电动汽车电机驱动技术课件.ppt
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1、第六章 电动汽车电机驱动技术1PPT课件PPT模板下载: 6.1 电动汽车电机驱动系统概述新能源汽车与传统汽车相比,有那些不同?新能源汽车与传统汽车相比,有那些不同?新能源汽车一般情况下,是将驱动电机取代发动机,使用电机控新能源汽车一般情况下,是将驱动电机取代发动机,使用电机控制器将电能转换为机械能来驱动汽车行驶。制器将电能转换为机械能来驱动汽车行驶。发动机发动机底盘底盘车身车身电器电器电机电机底盘底盘车身车身电器电器控制器控制器(ECUECU)传统汽车传统汽车新能源汽车新能源汽车2PPT课件6.1 电动汽车电机驱动系统概述3PPT课件6.1 电动汽车电机驱动系统概述新能源汽车电机驱动系统主要
2、由哪些部分组成?新能源汽车电机驱动系统主要由哪些部分组成?机械系统:机械传动、车轮等机械系统:机械传动、车轮等电气系统:电机、功率转换器、电子控制器电气系统:电机、功率转换器、电子控制器4PPT课件6.1 电动汽车电机驱动系统概述电动汽车驱动原理分类:电动汽车驱动原理分类:电动汽车电动汽车:主要以动力电池为能源源、全部或部分由电机驱动的汽车。:主要以动力电池为能源源、全部或部分由电机驱动的汽车。电动汽车电动汽车纯电动汽车(纯电动汽车(EV)混合动力电动汽车(混合动力电动汽车(HEV)燃料电池电动汽车(燃料电池电动汽车(FCEV)插电式(插电式(PHEV)非插电式非插电式5PPT课件6.1 电动
3、汽车电机驱动系统概述基本结构基本结构蓄电池蓄电池逆变器逆变器驱动电机驱动电机驱动轴驱动轴6PPT课件6.1 电动汽车电机驱动系统概述蓄电池蓄电池逆变器逆变器驱动电机驱动电机驱动轴驱动轴蓄电池蓄电池发动机发动机串联式混合动力电动汽车串联式混合动力电动汽车特点:单一的动力装置,两个以上能量源特点:单一的动力装置,两个以上能量源7PPT课件6.1 电动汽车电机驱动系统概述串联式驱动系统示意图串联式驱动系统示意图8PPT课件6.1 电动汽车电机驱动系统概述串联式典型车型介绍串联式典型车型介绍Coaster SHEVCoaster SHEV的外形的外形9PPT课件6.1 电动汽车电机驱动系统概述串联式混
4、合动力电动汽车串联式混合动力电动汽车蓄电池蓄电池逆变器逆变器驱动电机驱动电机驱动轴驱动轴发动机发动机耦合器耦合器10PPT课件并联式驱动系统示意图并联式驱动系统示意图6.1 电动汽车电机驱动系统概述11PPT课件6.1 电动汽车电机驱动系统概述并联式驱动系统组合驱动方式并联式驱动系统组合驱动方式12PPT课件6.1 电动汽车电机驱动系统概述插电式混合动力电动汽车插电式混合动力电动汽车 概念:概念:可以利用电力网(包括家用电源插座)进行补充充电可以利用电力网(包括家用电源插座)进行补充充电的混的混合动力电动汽车。合动力电动汽车。特点:特点:(1 1)低噪音、低排放)低噪音、低排放 (2 2)介于
5、常规混合动力和纯电动之间)介于常规混合动力和纯电动之间 (3 3)利用晚间)利用晚间“谷电谷电”,降低使用成本,降低使用成本 (4 4)动力电池需要具有深充和深放的能力)动力电池需要具有深充和深放的能力13PPT课件6.1 电动汽车电机驱动系统概述燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车组成:组成:燃料电池发电机、燃料储存装置、驱动电机、动力电池等。燃料电池发电机、燃料储存装置、驱动电机、动力电池等。14PPT课件6.1 电动汽车电机驱动系统概述15PPT课件燃料电池电动汽车的基本结构燃料电池电动汽车的基本结构6.1 电动汽车电机驱动系统概述16PPT课件6.1 电动汽车电机驱动系统概述17PPT课件
6、6.1 电动汽车电机驱动系统概述帕萨特领驭燃料电动车动力源帕萨特领驭燃料电动车动力源18PPT课件6.1 电动汽车电机驱动系统概述控制信号流控制信号流动力电源流向动力电源流向机械方式连接机械方式连接19PPT课件6.1 电动汽车电机驱动系统概述电动汽车对驱动电机的性能要求电动汽车对驱动电机的性能要求1 1、体积小、重量轻、体积小、重量轻2 2、在整个运行范围内的高效率、在整个运行范围内的高效率3 3、低转速大转矩特性及宽范围内的恒定功率特性、低转速大转矩特性及宽范围内的恒定功率特性4 4、高可靠性、高可靠性5 5、低价格、低价格6 6、高电压、高电压7 7、高转速、高转速铝制外壳铝制外壳DCD
