電動汽車電機驅(qū)動技術

第六章電動汽車電機驅(qū)動技術目前一頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點PPT模板下載：行業(yè)PPT模板：節(jié)日PPT模板：素材下載：PPT背景圖片：圖表下載：優(yōu)秀PPT下載：教程：Word教程：教程：資料下載：課件下載：范文下載：試卷下載：教案下載：PPT論壇：

6.1電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述新能源汽車與傳統(tǒng)汽車相比，有那些不同？新能源汽車一般情況下，是將驅(qū)動電機取代發(fā)動機，使用電機控制器將電能轉(zhuǎn)換為機械能來驅(qū)動汽車行駛。發(fā)動機底盤車身電器電機底盤車身電器控制器（ECU）傳統(tǒng)汽車新能源汽車目前二頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.1電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述目前三頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.1電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述新能源汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)主要由哪些部分組成？機械系統(tǒng)：機械傳動、車輪等電氣系統(tǒng)：電機、功率轉(zhuǎn)換器、電子控制器目前四頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.1電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車驅(qū)動原理分類：電動汽車：主要以動力電池為能源源、全部或部分由電機驅(qū)動的汽車。電動汽車純電動汽車（EV）混合動力電動汽車（HEV）燃料電池電動汽車（FCEV）插電式（PHEV）非插電式目前五頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.1電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述基本結構蓄電池逆變器驅(qū)動電機驅(qū)動軸目前六頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.1電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述蓄電池逆變器驅(qū)動電機驅(qū)動軸蓄電池發(fā)動機串聯(lián)式混合動力電動汽車特點：單一的動力裝置，兩個以上能量源目前七頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.1電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述串聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)示意圖目前八頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.1電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述串聯(lián)式典型車型介紹CoasterSHEV的外形目前九頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.1電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述串聯(lián)式混合動力電動汽車蓄電池逆變器驅(qū)動電機驅(qū)動軸發(fā)動機耦合器目前十頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)示意圖6.1電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述目前十一頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.1電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)組合驅(qū)動方式目前十二頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.1電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述插電式混合動力電動汽車

概念：可以利用電力網(wǎng)（包括家用電源插座）進行補充充電的混合動力電動汽車。特點：

（1）低噪音、低排放

（2）介于常規(guī)混合動力和純電動之間

（3）利用晚間“谷電”，降低使用成本

（4）動力電池需要具有深充和深放的能力目前十三頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.1電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述燃料電池電動汽車組成：燃料電池發(fā)電機、燃料儲存裝置、驅(qū)動電機、動力電池等。目前十四頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.1電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述目前十五頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點燃料電池電動汽車的基本結構6.1電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述目前十六頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.1電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述目前十七頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.1電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述帕薩特領馭燃料電動車動力源目前十八頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.1電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述控制信號流動力電源流向機械方式連接目前十九頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.1電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)概述電動汽車對驅(qū)動電機的性能要求1、體積小、重量輕2、在整個運行范圍內(nèi)的高效率3、低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩特性及寬范圍內(nèi)的恒定功率特性4、高可靠性5、低價格6、高電壓7、高轉(zhuǎn)速鋁制外殼DCDC目前二十頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.2電動汽車驅(qū)動電機電動汽車驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)是電動汽車的心臟，是把電能轉(zhuǎn)化為機械能來驅(qū)動車輛的部件。它的任務是在駕駛?cè)说目刂葡?，高效率地將動力電池的能量轉(zhuǎn)化為車輪的動能，或者將車輪上的動能反饋到動力電池中。電能和機械能的相互轉(zhuǎn)化在電機轉(zhuǎn)子和定子間的氣隙形成。

目前二十一頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點目前電動汽車常用的電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)有4種：

