第二章電動汽車結(jié)構(gòu)與工作原理

1、精選課件第二章電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)精選課件第一節(jié)純電動汽車的系統(tǒng)組成電動汽車系統(tǒng)可分為三個子系統(tǒng)組成電動汽車系統(tǒng)可分為三個子系統(tǒng)組成 1 1 電力驅(qū)動系統(tǒng)：（電力驅(qū)動系統(tǒng)：（1 1）電控單元（）電控單元（2 2）功率轉(zhuǎn)換器）功率轉(zhuǎn)換器 （3 3）電動機（電動機（4 4） 機械傳動裝置（機械傳動裝置（5 5） 驅(qū)動車輪驅(qū)動車輪2 2 主能源系統(tǒng)：（主能源系統(tǒng)：（1 1）主電源）主電源 （2 2）能源管理系統(tǒng)（）能源管理系統(tǒng)（3 3）充電系統(tǒng)充電系統(tǒng)3 3 輔助控制系統(tǒng)：（輔助控制系統(tǒng)：（1 1）動力轉(zhuǎn)向（）動力轉(zhuǎn)向（2 2）溫度控制（）溫度控制（3 3）輔）輔助動力供給助動力供給精選課件圖2

2、-6直流電機驅(qū)動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)示意圖第一節(jié)純電動汽車的系統(tǒng)組成精選課件圖2-7直流電機驅(qū)動系統(tǒng)工作原理示意圖第一節(jié)純電動汽車的系統(tǒng)組成精選課件圖2-8交流電機驅(qū)動系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)示意圖第一節(jié)純電動汽車的系統(tǒng)組成精選課件圖2-9交流電機驅(qū)動系統(tǒng)工作原理示意圖第一節(jié)純電動汽車的系統(tǒng)組成精選課件第二節(jié)電動汽車的電力驅(qū)動系統(tǒng)組成電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)：是能量存儲系統(tǒng)與車輪之：是能量存儲系統(tǒng)與車輪之間的紐帶，其作用是將能量存儲系統(tǒng)輸出的能量間的紐帶，其作用是將能量存儲系統(tǒng)輸出的能量( (化化學(xué)能、電能學(xué)能、電能) ) 轉(zhuǎn)換為機械能，推動車輛克服各種滾轉(zhuǎn)換為機械能，推動車輛克服各種滾動阻力、

3、空氣阻力、加速阻力和爬坡阻力，制動時動阻力、空氣阻力、加速阻力和爬坡阻力，制動時將動能轉(zhuǎn)換為電能回饋給能量儲存系統(tǒng)。將動能轉(zhuǎn)換為電能回饋給能量儲存系統(tǒng)。 現(xiàn)代電動汽車與傳統(tǒng)的燃油汽車不同，其驅(qū)現(xiàn)代電動汽車與傳統(tǒng)的燃油汽車不同，其驅(qū)動系統(tǒng)可以省去復(fù)雜笨重的機械齒輪變速機構(gòu)就能動系統(tǒng)可以省去復(fù)雜笨重的機械齒輪變速機構(gòu)就能提供滿足車輛行駛速度范圍和負(fù)載變化大的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)提供滿足車輛行駛速度范圍和負(fù)載變化大的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性。速特性。 高效率、高性能的電機驅(qū)動控制技術(shù)是電高效率、高性能的電機驅(qū)動控制技術(shù)是電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一動汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。精選課件總的來說，總的來說，電動汽車對其驅(qū)動系統(tǒng)的要求