7、CDCDC20PPT课件6.2 电动汽车驱动电机 电动汽车电动汽车驱动电机及其控制系统驱动电机及其控制系统是电动汽车的是电动汽车的心脏心脏,是把,是把电能转化电能转化为机械能为机械能来驱动车辆的部件。它的任务是在驾驶人的控制下,来驱动车辆的部件。它的任务是在驾驶人的控制下,高效率高效率地地将动力电池的能量转化为车轮的动能,或者将将动力电池的能量转化为车轮的动能,或者将车轮上的动能反馈到动力车轮上的动能反馈到动力电池电池中。电能和机械能的相互转化在电机转子和定子间的气隙形成。中。电能和机械能的相互转化在电机转子和定子间的气隙形成。21PPT课件 目前电动汽车常用的电机及其驱动控制系统有目前电动汽
8、车常用的电机及其驱动控制系统有4 4种:种:1 1)直流电机驱动系统,电机控制一般采用脉宽调制()直流电机驱动系统,电机控制一般采用脉宽调制(PWM)PWM)控制方控制方式。式。要点:要点:电源电源-直流,控制方式直流,控制方式-PWM-PWM脉宽调制脉宽调制励磁方式:励磁方式:1.1.永久磁铁永久磁铁 2.2.励磁绕组励磁绕组6.2 电动汽车驱动电机22PPT课件6.2 电动汽车驱动电机23PPT课件6.2 电动汽车驱动电机24PPT课件6.2 电动汽车驱动电机25PPT课件什么是直流电机?什么是直流电机?6.2 电动汽车驱动电机l定义:将直流电能和机械能相互转化的旋转电机,定义:将直流电能
9、和机械能相互转化的旋转电机,它可用作电动机或发电机它可用作电动机或发电机直流电机的用途直流电机的用途1.作电源用作电源用直流发电机直流发电机 2.作动力用作动力用直流电动机直流电动机 3.信号的传递信号的传递作为测量元件作为测量元件直流测速发电机直流测速发电机作为执行元件作为执行元件直流伺服电动机直流伺服电动机26PPT课件直流电机的优缺点直流电机的优缺点q优点:优点:直流发电机的电势波形较好,电磁干扰较小。直流发电机的电势波形较好,电磁干扰较小。直流电动机的调速范围宽广,调速特性平滑。直流电动机的调速范围宽广,调速特性平滑。直流电动机过载能力较强,起动和制动转矩较大。直流电动机过载能力较强,
10、起动和制动转矩较大。q缺点缺点:由于存在换向器,其制造、维护复杂,价格较高。由于存在换向器,其制造、维护复杂,价格较高。6.2 电动汽车驱动电机27PPT课件6.2 电动汽车驱动电机他励:他励:励磁绕组与电枢绕组励磁绕组与电枢绕组无关无关他励式发电机他励式发电机n rfI=I=I Ia aI Ia a电枢电流电枢电流I If f励磁电流励磁电流I If fI Ia aR Rf fR RL LI IU UE Ea a 28PPT课件fIfRUaIaEI并励式电动机并励式电动机6.2 电动汽车驱动电机fCRUaIInaEfI串励式电动机串励式电动机并励:并励:励磁绕组与电枢绕组励磁绕组与电枢绕组并
11、联并联 串励:串励:励磁绕组与电枢绕组励磁绕组与电枢绕组串联串联29PPT课件 基本转速基本转速ne以下为恒转矩区,基本转速以下为恒转矩区,基本转速ne以上为恒功率区。在恒以上为恒功率区。在恒转矩区,励磁电流保持不变,通过改变电枢电压来控制转矩。在高速转矩区,励磁电流保持不变,通过改变电枢电压来控制转矩。在高速恒功率区,电枢电压不变,通过改变励磁电流或弱磁来控制转矩。它恒功率区,电枢电压不变,通过改变励磁电流或弱磁来控制转矩。它的这种特性很适合汽车对动力源低速高转矩、高速低转矩的要求,而的这种特性很适合汽车对动力源低速高转矩、高速低转矩的要求,而且直流电机结构简单,易于平滑调速,控制技技术成熟
12、。且直流电机结构简单,易于平滑调速,控制技技术成熟。6.2 电动汽车驱动电机30PPT课件6.2 电动汽车驱动电机一、电流电枢绕组基本知识一、电流电枢绕组基本知识作用:作用:电枢绕组电枢绕组功率绕组功率绕组。当电枢绕组在磁场中旋转时将感。当电枢绕组在磁场中旋转时将感应电势,当电枢绕组中流通电流时,电流和气隙磁场相互作用将应电势,当电枢绕组中流通电流时,电流和气隙磁场相互作用将产生电磁转矩。产生电磁转矩。通过电枢绕组直流电机进行电功率和机械功率的通过电枢绕组直流电机进行电功率和机械功率的转换转换。特点:特点:直流绕组是闭合绕组直流绕组是闭合绕组。每个元件的两端点分别连接在两换。每个元件的两端点分
