放电、电极活性物质的脱落、结块、孔率收缩等也降低容量输出。2)能量效率，也称电能效率能量效率，也称电能效率 指电池放电时输出的能量与充电时输入的能量之比

10、。式中，w为电池的能量效率；W放为电池放电时输出的能量；W充为电池充电时输入的能量。影响能量效率的原因是电池存在内阻，它使电池充电电压增加，放电电压下降。内阻的能量损耗以电池发热的形式损耗掉。10/22/20229 第一节第一节 电动汽车动力电池电动汽车动力电池7 自放电率自放电率 自放电率是指电池在存放期间容量的下降率，即电池无负荷时自身放电使容量损失的速度。自放电率用单位时间容量降低的百分数表示。式中，Ca为电池存储前的容量(Ah)；Cb为电池存储后的容量(Ah)；T为电池存储的时间，常用日、月计算。8 放电速率放电速率(放电率放电率)放电速率一般用电池在放电时的时间或放电电流与额定电流的

11、比值来表示。1)时率(时间率)电池以某种电流强度放电，放完额定容量所经过的放电时间。汽车用电池一般用20小时率容量表示。2)倍率(电流率)电池以某种电流强度放电的数值为额定容量数值的倍数。9 使用寿命使用寿命 使用寿命是指电池在规定条件下的有效寿命期限。电池的使用寿命包括使用期限和使用周期。使用期限是指电池可供使用的时间，包括电池的存放时间。使用周期是指电池可供重复使用的次数。10/22/202210第一节第一节 电动汽车动力电池电动汽车动力电池三三 电动汽车对动力电池的要求电动汽车对动力电池的要求 电动汽车对动力电池的要求主要有：(1)比能量高。为了提高电动汽车的续驶里程，要求电动汽车上的动

12、力电池尽可能储存多的能量，但电动汽车又不能太重，其安装电池的空间也有限，这就要求电池具有高的比能量。(2)比功率大。为了能使电动汽车在加速行驶、爬坡能力和负载行驶等方面能与燃油汽车相竞争，就要求电池具有高的比功率。(3)充放电效率高。电池中能量的循环必须经过充电-放电充电的循环，高的充放电效率对保证整车效率具有至关重要的作用。(4)相对稳定性好。电池应当在快速充放电和充放电过程变工况的条件下保持性能的相对稳定，使其在动力系统使用条件下能达到足够的充放电循环次数。(5)使用成本低。除了降低电池的初始购买成本外，还要提高电池的使用寿命以延长其更换周期。(6)安全性好。电池应不会引起自燃或燃烧，在发

13、生碰撞等事故时，不会对乘员造成伤害。10/22/202211 第一节第一节 电动汽车动力电池电动汽车动力电池 美国先进电池开发联合体(USABC)对电动汽车用动力电池制定的开发目标 10/22/202212 第一节第一节 电动汽车动力电池电动汽车动力电池四四 电池充放电和电池充放电和SOC估计估计1 1 电池的充电特性电池的充电特性 电池的充电方法：常规充电和快速充电两种。常规充电方法主要有恒流充电法、分段电流充电法、恒压充电法、恒压限流充电法等。快速充电方法：脉冲式充电法、变电流间歇充电法、变电压间歇充电法。2 2 电池的放电特性电池的放电特性 10/22/202213第一节第一节 电动汽车

14、动力电池电动汽车动力电池 3 电池电池SOC估计估计 电池剩余容量的多少一般用电池荷电状态(SOC)来描述。电池荷电状态是无量纲的量，既可以反映电池剩余的电量，也可以反映电池消耗的电量。电池荷电状态估算是蓄电池管理系统的核心部分，也是电池管理技术的难点之一。电动汽车电池在使用过程中表现为高度非线性，这使得准确估算蓄电池荷电状态具有很大难度。目前国内外蓄电池常用的荷电状态估计的方法主要有放电实验法、安时计量法、开路电压法、负载电压法、电化学阻抗频谱法、内阻法、线性模型法、神经网络法和卡尔曼滤波法等。10/22/202214第一节第一节 电动汽车动力电池电动汽车动力电池 五五 电池性能的检测电池性

