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新能源电机网(新能源汽车驱动电机的基本知识)

1.驱动电机系统?

通过有效的控制策略将动力蓄电池提供的直流电转化为交流实现电机的正转以及反转控制。在减速/制动时将电机发出的交流电转化为直流电,将能回收给动力蓄电池或者提供给超级电容等储能设备供给二次制动使用。

2.驱动电机?

将电能转换成机械能为车辆行驶提供驱动力的电气装置,该装置也具备机械能转化成电能的功能。

3.驱动电机控制器

控制动力电源与驱动电机之间能量传输的装置,由控制信号口电路、驱动电机控制电路和驱动电路组成。

4.直流母线?

电压驱动电机系统的直流输入装置。

5.额定电压?

直流母线的标称电压。

6. 最高工作电压?

直流母线电压的最高值。

7.输入输出特性

表示驱动电机、驱动电机控制器或驱动电机系统的转速、转矩,电流等参数间的关系。功率、效率、电压、降价能艳一 障假电机。

8.持续转矩?

规定的最大、长期工作的转矩。

9.持续功率

规定的最大、长期工作的功率。

10. 工作电压范围?

能够正常工作电压范围。

11.转矩-转速特性?

转速特性一般是形容频率的曲线,转矩特性是确定电压上升的该驱动电机可以达到的并可以短时工作而不出现故障的最大转矩值曲线。

12.峰值转矩电机

伴积认当机械设备转速为零(堵转) 时的转矩。

13. 堵转转矩

功率大 效亮高。

14.最高工作转速?

达到最高功率而呈现出来的最高速度。

电动汽车对驱动电机的特性要求有哪些?与传统工业驱动电机不同,电动汽车的驱动电机通常要求能够频繁的起动/停车、加速减速,低速/爬坡时要求高转矩、高速行驶时要求低转矩并要求变速范围大。

电动汽车对驱安知动运转名定二年量功率察度二座童动电机的要求可归纳如下:为了充分利用有限的车载空间,减小车辆质量,降低运行中的能量消耗,应尽量减小驱动电机的体积和质量。驱动电机可以采用铝合金外壳,各种控制装置和冷却系统等也要求尽可能轻量化和小型化。

1.高功率密度、轻量化在允许的范围内尽可能采用高电压,可以减小驱动电机的尺寸和控制器、导线等设备的尺寸,特别是可以降低逆变器的成本。

2.全速段高效运行-次充电续航里程长,特别是在车辆频繁起停或变速运行的情况下,驱动电机应具有较高的效率。

3.低速大转矩及高速宽调速即使没有变速器,驱动电机本身应能满足所需的转矩特性,以获得在起动、加速、行驶、减速、制动等各种运行工况下的功率和转矩要求。

驱动电机应具有自动调速功能,可以减轻驾驶人的操作强度,提高驾驶的舒适度,并且能够达到与传统内燃机汽车同样的控制响应。与低速电动机相比,高转速驱动电机的体积和质量较小,有利于降低整车装备的质量舒适度高

4。高可靠性,在任何运行工况下驱动电机都应具有高可靠性,以确保车辆的行驶安全。

5.安全性能,动力蓄电池组、驱动电机等强电部件的工作电压能达到 300V 以上,对电气系统的安全性和控制系统的安全性提出了更高的要求,新能源汽车驱动电机必须符合相关车辆电气控制的安全性能标准和规定。

6.低成本、低噪声为降低新能源汽车的使用成本,驱动电机的使用寿命应和车辆保持一致,真正实现节能环保的目标。同时驱动电机还要求具有耐温和耐潮性能好、运行噪声低、结构简单、成本低、适合批量生产,使用维护方便等特点。

7.能量回收。能量回收系统对于提高电动汽车的能量利用率具有重要意义。对驱动电机及电机控制器要求较高。

问题引导2:

驱动电机主要分为哪几类?

驱动电机可分为两大类,即有刷电动机和无刷电动机。习惯上将有换向器的直流动机简称为直流电动机。

由于技术成熟、控制简单,直流电动机曾在电力驱动领域有着突出的地位。实际上各类直流电动机包括 (串励、并励、他励) 和永磁直流电动机都曾在电动汽车上得到应用,但其电刷和换向器需要经常维护、可靠性低,正在被交流无刷电动机取代。

无换向器电动机包括异步电动机、永磁同步电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机等。

无换向器电动机在效率、功率密度、运行成本、可靠性等方面明显优于传统的直流电动机,因此在现代电动汽车中获得广泛应用。驱动电机分类如下:

永磁直流电动机有刷电动机串励直流电动机直流电动机、并励直流电动机他励直流电动机笼型异步电动机绕线转子电励磁式无刷电动机、同步电动机、永磁同步磁阻式永磁无刷电动机开关磁阻电动机。

问题引导 3:

新能源汽车驱动电机如何选择?