4、如下電動汽車對其驅(qū)動系統(tǒng)的要求如下: :(1) (1) 成本成本。要求電動汽車整個系統(tǒng)與內(nèi)燃機系統(tǒng)具有同樣的。要求電動汽車整個系統(tǒng)與內(nèi)燃機系統(tǒng)具有同樣的價格水平。價格水平。(2) (2) 性能性能。啟動轉(zhuǎn)矩大，恒功率范圍寬、瞬時功率大，過載。啟動轉(zhuǎn)矩大，恒功率范圍寬、瞬時功率大，過載能力強，加速性能好。能力強，加速性能好。(3) (3) 調(diào)速范圍寬廣調(diào)速范圍寬廣。包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。 (4)(4) 最優(yōu)的能量利用率。最優(yōu)的能量利用率。在最輕重量條件下，具有電氣和在最輕重量條件下，具有電氣和機械效率的最優(yōu)，此外還要充分利用再生制動的能量。機械效率的最優(yōu)，此外還要充分利

5、用再生制動的能量。(5) (5) 安全、可靠性高安全、可靠性高，滿足車輛的各種工況，滿足車輛的各種工況( (如高低溫壞天如高低溫壞天氣和劇烈振動等氣和劇烈振動等) )。(6) (6) 重量輕、尺寸小重量輕、尺寸小，便于安裝于各種不同的車輛上。，便于安裝于各種不同的車輛上。第二節(jié)電動汽車的電力驅(qū)動系統(tǒng)組成精選課件從功能的角度看，電動汽車的電動機驅(qū)動系統(tǒng)可從功能的角度看，電動汽車的電動機驅(qū)動系統(tǒng)可分為分為電氣和機械兩大系統(tǒng)。電氣和機械兩大系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)由電動機、功率轉(zhuǎn)換器和電子控制器等電氣系統(tǒng)由電動機、功率轉(zhuǎn)換器和電子控制器等三個子系統(tǒng)組成。三個子系統(tǒng)組成。機械系統(tǒng)主要包括機械傳動裝置機械系統(tǒng)主要

6、包括機械傳動裝置( (可選可選) )和車輪。和車輪。第二節(jié)電動汽車的電力驅(qū)動系統(tǒng)組成精選課件圖2 電動汽車的電機驅(qū)動系統(tǒng)電子控制器微處理器微控制器DSP轉(zhuǎn)換器VVVFFOCMRACSTCVSCNNCFuzzy軟件硬件功率變換器電動機變速箱和差速器器件GTOBJTMOSFETIGBTMCT拓?fù)鋽夭≒WM逆變諧振CADFEMEM力熱圖解法類型DCIMSRMPMSMPMBMPMHM精選課件電動機控制器精選課件交流電機控制器控制電路主電路精選課件控制器中的CPU主控制板精選課件 采用不同的電驅(qū)動系統(tǒng)形式總體采用不同的電驅(qū)動系統(tǒng)形式總體上可分為兩種：上可分為兩種：集中驅(qū)動和車輪集中驅(qū)動和車輪獨立驅(qū)動獨立

7、驅(qū)動。集中驅(qū)動利用一個動力源通過變速器和減速器（或只通過減速器）降速增扭，最后經(jīng)差速器將驅(qū)動轉(zhuǎn)矩大致平均地分配給左右驅(qū)動半軸，可以采用前輪驅(qū)動、后輪驅(qū)動或四輪驅(qū)動的形式3，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。第三節(jié)第三節(jié) 電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式 電源電源功率轉(zhuǎn)換器功率轉(zhuǎn)換器電機電機變速器變速器差速器差速器圖圖3 3 集中驅(qū)動集中驅(qū)動精選課件車輪獨立驅(qū)動是只利車輪獨立驅(qū)動是只利用多個動力源分別驅(qū)用多個動力源分別驅(qū)動單個車輪，可以分動單個車輪，可以分為兩輪獨立驅(qū)動和四為兩輪獨立驅(qū)動和四輪獨立驅(qū)動，其結(jié)構(gòu)輪獨立驅(qū)動，其結(jié)構(gòu)如圖如圖4 4所示。所示。第三節(jié)第三節(jié) 電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式 精選