15、能的检测 1 电池充电性能测试 充电过程中的主要检测参数有充电接受能力(充电效率)及充电最高电压等。充电效率是指电池在充电时充入电池的电能与所消耗的总电能之比，以百分数表示。充电电流的大小、充电方法、充电时的温度直接影响到充电效率。电池的耐过充能力是其充电过程中的另一个重要指标。蓄电池应具有良好的耐过充性能，即使电池处于极端充电条件下，也能拥有较为优良的使用性能。例如，对于Ni-MH电池，一般要求在l C充电率下，电池充电90min应无泄漏，充电6h内不发生爆裂。2 电池放电性能测试 电池的放电性能受放电制度的影响，放电制度主要包括放电时间、电流、环境温度及终止电压等。电池的放电方法主要分恒流

16、放电和恒阻放电两种。3 电池容量的测定；4 电池寿命的测试 ；5 电池内阻、内压的测定6 高、低环境温度下电池性能的测定；7 自放电及储存性能的测试8 安全性能测试（耐过充、过放能力的测试、短路测试、耐高温测试、钻孔 实验、机械性能、抗腐蚀性能测试）10/22/202215第一节第一节 电动汽车动力电池电动汽车动力电池 六 国内外动力电池发展现状和动向国内外动力电池发展现状和动向 1 国外动力电池发展现状和动向 （1）国外电池企业技术水平先进，尤其是动力电池一致性较好，使用寿命长，能满足整车要求，但成本较高。（2）国外电池企业与整车或零部件厂家组建合资公司，共同开发和生产动力电池及其管理系统。

17、（3）政府重视动力电池与相关材料的研发，积极投入巨资资助企业开发。（4）日本电池企业大多自筹资金投资建厂；美国电池企业大多以政府资助方式投资建厂。（5）国外相关机构和企业已启动下一代新型动力电池开发项目。10/22/202216第一节第一节 电动汽车动力电池电动汽车动力电池 2 我国动力电池发展现状我国动力电池发展现状 1）电池材料）电池材料 （1）我国动力电池主要原材料资源丰富，产业化发展有保障。（2）锂离子电池负极材料已实现国产化，产品性能居于国际先进水平。（3）磷酸铁锂材料生产企业众多，能满足动力电池使用的较少。（4）锂离子动力电池隔膜材料已研发出样品，性能有待改进。（5）镍氢电池的发泡

18、镍已经实现国产化，产品销量占世界前列。2）电池产品）电池产品 （1）锂离子电池已形成产品系列，能支持样车和示范车型配套，但距离产业化运用仍有较大差距。（2）锂离子电池的安全性能指标取得明显进步。（3）国内锂离子电池企业技术水平参差不齐，总体与国际先进水平存在一定差距，且存在差距继续扩大的趋势。（4）镍氢电池已形成产品系列，产品性能已有明显进步，部分产品可与量产车型配套。（5）国内动力电池成组技术较落后，离产业化尚有较大差距。（6）国内企业规划扩大投资，积极进行产业化准备。10/22/202217第一节第一节 电动汽车动力电池电动汽车动力电池 3）电池管理系统）电池管理系统 （1）我国在电池管理

19、系统方面已取得一定进展，产品功能较为完备，能支持示范车型配套，但尚未达到产业化程度。（2）电池和整车行业都缺乏电池管理系统设计和生产经验，且双方缺乏紧密的合作。（3）国内电池企业较少介入电池管理系统的设计和制造，一般委托专业电子公司或高校开发相关系统。（4）电池厂家对电池内部变化规律研究不够深入，缺乏数据积累，无法与设计公司进行深入沟通，影响产品性能。（5）产品功能较简单，在数据采集的可靠性、SOC的估算精度、热管理、均衡、安全管理等方面与国外存在很大差距。（6）电子元器件多为非车用级，产品电磁兼容性差，稳定性和可靠性低。4）动力电池回收与处理动力电池回收与处理 （1）车用动力电池的生产和报废