选择新能源汽车驱动电机的关键是电动机的机械特性。

至今为止电动汽车采用的驱动电机主要包括:直流电动机、交流异步电动机、永磁同步电动机、直流无刷电动机和开关磁阳电动机。关于机械特性可以用转矩-转速特性和功率-转速特性曲线来表示,并可作为选择电动机的参考依据。

在选择新能源汽车的驱动电机时可以向电动机生产厂家提出所需要的各种性能参数,以作为电动机设计的依据。实际上大多数情况下是新能源汽车制造商根据电动机生产厂家提供的技术性能参数选择现成的电动机。

可供电动汽车选用的电动机种类繁多,功率范围很厂新能源汽车对于驱动电机的调速范围、可靠性、在恶劣环境下的工作能力等方面有比较高的要求。

1.额定电压的选择电动机电压的选择主要依据车辆总体参数的要求来设计,车辆的自重、蓄电池等相关数确定后,才能确定电动机的由压,转速等参救,即当车辆自重确定后,蓄电池的个数就确定了,电动机的电压等级也随之确定。

但总体要求是:尽可能提高电压等级,这样就可以使电动机在满足驱动要求的情况下,使电动机的功率小一些,电动机的电流也小一些,这样蓄电池的容量选择、安装空间、安装方式等就更容易处理。

2.额定转速的选择根据电动汽车的速度、动力性能的要求,需要选择不同转速的驱动电机。

(1)低速电动机?

低速电动机的转速为 3000 ~6000r/min,扩大的恒功率区的低速电动机额定转矩高、转子电流大、电动机的尺寸和质量较大,且相应的转换器、控制器的尺寸也较大,各种电器的损耗较大,但减速器的速比较小。

一般低速电动机的转动惯量大、反应慢,不太适用于电动汽车。

(2)中速电动机

中速电动机的转速为 6000 ~10000r/min,它的各种参数介于低速电动机和高速电动机之间。

(3)高速电动机?

高速电动机的转速为 10000~15000r/min,扩大的恒功率区宽,尺寸和质量较小,相应的转换器和控制器的尺寸也较小,各种电器内在的损耗较小。但其减速器的速比要大大增加,通常需要采用行星齿轮传动机构。

高速电动机的使用主要受电磁材料的性能、高速轴承的承载能力的限制。一般高速电动机的转动惯性小、起动快、停止也快,电动汽车常采用高速电动机作为驱动电机。

新能源汽车电机驱动系统有什么作用

电机与控制器在电能与机械能的转换过程中,部分电能会损耗成为热能释放。对于新能源汽车,驱动电机作为动力源,控制器提供能量转换,缺一不可。两者的热管理系统则主要对其冷却,使其能够安全可靠运行。

电机热管理3个方法

电机及其电控热管理的主要任务是分析电机内部的产热机理,设计冷却系统对其进行降温,保证电机及电控系统处于合适的温度范围内。目前电机冷却系统主要有空冷、液冷及其他冷却方式,液冷又分为水冷和油冷。

有研究者设计了一种新型的混合型电机冷却系统,冷却系统包括热管、铜管水套、风扇,风扇可以加速带走冷凝端的热量,如下图所示。这种被动式和主动式相结合的冷却系统,可以设计有效的控制策略以优化冷却系统的能耗。对电机冷却系统的热特性进行了试验和数值研究。结果发现,对于250 VA的热负荷,在保证运行工况的前提下,采用混合冷却策略可节省33%的功耗。

图新型混合型电机冷却系统(更正:图中“电池”更正为“铜管水套”)

1、风冷

采用风冷的优点是结构简单、不需要设计独立的冷却零件、维护方便及成本低,缺点是冷却效果较差。为保证足够的散热量需求,驱动电机与控制器需要增大与气流的接触面积,导致电机和控制器体积和成本的增加;驱动电机和控制器在车辆上使用时对应的工况较为复杂,风冷无法在各工况下保持所需的散热量,故仅在热负荷小的小型车驱动电机或辅助电机采用风冷。

气体冷却方式的结构简单、制造成本低。KONDO M等对永磁同步电机设计了一个冷却系统,在轴承四周布置了环形冷却腔以隔绝电机内部的热空气,在电机轴承的外侧安装了带槽的小圆盘,通过风扇实现强迫对流。结果表明,该结构增强了电机的冷却性能,且平均能耗也有所减少。

2、油冷 日系车型的电机则能够采用ATF(自动变速器油)作为冷却介质,与冷却液相比,油冷电机体积更小,前机舱布置较为紧凑。

3、水冷 液体具有更高的比热,且可以根据需要主动调节系统温度,故而液冷具有更好的稳定性。对于新能源汽车的驱动电机和控制器等元件,采用液冷可以迅速带走热量,实现温度的快速降低,提高电机和控制器的效率和寿命。现阶段新能源汽车电机和控制器普遍使用液冷冷却。