1）直流電機驅(qū)動系統(tǒng)，電機控制一般采用脈寬調(diào)制（PWM)控制方式。要點：電源---直流，控制方式---PWM脈寬調(diào)制勵磁方式：1.永久磁鐵2.勵磁繞組6.2電動汽車驅(qū)動電機目前二十二頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.2電動汽車驅(qū)動電機目前二十三頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.2電動汽車驅(qū)動電機目前二十四頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.2電動汽車驅(qū)動電機目前二十五頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點什么是直流電機？6.2電動汽車驅(qū)動電機定義：將直流電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的旋轉(zhuǎn)電機，它可用作電動機或發(fā)電機直流電機的用途1.作電源用——直流發(fā)電機2.作動力用——直流電動機

3.信號的傳遞作為測量元件——直流測速發(fā)電機作為執(zhí)行元件——直流伺服電動機目前二十六頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點直流電機的優(yōu)缺點優(yōu)點：直流發(fā)電機的電勢波形較好，電磁干擾較小。直流電動機的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。直流電動機過載能力較強，起動和制動轉(zhuǎn)矩較大。缺點：由于存在換向器，其制造、維護復雜，價格較高。6.2電動汽車驅(qū)動電機目前二十七頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.2電動汽車驅(qū)動電機他勵：勵磁繞組與電樞繞組無關他勵式發(fā)電機nrfI=IaIa－－電樞電流If－－勵磁電流IfIaRfRLIUEa目前二十八頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點并勵式電動機6.2電動汽車驅(qū)動電機串勵式電動機并勵：勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)

串勵：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)目前二十九頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點基本轉(zhuǎn)速ne以下為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，基本轉(zhuǎn)速ne以上為恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，勵磁電流保持不變，通過改變電樞電壓來控制轉(zhuǎn)矩。在高速恒功率區(qū)，電樞電壓不變，通過改變勵磁電流或弱磁來控制轉(zhuǎn)矩。它的這種特性很適合汽車對動力源低速高轉(zhuǎn)矩、高速低轉(zhuǎn)矩的要求，而且直流電機結構簡單，易于平滑調(diào)速，控制技技術成熟。6.2電動汽車驅(qū)動電機目前三十頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.2電動汽車驅(qū)動電機一、電流電樞繞組基本知識作用：電樞繞組——功率繞組。當電樞繞組在磁場中旋轉(zhuǎn)時將感應電勢，當電樞繞組中流通電流時，電流和氣隙磁場相互作用將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。通過電樞繞組直流電機進行電功率和機械功率的轉(zhuǎn)換。特點：直流繞組是閉合繞組。每個元件的兩端點分別連接在兩換向片上，每個換向片連接兩個元件，各元件依一定規(guī)律依次連接，形成閉合回路。目前三十一頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.2電動汽車驅(qū)動電機目前三十二頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.2電動汽車驅(qū)動電機b)idOEudwtIdOwtaqd目前三十三頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點2）交流感應電機驅(qū)動系統(tǒng)，電機控制一般采用矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制的變頻調(diào)速控制方式。3）交流永磁電機驅(qū)動系統(tǒng)，包括永磁同步電機控制系統(tǒng)和水磁光明方波電機控制系統(tǒng)，其中永磁同步電機控制一般采用矢量控制方法，永磁無刷方波電機控制方法與直流電機控制相似。4)開關磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)，電機控制一般采用模糊滑?？刂品椒ā?.2電動汽車驅(qū)動電機目前三十四頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.2電動汽車驅(qū)動電機電動汽車的電機驅(qū)動系統(tǒng)與傳統(tǒng)工業(yè)電機驅(qū)動系統(tǒng)差別較大，特點如下：

1）以電機轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速為控制目標，加速踏板、制動踏板和轉(zhuǎn)向盤的給定位置是電機轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速的目標值，要求轉(zhuǎn)矩響應快，波動小，穩(wěn)定性好。

2）要求電機具有較寬的調(diào)速范圍，最高轉(zhuǎn)速是基速的2倍以上，電機要能四象限工作。

3）為保證汽車動力性好，要求電機低速大轉(zhuǎn)矩輸出，并能具有較大的過載距力，較長的過載時間，過載系數(shù)達2倍以上，過載時間達3min以上，為保證最高車速，要求電機基速以上處于一定恒功率輸出