20、对环境污染的压力不断增加。（2）国内缺乏完善的回收处理体系。（3）电池梯级利用模式可能较难实施。10/22/202218第一节第一节 电动汽车动力电池电动汽车动力电池3 我国动力电池发展存在的问题我国动力电池发展存在的问题 1）电池材料电池材料 （1）磷酸铁锂材料批次稳定性差，导电性存在差异，且面临专利风险。（2）国产动力电池隔膜产业化尚待时日。（3）传统镍氢电池的贮氢材料和氢氧化镍无法完全满足动力电池要求，需要电池制造厂家后续处理。2）电池产品）电池产品 （1）磷酸铁锂电池成品率低，成本高。（2）动力电池产品一致性不好。3）生产设备）生产设备 电池与材料的生产设备厂家研发制造能力薄弱，其产品

21、难以满足动力电池及材料生产的需求。4）电池管理系统电池管理系统 （1）缺乏熟悉电池和电池管理系统的复合型专业人员。（2）系统功能简单，性能与国外存在很大差距。（3）产品工程化设计能力较弱，产品可靠性差。10/22/202219第一节第一节 电动汽车动力电池电动汽车动力电池 4 动力电池产业化发展的建议动力电池产业化发展的建议 （1）尽快实施动力电池系统产业化推进工程 （2）尽快落实电池专项突破计划 （3）完善动力电池及材料的标准体系 （4）建立适宜的产业联盟 （5）建立动力电池系统供应商准入制度第三章 电动汽车动力电池和驱动电机10/22/202220第二节第二节 电动汽车驱动电机电动汽车驱动

22、电机一一 电动汽车对驱动电机性能的基本要求电动汽车对驱动电机性能的基本要求 汽车行驶的特点是频繁地启动、加速、减速、停车等。在低速或爬坡时需要高转矩，在高速行驶时需要低转矩。电动机的转速范围应能满足汽车从零到最大行驶速度的要求，即要求电动机具有高的比功率和功率密度。电动汽车电动机应满足的主要要求可归纳为如下10个方面：1)高电压。在允许的范围内，尽可能采用高电压，可以减小电动机的尺寸和导线等装备的尺寸，特别是可以降低逆变器的成本。2)转速高。电动汽车所采用的感应电动机的转速可以达到8 000-12 000 rmin，高转速电动机的体积较小，质量较轻，有利于降低装车的装备质量。3)质量轻，体积小

23、。电动机可通过采用铝合金外壳等途径降低电动机的质量，各种控制装置和冷却系统的材料等也应尽可能选用轻质材料。4)电动机应具有较大的启动转矩和较大范围的调速性能，以满足启动、加速、行驶、减速、制动等所需的功率与转矩。5)电动汽车驱动电动机需要有45倍的过载，以满足短时加速行驶与最大爬坡度的要求，而工业驱动电动机只要求有2倍的过载就可以了。6)电动汽车驱动电动机应具有高的可控性、稳态精度、动态性能，以满足多部电动机协调运行，而工业驱动电动机只要求满足某一种特定的性能。10/22/202221第二节第二节 电动汽车驱动电机电动汽车驱动电机(7)电动机应具有高效率、低损耗，并在车辆减速时，可进行制动能量

24、回收。(8)电气系统安全生和控制系统的安全性应达到有关的标准和规定。电动汽车的各种动力电池组和电动机的工作电压可以达到300 V以上，因此必须装备高压保护设备以保证安全。(9)能够在恶劣条件下可靠工作。电动机应具有高的可靠性、耐温和耐潮性，并且运行时噪声低，能够在较恶劣的环境下长期工作。(10)结构简单，适合大批量生产，使用维修方便，价格便宜等。10/22/202222第二节第二节 电动汽车驱动电机电动汽车驱动电机二 电动汽车驱动电机的分类和特点 电机可分为交流电机、直流电机、交/直流两用电机、控制电机(包括步进、测速、伺服、自整角等)、开关磁阻电机及信号电机等多种。适用于电力驱动的电机可分为