13、别连接在两换向片上,每个换向片连接两个元件,各元件依一定规律依次连接,向片上,每个换向片连接两个元件,各元件依一定规律依次连接,形成闭合回路。形成闭合回路。31PPT课件6.2 电动汽车驱动电机32PPT课件6.2 电动汽车驱动电机b)idOEudwtIdOwtaqd33PPT课件2 2)交流感应电机驱动系统,电机控制一般采用矢量控制或直接转矩)交流感应电机驱动系统,电机控制一般采用矢量控制或直接转矩控制的变频调速控制方式。控制的变频调速控制方式。3 3)交流永磁电机驱动系统,包括永磁同步电机控制系统和水磁)交流永磁电机驱动系统,包括永磁同步电机控制系统和水磁光明方波电机控制系统,其中永磁同步
14、电机控制一般采用矢量控制光明方波电机控制系统,其中永磁同步电机控制一般采用矢量控制方法,永磁无刷方波电机控制方法与直流电机控制相似。方法,永磁无刷方波电机控制方法与直流电机控制相似。4)4)开关磁阻电机驱动系统,电机控制一般采用模糊滑模控制方开关磁阻电机驱动系统,电机控制一般采用模糊滑模控制方法。法。6.2 电动汽车驱动电机34PPT课件6.2 电动汽车驱动电机电动汽车的电机驱动系统与传统工业电机驱动系统差别较大,特点如下:电动汽车的电机驱动系统与传统工业电机驱动系统差别较大,特点如下:1 1)以电机转矩或转速为控制目标,加速踏板、制动踏板和转向盘的给定位置是)以电机转矩或转速为控制目标,加速
15、踏板、制动踏板和转向盘的给定位置是电机转矩或转速的目标值,要求转矩响应快,波动小,稳定性好。电机转矩或转速的目标值,要求转矩响应快,波动小,稳定性好。2 2)要求电机具有较宽的调速范围,最高转速是基速的)要求电机具有较宽的调速范围,最高转速是基速的2 2倍以上,电机要能四象限倍以上,电机要能四象限工作。工作。3 3)为保证汽车动力性好,要求电机低速大转矩输出,并能具有较大的过载距力,)为保证汽车动力性好,要求电机低速大转矩输出,并能具有较大的过载距力,较长的过载时间,过载系数达较长的过载时间,过载系数达2 2倍以上,过载时间达倍以上,过载时间达3min3min以上,为保证最高车速,以上,为保证
16、最高车速,要求电机基速以上处于一定恒功率输出要求电机基速以上处于一定恒功率输出4 4),电机驱动系统要求有高的功率密度和宽转速范围高效工作区,系统效生大),电机驱动系统要求有高的功率密度和宽转速范围高效工作区,系统效生大于于80%80%的转速区大于的转速区大于75%75%。5 5)电机驱动系统可靠性好,电磁兼容性好,易于维护。)电机驱动系统可靠性好,电磁兼容性好,易于维护。35PPT课件矢量控制 由于异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多由于异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。上世纪变量系统。上世纪6060年代末由达姆斯塔特工业大学(年代末由达姆斯塔特工
17、业大学(TU DarmstadtTU Darmstadt)的的K.HasseK.Hasse提出矢量控制。在提出矢量控制。在7070年代初由西门子工程师年代初由西门子工程师F.BlaschkeF.Blaschke在布在布伦瑞克工业大学伦瑞克工业大学(TU(TU BraunschweigBraunschweig)发表的博士论文中提出三相电机磁发表的博士论文中提出三相电机磁场定向控制方法,通过异步电机场定向控制方法,通过异步电机矢量控制矢量控制理论来解决交流电机转矩控理论来解决交流电机转矩控制问题。制问题。矢量控制实现的基本原理矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机是通过测量和控制异步电动
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