4），電機驅(qū)動系統(tǒng)要求有高的功率密度和寬轉(zhuǎn)速范圍高效工作區(qū)，系統(tǒng)效生大于80%的轉(zhuǎn)速區(qū)大于75%。

5）電機驅(qū)動系統(tǒng)可靠性好，電磁兼容性好，易于維護。目前三十五頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點矢量控制由于異步電機的動態(tài)數(shù)學模型是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)。上世紀60年代末由達姆斯塔特工業(yè)大學（TUDarmstadt）的K.Hasse提出矢量控制。在70年代初由西門子工程師F.Blaschke在布倫瑞克工業(yè)大學(TUBraunschweig)發(fā)表的博士論文中提出三相電機磁場定向控制方法，通過異步電機矢量控制理論來解決交流電機轉(zhuǎn)矩控制問題。矢量控制實現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉(zhuǎn)矩的目的。目前三十六頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點永磁同步電機定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯6.3永磁同步電機目前三十七頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點永磁同步電機定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯立體圖6.3永磁同步電機目前三十八頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點嵌好繞組的永磁電機定子鐵芯6.3永磁同步電機目前三十九頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點永磁同步電機的剖視圖目前四十頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.3永磁無刷直流電機（BLDC）內(nèi)定子鐵芯與外永磁轉(zhuǎn)子目前四十一頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.3永磁無刷直流電機（BLDC）有線圈的內(nèi)定子與霍爾元件目前四十二頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.3永磁無刷直流電機（BLDC）電機組合在一起的的內(nèi)定子與外轉(zhuǎn)子目前四十三頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.3永磁無刷直流電機（BLDC）八線制：控制器直流電源2根（REF+，REF-），霍爾傳感器3根

（HALL-A/B/C），電機三對繞組3根（A/B/C）目前四十四頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.3矢量控制（FOC）矢量控控制基本原理FOC控制的基本思路基：模擬直流電機的控制方法進行控制，根據(jù)線性變換以及變換前后磁勢和功率不變的原則，通過正交變換將a-b-c三相坐標下的數(shù)學模型變成α-β二相靜止坐標系（Clarke)的模型，然后通過旋轉(zhuǎn)變換將二相靜止坐標系的模型變成兩相旋轉(zhuǎn)坐標系（Park）的模型（d-q)。在α-β/d-q變換下將定子電流矢量分解成按轉(zhuǎn)子磁場定向的兩個直流分量id/iq（其中，id為勵磁電流分量、iq為轉(zhuǎn)矩電流分量）。并對其分別加以控制，控制id相當于控制磁通，控制iq相當于控制轉(zhuǎn)矩。目前四十五頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.3永磁無刷直流電機（BLDC）磁場定向控制系統(tǒng)（FieldOrientedControl），簡稱FOC矢量控制。經(jīng)過上述變換之后得到：--為勵磁電流--為勵磁電流目前四十六頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.3矢量控制（FOC）1、d、q軸是什么?d軸是電機中的直軸，q軸是交軸。是一個虛擬坐標軸（現(xiàn)實中不存在），為了便于分析。勵磁磁場和轉(zhuǎn)子磁場會存在一定的角度（功角），可以把兩個磁場相互的作用力分解垂直于磁場方向和呈90度交叉方向兩部分（就像把一個作用力分解成為X和Y軸上的分力一樣），轉(zhuǎn)子磁極的中心線作為直軸d，將垂直于d軸兩相鄰磁極間定義為q軸。目前四十七頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.3直流電動機調(diào)速依據(jù)直流電動機的轉(zhuǎn)速n和其他參量的關系可表示為

式中Ua——電樞供電電壓（V）；

Ia——電樞電流（A）；

Ф——勵磁磁通（Wb）；

Ra——電樞回路總電阻（Ω）；

Ce——電勢系數(shù)目前四十八頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.3矢量控制◆直流電機改變直流電機轉(zhuǎn)速方法有：1、電樞變阻2、電樞調(diào)壓3、改變磁通----恒功率調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速直流電機轉(zhuǎn)矩目前四十九頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點目前五十頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.3永磁無刷直流電機（BLDC）磁場定向控制系統(tǒng)（FieldOrientedControl），簡稱FOC矢量控制。經(jīng)過上述變換之后得到：--為勵磁電流--為勵磁電流目前五十一頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.3模糊控制?適用對象：