25、：直流电机(将直流电能转换为机械能的电机)和交流电机(将交流电能转换为机械能的电机)两大类。目前在电动汽车上已应用的和有应用前景的有直流电机、交流感应(异步)电机、永磁无刷电机、开关磁阻电机等。10/22/202223第二节第二节 电动汽车驱动电机电动汽车驱动电机1 1 直流电机的特点及其性能参数直流电机的特点及其性能参数 直流电机的优点是具有优良的电磁转矩控制特性，启动转矩、制动转矩大，易于快速启动、停车；调速比较方便，调速范围宽，易于平滑调节；控制装置简单、价廉。直流电机的磁场和电枢可以分别控制，因此控制起来比较容易，而且控制性能较好。直流电机的容量范围很广，可以根据所需的转矩和最高转速来

26、选用所需要的容量。市场上有各种不同结构的直流电动机供选用，直流电机的制造技术和控制技术都较成熟，驱动系统价格较便宜。直流电机的缺点是效率较低、质量大、结构较复杂、体积大、价格贵。直流电机上有电刷、换向器等接触零件，它们容易磨损。在高速旋转时电刷与换向器之间会产生火花，严重时形成“环火”，限制了直流电动机转速的提高。在早期开发的电动汽车上多采用直流电动机，但在新研制的电动汽车上已基本不采用直流电机。根据国家标准，直流电动机的额定数据有额定容量Pe(kW)、额定电压以(V)、额定电流(A)、额定转速(r/min)、励磁方式及额定励磁电流Ife(A)及额定励磁电压Ufe(V)等。额定容量是指其轴上输

27、出的机械功率，等于额定电压与额定电流之积再乘以机械效率。10/22/202224第二节第二节 电动汽车驱动电机电动汽车驱动电机2 2 交流电机的特点及其性能参数交流电机的特点及其性能参数 交流电机可分为同步电机和异步电机两大种类，异步电机具有结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便、效率较高等优点，因此得到广泛的应用。据估计，90左右的电动机均为异步电机。在电网总负荷中，异步电机用电量占60以上。异步电机的缺点是功率因数低，运行时必须从电网吸收无功电流来建立磁场，故其功率因数小于1。大量的异步电机在电网中运行，使电网的功率因数降低，所以必须用其他的办法进行补偿。异步感应电机已经能够大批量生产，有

28、各种不同型号规格的系列产品供用户选用，其主要性能指标有额定功率、电压、电流、频率等，其定义如下：1）额定功率Pe：电动机在额定工况下运行时，轴上输出的机械功率，单位为kW。2）额定电压Ue：电动机在额定工况下运行时，加在定子绕组上的线电压，单位为V。3）额定电流：指电机工作在额定电压和额定频率下输出额定功率时，定子绕组中的电流，单位为A。4）额定频率fe：指电机所接的交流电源的频率。5）额定转速ne：指电机工作在额定电压额定频率和额定输出功率时，电机的转 速，单位为rmin。10/22/202225第二节第二节 电动汽车驱动电机电动汽车驱动电机 3 3 永磁电机的特点永磁电机的特点 根据输入电

29、机接线端的电流种类可分为永磁直流电机和永磁交流电机。由于永磁交流驱动电机没有电刷、换向器或滑环，因此也可称为永磁无刷电机。根据输入电机接线端的交流波形，永磁无刷电机可分为永磁同步电机和永磁无刷直流电机。输入永磁同步电机的是交流正弦或近似正弦坡，采用连续转子位置反馈信号来控制换向；而输入永磁无刷直流电机的是交流方波，采用离散转子位置反馈信号控制换向。永磁电机因应用永磁体，所以不用励磁，从而省去了励磁功率。永磁同步电机同步运转时，转子既无能耗，又无铁耗，因而效率提高，耗损降低，无功功率很小，其功率因数为0.95以上。其主要特点可归纳为如下四个方面：高效节能、功率因数高。一般效率达到95以上,异步电