液体冷却方式因其优异的换热性能,而广受关注,主要研究热点是电机外壳水套的结构设计及水道的设计。田玉冬等对一台额定功率为21 kW的电动车的永磁同步电机优化设计了一种C型环槽水路结构,并运用有限元数值计算的方法,对电机水冷系统及电机内部的三维温度场进行了计算分析。研究结果显示,转子区域内温度分布均匀,最高温度集中于磁钢中部;定子区域内绕组端部的温度高于中部温度。丁杰等对电动车用高功率密度的永磁同步电机螺旋水路的进出口水管布置方式进行了分析。仿真计算表明,进出水管切向于水路方式比进出水管法向于水路方式的压降损失要小,降低了10.7%。通过压降、表面散热系数与散热面积的综合分析,最终确定了最优化的水路结构设计方案。

电机热管理控制策略

电子水泵控制

电子水泵根据电机系统各发热零部件的冷却需求对水泵转速进行调节。电子水泵通常是PWM控制,其控制曲线如图2所示。

图2? 电机电子水泵PWM曲线

前水泵满足下述条件中任意一条即开始工作:①前电机检测温度达到T3;②前电机控制器检测温度达到T3;③发电机检测温度达到T3;④发电机控制器检测温度达到T3。

随着上述零部件的工作温度的上升,前水泵开度开始增大,直到前电机、前电机控制器、发电机、发电机控制器中任何一个零件温度达到T4,后水泵开启到100%(全开);当检测到上述全部零部件最高温度回落到T2时,前水泵开度开始逐步减小,直到全部零部件最高温度达到T

1,水泵停止工作。

后水泵满足下述条件中任意一条即开始工作:①后电机检测温度达到T3;②后电机控制器检测温度达到T3;③OBC检测温度达到T3;④DC-DC检测温度达到T3。

随着上述零部件的工作温度的上升,后水泵开度开始增大,直到后电机、后电机控制器、OBC、DC/DC中任意一个零件温度达到T4,后水泵开启到100%(全开);当检测到上述全部零部件最高温度回落到T2时,后水泵开度开始逐步减小,直到全部零部件最高温度达到T1,水泵停止工作。

2、电子三通阀控制

电子三通阀可以实现一进两出的功能。连接液路1是常开状态,连接液路2是切换状态。根据电机系统中各零部件工作情况不同,对其状态进行控制。控制策略如表1所示。

表1? 电子三通阀控制条件

需要注意的是,满足常开条件中任何一个条件,电子三通阀即保持常开状态;只有满足常闭的所有条件时,电子三通阀才切换状态。

3、电子风扇控制

电子风扇的控制与传统车类似,电子风扇采用PWM控制调节档位,初始设计3个档位。其控制逻辑主要涉及OBC、压力传感器、空调系统压力等信号,混合动力车型还涉及发动机(或增程器)冷却液温度信号。

电机热管理系统设计注意点

1、控制器温度需求普遍低于电机,在管路连接上,将控制器置于电机前端;2、DC/DC和OBC工作条件和发热量对冷却液温度升高程度影响较小,管路连接时可置于控制器前端串联,或并联于前端管路上以减小其流量;

3、电子水泵根据液路的总液阻和液流量要求选取合适的产品,布置时将水泵布置在回路中位置较低的地方;4、根据需要选择控制元件电子三通阀和电子四通阀;5、因电机的工作效率也会受到低温影响,可在管路中设计电子三通阀模拟节温器的功能,在寒冷工况使冷却液不经过散热器,为电机保温;6、电机散热器对冷却风温度需求与冷凝器接近,如果可以分开布置在最前端,则分开布置;如不能,因冷凝器为电池提供冷却,可将冷凝器置于最前,适当加大散热的面积;7、设计膨胀水箱解决加注和除气的问题,机舱空间紧张时可与电池膨胀水箱合一使用,在通气管路中设计毛细管,减少冷却液的交换。

太平洋汽车网电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构,驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件(电池、电机、电控)之一,其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标,它是电动汽车的重要部件。

电动汽车中的燃料电池汽车FCV、混合动力汽车HEV和纯电动汽车EV三大类都要用电动机来驱动车轮行驶,选择合适的电动机是提高各类电动汽车性价比的重要因素,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、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。

驱动电机系统是新能源车三大核心部件之一。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构,其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标,它是电动汽车的重要部件。电动汽车的整个驱动系统包括电动机驱动系统与其机械传动机构两个部分。电机驱动系统主要由电动机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源等部分构成。

电机是应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械,用于实现电能向机械能的转换。运行时从电系统吸收电功率,向机械系统输出机械功率。电机驱动系统主要由电机、控制器(逆变器)构成,驱动电机和电机控制器所占的成本之比约为1:1,根据设计原理与分类方式的不同,电机的具体构造与成本构成也有所差异。电机的控制系统主要起到调节电机运行状态,使其满足整车不同运行要求的目的。

(图/文/摄:太平洋汽车网问答叫兽)