模糊控制系統(tǒng)通常適用于難以建立解釋數(shù)學模型的復雜系統(tǒng)的控制。?建立基礎：

模糊控制是以模糊集合論，模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎的一種計算機數(shù)字控制。?包含模型：

模糊控制系統(tǒng)主要包括Mamdani模糊規(guī)則控制和Takagi-Sugeno模糊模型（簡稱T-S模型）控制兩形式。目前五十二頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.3模糊控制模糊控制的基本原理模糊控制系統(tǒng)的基本原理可由圖表示，它的核心部分為模糊控制器，如圖中的虛線框中部分所示。目前五十三頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.3模糊控制模糊控制系統(tǒng)的基本算法可以概括為四個步驟：根據(jù)本次采樣得到的系統(tǒng)的輸出值，計算所選擇之系統(tǒng)的輸入變量；將輸入變量的精確值變?yōu)槟：?；根?jù)輸入變量（模糊量）機模糊控制規(guī)則，按模糊推理合成規(guī)則計算控制量（模糊量）；由上述得到的控制量（模糊量）計算精確量。目前五十四頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.3模糊控制模糊化在模糊控制系統(tǒng)的運行中，控制器的輸入、輸出值是有確定值的清晰量，而在進行模糊控制時，需要的是模糊量，因而需要轉(zhuǎn)換。把物理量的清晰值轉(zhuǎn)換成模糊語言變量值的過程叫做清晰量的模糊化。以語言變量“偏差”x為例，設x的實際取值范圍是連續(xù)值，且x∈[-6,6]。將該語言變量模糊化的過程如下：1.將連續(xù)論域X=[-6,6]離散化：N=[-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6];2.設定語言變量的語言值：NB,NM,NS,O,PS,PM,PB;3.定義好每個語言變量值，即給他們設定隸屬度函數(shù)目前五十五頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.3模糊控制隸屬度賦值表目前五十六頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.3模糊控制4.將實際值與模糊值對應：如實際值x=-6,它是離散化后論域中的點，而且故將-6模糊化NB；又如對實際值x=-0.8，將其四舍五入取整是-1，由于所以將實際值x=-0.8離散化為NS一般情況下，如果x的實際取值范圍是連續(xù)值，且x∈[a,b]，要將其轉(zhuǎn)換成[-n,n]區(qū)間的離散值y，則轉(zhuǎn)換公式為y=2n[x-(a+b)/2]/(b-a)目前五十七頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.3模糊控制對于離散化不不對稱的情況，如[-n,m]，轉(zhuǎn)換公式為y=(m+n)[x-(a+b)/2]/(b-a)?模糊控制規(guī)則模糊控制規(guī)則是由一系列if-then形式的模糊條件語句所構成，條件句中的前件為系統(tǒng)的輸入或狀態(tài)，后件是控制量。?推理機制模糊推理是指采用某推理方法，由采樣時刻的輸入和模糊控制規(guī)則導出模糊控制器控制量的輸出。常用的推理方法有：目前五十八頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.3模糊控制1.Mamdani模糊推理算法；2.Larsen模糊推理算法；3.Takagi-Sugeno模糊推理算法；4.Tsukamoto模糊推理算法；5.簡單模糊推理算法。目前五十九頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.3模糊控制前面我們提到，對多輸入多輸出（MIMO）模糊控制器，其規(guī)則庫均可以看成是多個獨立的多輸入單輸出系統(tǒng)。因而，在此只考慮MISO系統(tǒng)。不失一般性，考慮兩個輸入――一個輸出的模糊控制器。設已建立的模糊控制規(guī)則為目前六十頁\總數(shù)六十六頁\編于十七點6.3模糊控制R1：如果x是A1andy是B1，則z是C1R2：如果x是A2andy是B2，則z是C2…………Rn：如果x是Anandy是Bn，則z是