30、机提高。1015。因永磁同步电机没有励磁功率，无功损耗很小，功率因数大于0.950.99，接近于1，系统综合节电明显。效率曲线平直。永磁同步电机效率曲线好，负载在1/4时，效率仍能达到92以上。结构简单，便于维护。与一般异步电机相同，主要由定子、转子及机壳构成，无滑环、无电刷、结构简单、寿命长、维护方便。调速精度高。永磁同步电机的转速完全与频率同步，不受电源电压和负载变化的影响。在任何情况下，永磁同步电机的转速与同步转速的误差都不大于0.25 r/min，如果误差超过0.5 r/min，就进入失步状态。10/22/202226第二节第二节 电动汽车驱动电机电动汽车驱动电机 永磁无刷直流电动机的

31、特点 永磁无刷直流电动机因为没有碳刷与换向器，所以没有维修与保养的需要；由于采用永磁转子，所以没有励磁损耗的问题。与其他电动机相比其特点有：1)低频转矩大，低速可以达到理论转矩输出；启动转矩可以达到额定转矩的两倍或更高，并且过载容量高，负载转矩变动在200以内输出转速不变。2)转速弹性大，转速范围为几十转到十万转；运转精度高，转速精度可达1/3 000转，并且不受电压与负载变动的影响。3)结构简单牢固、免维护或少维护、运转费用更低，没有保养维修的烦恼。4)永磁无刷直流电动机尺寸小、质量轻，具有很高的功率密度。5)综合效率高，明显高出有刷直流的效率及欧盟CEMED效率标准。永磁无刷直流电动机的主

32、要不足是励磁不能控制，因此永磁电动机不能得到类似于绕线直流电动机的工作特性。另外，控制系统较为复杂。10/22/202227第二节第二节 电动汽车驱动电机电动汽车驱动电机 4 4 开关磁阻开关磁阻电机的特点电机的特点 磁阻式SR(Switch Resistance)电机也叫可变磁阻式VR(Variable Reluctance)电机，随着科学技术进步，磁阻式电机的性能不断提高，其性能在较大的功率范围内已不低于其他形式的电机，并且在很多性能指标上超过了其他电机。因此，自20世纪80年代年以后，国际上掀起了开关磁阻电机研究热，并持续至今，使开关磁阻电机的应用领域不断扩大。开关磁阻电机的应用已扩展到

33、矿山机械(采煤机、输送带等)、航空发动机、电梯、电动汽车、洗衣机、食品加工机、火车空调机、织布机等领域。开关磁阻电机调速系统在一些机械中发挥出独有的优势，已难以为其他类变速传动系统所代替。1 1）磁阻电机的优势）磁阻电机的优势 （1）磁阻电机结构简单、成本低、适用于高速。其突出的优点是转子上没有任何形式的绕组，转子机械强度极高，可以用于超高速运转。在定子方面，它只有几个集中绕组，因此制造简便，绝缘容易。（2)功率电路简单可靠。因为电机只需单方向绕组电流，功率电路可以做到每相一个功率开关，从根本上避免了直通短路现象。因此开关磁阻电动机调速系统中功率电路的保护电路可以简化，既降低了成本，又具有高的

34、工作可靠性。10/22/202228第二节第二节 电动汽车驱动电机电动汽车驱动电机 （3）各相独立工作，可靠性高。从电机的电磁结构上看，各相绕组和磁路相互独立，各自在一定轴角范围内产生电磁转矩。从控制器结构上看，各相电路各自给一相绕组供电，一般也是相互独立工作。系统可构成可靠性极高的系统，可以适用于宇航等特殊场合。（4）启动电流小、转矩大。低启动电流控制器从电源侧吸收较少的电流，在电机侧得到较大的启动转矩是磁阻电机的一大特点。试验表明，启动电流为15和30额定电流时获得的。启动转矩可达额定转矩的100和150。并且启动电流小、转矩大的优点还可以延伸到低速运行段，因此开关磁阻电机很适合电动车辆等

