國外電動汽車電機驅動系統發展評述

王怡  胡元德  王義發  袁一    董甲瑞(清華大學北京100084)

    【摘  要】驅動電機控制系統是電動汽車的關鍵技術之一，在世界各國進行了深人廣泛的研究。文中對電動汽車的幾種交流驅動系統(永磁同步電機變頻調速系統、感應電機變頻調速系統、開關磁阻電機調速系統)進行了比較，指出其優缺點，對幾種交流驅動系統的新發展進行了評述。

1  引  言

    汽車的發展給人類生活提供了方便，但同時也加劇了全球環境的污染，使石油資源大量消耗，帶來了溫室效應。人類與環境共存和全球經濟的可持續發展使我們迫切希望尋求到一種低排放和有效利用資源的交通工具，電動汽車無疑是一種很有希望的方案之一。

    80年代以來，電動汽車的研制熱潮在全世界范圍內興起，其中在歐洲、北美和日本等地，水平較高，發展較快，正在逐步由樣車試制向小批量商業化生產的方向發展。歐洲以法國為代表，標致雪鐵龍集團生產的saxo電動車在1996年面向個人、集體和行政單位銷售。在美國，三大汽車公司采用鉛酸電池的電動汽車將于近期上市，其中包括克萊斯勒公司的epic微型貨車，福特公司的rangerev電動卡車，通用公司的s-10電動卡車和evl電動跑車。日本的豐田和本田汽車公司采用鎳氫電池的rav4 ev和honda ev也將進入北美市場。尼桑公司的prairie joyev采用鋰電池，在日本上市后也將打入美國銷售。另外，其他一些國家和地區的電動汽車研制和生產也有長足的進步。

    電動汽車的發展有賴于技術的進步，尤其是進一步提高動力系統的性能，降低其成本。目前，世界各國的電動汽車的研究重點主要集中在電池和電機驅動系統上。本文對電機驅動系統的發展狀況和趨勢進行分析和評述。

2  電動汽車對驅動系統的要求和分類

    電動汽車運行工況非常復雜，因此，對驅動系統的要求是很高的。

    (1)瞬時功率大，過載能力強，加速性能好。

    (2)調速范圍寬廣，包括恒轉矩區和恒功率區。在恒轉矩區要求低速運行時，具有大轉矩，以滿足起動和爬坡的要求；在恒功率區，要求低轉矩時，具有高的速度，以滿足汽車在平坦的路面能夠高速行駛的要求。

    (3)在整個運行范圍內，具有高的效率，以提高1次充電的續駛里程。

    (4)可靠性高，以滿足車輛的各種工況(如高低溫、壞天氣和劇烈振動等)。

    (5)價格合理，能被用戶所接受。

    各種電動汽車所要求的驅動特性如圖所示。

    目前在電動汽車中，主要的幾種驅動系統包括直流電機斬波調速系統、感應電機變頻調速系統、永磁同步電機變頻調速系統和開關磁阻電機調速系統等。直流電機由于有電刷和換向器，所以結構復雜，體積大，維護工作量大，效率低，****轉速受到限制。與直流電機相比，交流電機具有效率高、比功率大、能夠再生制動、可靠性高和維護少的優勢。因此，在電動汽車的應用中，交流電機取代直流電機已大勢所趨。

3幾種交流驅動系統的優缺點比較

目前在電動汽車中應用的幾種交流驅動系統各有千秋，如附表所示。

4  電機驅動系統的新發展

    為了進一步提高電動汽車的性能，針對驅動系統的缺點，世界各國進行了各種新技術的廣泛研究。

    (1)應用變極調速控制技術進一步提高感應電機的驅動特性。

    (2)對感應電機采用****效率控制技術，以提高汽車的續駛里程。

    (3)采用新結構永磁轉子，使永磁同步電機更適合高速的運行。

    (4)研制混合勵磁同步電機，一方面可以提高永磁電機的弱磁控制恒功率運行特性，另一方面，在混合電動汽車上，還可以作發電機使用。

    在目前的電動汽車上，變速器的應用仍很普遍。如果以上技術能夠應用，將有可能完全利用電機調速，而取消變速器，那么驅動系統的結構將得到簡化，用戶也可以駕駛更方便。

  4．1變極電機調速

    感應電機結構簡單、堅固耐用，采用矢量控制技術后，可以獲得類似直流電機調速特性，因而廣泛用于電動汽車中。但是，有的車輛需要更寬的調速范圍，或者需要電機高