本书共分9章，概括介绍了世界新能源汽车产业的发展和中国新能源汽车的强劲势头和发展愿景，阐述了对汽车应用新能源的要求和分析方法，介绍了新能源的应用方式、应用理论、主要问题和解决方法等基础知识，以图文结合的方式系统介绍了现代电动汽车储能装置、驱动电机及控制系统；纯电动汽车、混合动力汽车、新氢燃料电池汽车、代用燃气汽车和醇类燃料汽车、太阳能汽车、压缩空气汽车、及其基本结构与工作原理。本书可作为汽车工程类本科、高职高专教材使用；也可做为汽车工程技术人员、新能源汽车培训教师参考用书；同时适合广大对新能源汽车技术关注的社会人士阅读。
传统汽车的动力来源于发动机， 电动汽车以电机驱动系统代替了发动机作为动力来源，电动汽车中的燃料电池电动汽车、混合动力电动汽车和纯电动汽车都需要使用电机来驱动车轮行驶。选择合适的电机是提高各类电动汽车性价比的重要途径， 因此研发或完善能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求， 并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的驱动电机显得极其重要。这也是提高电动汽车性价比而使其尽快普及应用、搞好节能减排工作的有效途径。电动汽车的动力性能取决千它的电机驱动系统的性能。
5. 1 驱动电机概述
电动汽车的电机驱动系统是车辆行驶中的主要执行机构， 是电动汽车的重要部件， 其驱动特性是汽车行驶的主要性能指标。驱动电机的作用是将电源的电能转化为机械能， 通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前电动汽车上广泛采用直流串励电机， 这种电机具有 “软＂ 的机械特性， 与汽车的行驶特性非常相符。
电动汽车电机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的， 其作用是控制电机的电压或电流， 完成电机的驱动转矩和旋转方向的控制。
5.1.1 电动汽车驱动电机的运行模式
电动汽车的驱动电机可兼作电动机和发电机运行。
1．电动模式
在电动模式时驱动电机将电能转换成机械能。
1)逆变器从电池获取功率， 电池放电。
2)电机从逆变器获取电功率。3)电机输出机械能， 电机转矩与转速同向， 电机驱动车辆。
2. 发电模式
发电模式时电机将机械能转换成电能。
1)车辆带动电机， 电机力矩与转速反向， 轴上输入机械能。
2)电机输出电能。3)逆变器输出直流电， 电池充电。
5.1. 2 电动汽车驱动电机的种类与工业用电机的区别
电动汽车的驱动电机通常要求能适应汽车的频繁起动／停车、加速／减速， 低速或爬坡时要求高转矩， 高速行驶时要求低转矩， 并且要求变速范围大， 而工业电机通常优化在额定的 工作点， 因此用于电动汽车的驱动电机与常规的工业电机不同。电动汽车驱动电机比较独特， 应单独归为一类， 对它们在负载、技术性能和工作环境等方面有着特殊的要求。电动汽车驱动电机与工业用电机的区别如下：
1)电动汽车驱动电机需要有4 ~5倍的过载， 以满足短时加速或爬坡的要求；而工业电机只要求有2倍的过载即可。
2)电动汽车的最高转速要求达到在公路上行驶时基本速度的4 ~5倍；而工业电机只需要达到恒功率时基本速度的2倍。
3)电动汽车驱动电机需要根据车型和驾驶人的驾驶习惯设计；而工业电机只需根据典型的工作模式设计。
4)电动汽车驱动电机要求有高的功率密度和好的效率图（在较宽的转速范围和转矩范围内都有较高的效率），从而能够降低车重， 延长续驶里程；而工业电机通常对功率密度、效率和成本进行综合考虑， 在额定工作点附近对效率进行优化。
5)电动汽车驱动电机要求工作可控性高、稳态精度高、动态性能好；而工业电机只有某一种特定的性能要求。
6)电动汽车驱动电机被装在机动车上， 空间小， 工作在高温、坏天气及频繁振动等恶劣环境下；而工业电机通常在某一个固定位置工作。
要使电动汽车具有良好的使用性能， 驱动电机应具有较宽的调速范围及较高的转速、足够大的起动转矩， 还要具有体积小、质量小、效率高、动态制动性强和能量回馈的性能。目前在电动汽车上巳应用的和有应用前景的电机有直流电机、交流电机、永磁无刷电机和开关磁阻电机。还有不少研究机构正在研究超导电机在电动汽车上的应用。表5-1为现代电动汽车用驱动电机的性能比较。
表5-1 现代电动汽车用驱动电机的性能比较