35、需要重载启动和较长时低速重载运行的机械。（5）适用于频繁起、停及正、反向转换运行。开关磁阻电机具有低启动电流、高启动转矩的特点，使之在启动过程中电流冲击小，电动机和控制器发热较连续额定运行时还小。（6）可控参数多，调速性能好。控制开关磁阻电机的主要运行参数有相开通角、相关断角、相电流幅值及相绕组电压等。因而可控参数多，控制灵活方便。负载能力曲线。（7）损耗小，效率高。因为其转子不存在绕组铜损，加上可控参数多，灵活方便，易于在宽转速范围和不同负载下实现高效优化控制。其效率在很宽范围内都在87以上。（8）易于回收利用。定子和转子材料都是常见硅钢片。容易得到且回收利用容易。（9）高温运转性能好。由于

36、运转时转子不发热，冷却控制比较容易，可以在高温下运转。10/22/202229第二节第二节 电动汽车驱动电机电动汽车驱动电机2）开关磁阻电动机的缺点（1）转矩有脉动现象。开关磁阻电机中的磁场是跳跃性旋转的，使得开关磁阻电机输出的转速与转矩产生脉动现象。目前仅在不太宽的转速范围内，可使开关磁阻电机的脉动降低到交流感应电动机的水平，但要在较大转速范围内把脉动控制在小的范围内是非常困难的，原因是开关磁阻电机系统具有高的非线性特性。（2）振动与噪声。开关磁阻电机的转速与转矩有脉动现象，加上单边磁拉力的作用，因此一般开关磁阻电机产生的振动与噪声比其他类型的电动机大。（3）控制系统复杂。相对于其他电机的控

37、制系统而言，开关磁阻电机的控制系统复杂，开关磁阻电机必须安装位置检测器和电流检测器等总成，因而引线比其他电机要多，使得控制和接线更复杂一些。（4）脉冲电流的影响。开关磁阻电机的相电流是脉冲电流，这就会对为它供电韵直流电源也产生很大的脉冲电流。因此，功率变换器的直流电流一侧的电流波动也较灰：所以在直流线路上需要装置一个很大的滤波电容器。10/22/202230第二节第二节 电动汽车驱动电机电动汽车驱动电机三 电机驱动系统1 国外电机驱动系统发展情况国外电机驱动系统发展情况 1)美、欧国家多采用交流异步电机，主要应用于混合动力、纯电动客车。2)日本的混合动力电动轿车以永磁电机为主，驱动方式多采用传

38、统的集中驱动方式。2 我国电机驱动系统发展情况我国电机驱动系统发展情况 我国电机类型覆盖交流异步电机、永磁电机、开关磁阻电机。电机系统厂家基本具备自主研发能力，能支持整车小批量配套能力。1)交流异步电机 (1)建立了异步驱动电机系统的开发平台；(2)产品性能基本满足整车需求，应用较为广泛；(3)产品可靠性得到了初步验证。2)开关磁阻电机 (1)已形成优化设计和自主研发能力，性能基本能满足整车需求；(2)测试设备基本完备，能满足电机系统开发验证需求；(3)具备一定生产规模，基本形成电动汽车配套能力。3）无刷直流电机（1）改进系统设计，较好地抑制无刷直流电机缺陷，产品技术水平基本满足整车需求；（2

39、）初步具有机电一体化设计能力。4）永磁同步电机 （1）产品系列化，可适用于不同车型；（2）产品部分技术指标接近国际先进水平，但总体水平仍有一定差距；（3）基本具有永磁同步电机集成化设计能力；（4）多数厂家产品尚处于样件试制阶段，少数厂家产品进入小批量生产。10/22/202231第二节第二节 电动汽车驱动电机电动汽车驱动电机3 我国电机驱动系统存在的主要问题我国电机驱动系统存在的主要问题 1）电机原材料、部件研发能力较弱；2）控制器核心部件主要依赖进口；3）机电集成能力有待提升；4）制造工艺水平落后，产品可靠性、一致性差；5）产品电磁兼容水平有待提高；6）产业化规模较小，成本较高；7）电机驱动系统标准有待充实。4 我国电机驱动系统发展思路我国电机驱动系统发展思路 1）加大研发力度，提高关键部件性能，实现产品自主化；2）强化技术攻关，全面掌握机电集成技术；3）增加资金投入，提高电机驱动系统性能，促进产业化能力形成；4）完善电机驱动系统标准。第三章 电动汽车动力电池和驱动电机10/22/202232