8、課件 集中驅(qū)動集中驅(qū)動獨立驅(qū)動獨立驅(qū)動成本成本較低較高體積體積笨重分散重量重量集中分散效率效率較低較高差速方式差速方式機械式電子式表1 集中驅(qū)動和車輪獨立驅(qū)動優(yōu)缺點的比較精選課件圖2-10純電動汽車傳動系統(tǒng)布置的常規(guī)形式總體可構(gòu)成不以下總體可構(gòu)成不以下6種形式上三圖為集中驅(qū)動形式，下種形式上三圖為集中驅(qū)動形式，下三圖為車輪獨立驅(qū)動形式。三圖為車輪獨立驅(qū)動形式。第三節(jié)第三節(jié) 電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式 精選課件圖2-11常規(guī)純電動汽車傳動裝置結(jié)構(gòu)圖1電機2螺栓3套筒4飛輪殼5飛輪6軸承7壓盤8離合器殼9螺栓10軸承11輸入軸12分離叉13分離套筒14離合器蓋15分離杠桿16從動盤精選課

9、件圖2-12固定速比減速器傳動系統(tǒng)(無離合器)第三節(jié)第三節(jié) 電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式 精選課件圖2-13固定速比減速器傳動系統(tǒng)(無離合器)應(yīng)用實例第三節(jié)第三節(jié) 電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式 精選課件圖2-14第三種傳動形式第三節(jié)第三節(jié) 電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式 精選課件圖2-15第三種傳動形式應(yīng)用實例第三節(jié)第三節(jié) 電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式 精選課件第三節(jié) 電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式圖2-16雙電機-固定速比變速器一體化傳動系統(tǒng)精選課件圖2-17雙電機驅(qū)動模式下的底盤結(jié)構(gòu)第三節(jié)第三節(jié) 電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式 精選課件第三節(jié) 電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式圖2

10、-18雙電機-固定速比變速器一體化輪邊驅(qū)動傳動系統(tǒng)精選課件圖2-22兩種輪轂電機驅(qū)動方式內(nèi)部示意圖a)內(nèi)轉(zhuǎn)子型b)外轉(zhuǎn)子型精選課件第三節(jié) 電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式圖2-20輪轂電機實物圖精選課件第三節(jié) 電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式圖2-19雙輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)精選課件圖2-21輪轂電機結(jié)構(gòu)圖精選課件輪轂電機的大型化較難，但是總功率依靠四臺電機分擔(dān)，可使每臺電機的容量變得小一些。圖2-23四輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)精選課件1)車輪可以實現(xiàn)車輪可以實現(xiàn)180的旋轉(zhuǎn)、橫向行駛、任意旋轉(zhuǎn)行駛。的旋轉(zhuǎn)、橫向行駛、任意旋轉(zhuǎn)行駛。2)由于可以進(jìn)行各車輪任意轉(zhuǎn)矩控制，所以使得防滑控制、制動控制等多由于可以進(jìn)行各車輪任意轉(zhuǎn)矩控制，所以使

11、得防滑控制、制動控制等多種性能得以發(fā)揮種性能得以發(fā)揮圖2-24橫向行駛和旋轉(zhuǎn)行駛示意圖(YONDEN PIVOT車型)精選課件圖2-25低車地板軸a)傳統(tǒng)有差速器的結(jié)構(gòu)b)輪轂電機驅(qū)動方式精選課件現(xiàn)代電動汽車常用的電動機驅(qū)動系統(tǒng)有四種：現(xiàn)代電動汽車常用的電動機驅(qū)動系統(tǒng)有四種：直流電機驅(qū)動系統(tǒng)直流電機驅(qū)動系統(tǒng)交流電機驅(qū)動系統(tǒng)交流電機驅(qū)動系統(tǒng)永磁無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)永磁無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)精選課件直流電機驅(qū)動系統(tǒng)采用有刷直流電機，電機控制器一般采用斬波器控制方式。它具有成本低、易于平滑調(diào)速、控制器簡單、控制相對成熟等優(yōu)點。但由于需要電刷和換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運行時有火