5.1. 3 电动汽车驱动电机的要求
电动汽车上使用的电机个数很多，种类也不尽相同，可以说电机及其控制器是电动汽车的心脏。根据电动汽车电机是否直接用于驱动电动汽车行驶，可以将其分为驱动电机和辅助电动机。
驱动电机及其控制系统（电机驱动系统）是电动车中最为关键的系统，其类型和运 行性能决定了电动车的运行性能。驱动电机的功能是在驾驶人的操作下，能够按照驾驶人的意图高效地将电能转化为电动汽车车轮的动能，或者相反，将电动汽车车轮动能转化为电能。
非驱动电机辅助电动汽车安全可靠地运行，并改善乘坐的舒适度。例如，散热风扇保证控制器或其他部件在适宜运行的工况下，稳定可靠地运行；电动转向泵使车辆转向更加灵敏安全；电控空调系统控制电动汽车内温度，在炎炎夏日给人带来清凉。可以说，非驱动电机也是电动汽车中必不可少的部件，没有非驱动电机，电动汽车的安全可靠运行和舒适乘坐将难以保证。
由于电动汽车本身的特殊性，对电机也提出了特殊的要求。主要包括：安全性好，可靠 性高，稳定性强，寿命长，价格低，体积小，质量小，效率高。驱动电机作为动力源，安装在机动车上，处于空间小、温差变化大、振动剧烈的恶劣环境中，必须满足各种路况要求：
1)在市区行驶时，需要频繁地起动、停车、加速、减速，因此要求电动汽车的驱动电机有很好的转矩控制动态性能。
2)在市区和市郊两种不同工况行驶时，电动汽车驱动电机的速度、转矩变化范围比较大，这要求驱动电机既要工作在恒转矩区，又要运行在恒功率区。恒转矩运行满足起动和爬坡，恒功率区运行用来满足高速行驶。
3)由于电动汽车车载能源的限制，目前无论是纯电动汽车还是燃料电池电动汽车，车载能源是其续驶能力的关键制约因素，因此要求电动汽车驱动电机能够在大范围内保持高效率运行，尽可能地提高其功率密度。这与一般工业电动机所要求的在额定功率附近高效运行不同。
4)减小驱动电机的重量、体积，增加与车体的适配性，减小了整车的总重量，扩大了车体可利用空间，增加了乘坐的舒适性。
5) 由于汽车本身运行环境的恶劣，GB/T18488. 1-2006 规定在大气环境温度在－20' ~ 400'C时，电机及其控制器能按规定的定额运行。事实上，汽车本身运行的环境比这个更恶劣。电动汽车的驱动电机应考虑汽车本身行驶的区域环境，如热带气候、雨雪天气、不同海拔等。
6)瞬时功率高，有一定的过载能力，电动汽车的驱动电机要求有4 ~5倍的过载能力，以满足加速和爬坡的需要，这高千工业要求的2倍过载能力。此外，电机的可靠性要好，需要有一定的抗振能力。
7)驱动电机应重量小、体积小、成本低，而且还应考虑产品的实用性，应易于产业化，而且便于拆卸维修。
8)电动汽车的驱动系统必须符合车辆电气控制系统的安全性标准和电气安全标准。
5.1. 4 电动汽车电机驱动系统的基本组成
电动汽车的驱动系统包括电机驱动系统与机械传动机构两大部分。电机驱动系统的基本组成如图5-1所示。它主要由电机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源（蓄电池组）等组成。电机一般要求具有电动与发电两项功能，即有四象限运行特性，按其类型可选用直流、交流、永磁无刷或开关磁阻等几种电机。功率转换器按所选电机类型，有DC/DC功率变换器、DC/AC功率变换器等形式，其作用是按所选电机驱动电流要求。将蓄电池的直流电转换为相应电压等级的直流、交流或脉冲电源。各种检测传感器主要有电压、电流、速度、转矩以及温度等检测反馈，其作用是为提高和改善电机的调速特性。对永磁无刷电机或开关磁阻电机，还要求有电机转角位置检测。由于所选电机类型不同。其控制驱动方式也不同，具体将在后述各节针对电机类型再作详细介绍。控制器是按驾驶人操纵档位杆、加速踏板和制动踏板等输入的前进、倒退、起步、加速、制动等信号，以及各种检测传感器反馈的信号，通过运算、逻辑判断、分析比较等适时向功率转换器发出相应的指令，使整个驱动系统有效运行。
图5-1 电动机驱动系统的基本构成图
本文摘编自《新能源汽车技术概论》，机械工业出版社出版，经出版方授权发布。
本书可作为汽车工程类应用型本科及高职高专院校的教材；也可作为汽车工程技术人员、新能源汽车培训教师参考用书；同时适合广大对新能源汽车技术关注的社会人士阅读。
本书由厦门大学嘉庚学院李艳菲、郑伟编著。在本书的编写过程中，编著者做了大量考察研究，参阅引用了一些参考文献中的内容，在此向相关资料的作者致以诚挚的谢意。
来源：汽车测试网