12、花和機械磨損，所以電機運行轉(zhuǎn)速不宜太高。是對無線電信號的干擾，這對高度智能化的未來電動汽車是致命的弱點。鑒于直流電機驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動控制器部分優(yōu)勢突出，使得直流電機驅(qū)動系統(tǒng)在當(dāng)前燃料電池電動汽車領(lǐng)域仍占有一席之地。A、直流電機驅(qū)動、直流電機驅(qū)動系統(tǒng)精選課件這種電機結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，效率比直流電機高。與永磁無刷電機、開關(guān)磁阻電機相比，成本最為低廉，但控制較為復(fù)雜。總的說來，異步電機系統(tǒng)的綜合性價比具有一定的優(yōu)勢，尤其是異步電機的高可靠性、免維護(hù)、成本低廉的優(yōu)點，使其成為電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的首選方案。B、異步電機驅(qū)動系統(tǒng)、異步電機驅(qū)動系統(tǒng)精選課件永磁無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)相比之下，效率高是其最大特點，質(zhì)量

13、輕，體積小，也無需維護(hù)。與異步電動機相比，永磁無刷電機成本較高，可靠性和使用壽命也較差，同時永磁體還存在失磁的可能。另外，制造工藝也比異步電機復(fù)雜。在控制上，由于永磁體的存在，弱磁控制有一定的難度。因此限制了這種電機系統(tǒng)在電動汽車的大量使用。C C、永磁無刷電動機驅(qū)動系統(tǒng)、永磁無刷電動機驅(qū)動系統(tǒng)精選課件該電機轉(zhuǎn)子沒有繞組做成凸極，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，快速響應(yīng)好，效率與異步電機相當(dāng)。由于轉(zhuǎn)子無繞組，該電機系統(tǒng)特別適合頻繁的正反轉(zhuǎn)及沖擊負(fù)載等工況。開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)驅(qū)動電路采用的功率開關(guān)元件較少，電路簡單，能較方便地實現(xiàn)寬調(diào)速和制動能量的反饋。因此，這種系統(tǒng)在電動汽車中亦有一定的應(yīng)用。其缺點主要在于

14、其結(jié)構(gòu)帶來的噪音和振動較大。D D、開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)精選課件精選課件精選課件電機驅(qū)動技術(shù)發(fā)展方向可以歸納如下電機驅(qū)動技術(shù)發(fā)展方向可以歸納如下: : (1) (1)由有刷直流電動機驅(qū)動向無刷化、交流化方向發(fā)展，如開由有刷直流電動機驅(qū)動向無刷化、交流化方向發(fā)展，如開發(fā)并應(yīng)用了開關(guān)磁阻電動機和永磁無刷電動機。發(fā)并應(yīng)用了開關(guān)磁阻電動機和永磁無刷電動機。 (2)(2)朝電動機與驅(qū)動器、控制器集成的機電一體化方向發(fā)展，朝電動機與驅(qū)動器、控制器集成的機電一體化方向發(fā)展，構(gòu)成智能化的驅(qū)動控制系統(tǒng)。構(gòu)成智能化的驅(qū)動控制系統(tǒng)。 (3)(3)由單個電動機驅(qū)動向兩個電動機驅(qū)動，后輪驅(qū)動向前輪驅(qū)由單個電動機驅(qū)動向兩個電動機驅(qū)動，后輪驅(qū)動向前輪驅(qū)動發(fā)展，進(jìn)而以四個電動機驅(qū)動四輪的方向發(fā)展。動發(fā)展，進(jìn)而以四個電動機驅(qū)動四輪的方向發(fā)展。 (4) (4)由帶齒輪減速器驅(qū)動向直接驅(qū)動方向發(fā)展，將外轉(zhuǎn)子電動由帶齒輪減速器驅(qū)動向直接驅(qū)動方向發(fā)展，將外轉(zhuǎn)子電動機與車輪一體化設(shè)