劉芳 易念慈

（天津清源電動車輛有限責(zé)任公司）

電氣驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的核心，主要由驅(qū)動電機、功率轉(zhuǎn)換器和電子控制器3個子系統(tǒng)構(gòu)成，驅(qū)動電機將電能轉(zhuǎn)換為機械能；功率轉(zhuǎn)換器在驅(qū)動和能量再生過程中，對能量源和電機之間的能量流進行調(diào)節(jié)；電子控制器包括傳感器、電氣連接電路和微處理器，實現(xiàn)信號采集、轉(zhuǎn)換、傳輸和處理。相關(guān)組件的配合組成了電氣驅(qū)動系統(tǒng)，文章將主要分析電動汽車電氣驅(qū)動技術(shù)的特點，重點探究電氣驅(qū)動技術(shù)在電動汽車中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢[1]。

1 驅(qū)動電機特點及其分類

電動汽車對驅(qū)動電機系統(tǒng)的要求至少包括：

1）基速以下輸出大轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)車輛起動、加速、負(fù)荷爬坡、頻繁起停等復(fù)雜工程；

2）基速以上為恒功率運行，以適應(yīng)最高車速、超速等要求；

3）全轉(zhuǎn)速運行范圍內(nèi)的效率最優(yōu)化，以提高車輛的續(xù)航能力；

4）結(jié)構(gòu)堅固、體積小、質(zhì)量輕、良好的環(huán)境適應(yīng)性和可靠性；

5）低成本及大批量生產(chǎn)能力。

電動汽車最早采用了直流電機系統(tǒng)，特點是成本低、控制簡單，但質(zhì)量大，需要定期維護。隨著電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機控制技術(shù)的發(fā)展，包括異步電機及永磁電機在內(nèi)的交流電機系統(tǒng)體現(xiàn)出比直流電機系統(tǒng)更加優(yōu)越的性能。目前已經(jīng)逐步取代了直流電機控制系統(tǒng)，尤其是得益于設(shè)計方法、開發(fā)工具及永磁材料的不斷進步，用于驅(qū)動的永磁同步電機得到了飛速發(fā)展。

電動汽車中常用的交流電機主要有異步、永磁和開關(guān)磁阻三大類型，其特點，如表1所示[2]。

表1 直流有刷、異步、永磁和開關(guān)磁阻電機的特點

其中，異步電機主要應(yīng)用在純電動汽車（包括轎車及客車），永磁同步電機主要應(yīng)用在混合動力汽車上，開關(guān)磁阻電機目前主要應(yīng)用在客車上。由于其具有高效、高功率密度的特點，目前在混合動力轎車中采用的基本都是永磁同步電機。日本豐田公司的普銳斯(PRIUS)采用的永磁同步電機功率達(dá)到了50 kW，新配置的SUV車型所用的電機功率已經(jīng)達(dá)到了123 kW。與普通工業(yè)用驅(qū)動電機系統(tǒng)及通用變頻器不同，電動汽車用驅(qū)動電機系統(tǒng)的特點是高性能、高功率密度、高可靠性，低成本、低污染和良好的環(huán)境適應(yīng)性。

2 我國驅(qū)動電機及其控制器的現(xiàn)狀

2.1 交流異步電機驅(qū)動系統(tǒng)

我國已建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)異步電機驅(qū)動系統(tǒng)的開發(fā)平臺，形成了小批量生產(chǎn)的開發(fā)、制造、試驗及服務(wù)體系，產(chǎn)品性能基本滿足整車需求，大功率異步電機系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類電動客車，通過示范運行和小規(guī)模市場化應(yīng)用，產(chǎn)品可靠性得到了初步的驗證。

2.2 開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)

開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)簡單、堅固，轉(zhuǎn)子上沒有繞組、磁鋼或滑環(huán)，可以高速運行，效率較高。既具有異步電機矢量控制系統(tǒng)的高效率、高可靠性，又具有直流調(diào)速系統(tǒng)的良好控制特性，但開關(guān)磁阻電機具有嚴(yán)重的非線性特征。因此，很多工作集中于非線性基礎(chǔ)上的電磁轉(zhuǎn)矩和鐵耗的精確求解上，對于開關(guān)磁阻電機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速控制，一般在低速時采用電流斬波控制，以獲得恒轉(zhuǎn)矩的特性；在高速時，采用角度位置控制。

開發(fā)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)已經(jīng)形成了優(yōu)化設(shè)計和自主研發(fā)的能力，通過合理設(shè)計電機結(jié)構(gòu)，改進控制技術(shù)，產(chǎn)品性能基本滿足整車的需求。部分公司已經(jīng)具備年產(chǎn)2 000套的生產(chǎn)能力，能滿足小批量配套需求，目前部分產(chǎn)品已配套整車示范運行，效果良好。

2.3 無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)

近年來，電動汽車應(yīng)用方波驅(qū)動的無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)已經(jīng)越來越多。國內(nèi)企業(yè)通過合理設(shè)計及改進控制技術(shù)，有效提高了無刷直流電機產(chǎn)品的性能，基本滿足了電動汽車的需求，并且已經(jīng)初步形成了具有機電一體化的設(shè)計能力。

2.4 永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)

永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)已經(jīng)形成了一定的研發(fā)和生產(chǎn)能力，開發(fā)了不同系統(tǒng)的產(chǎn)品，可以應(yīng)用于各類電動汽車，產(chǎn)品部分技術(shù)指標(biāo)接近國際先進水平，但總體水平與國外還有一定的差距。部分公司掌握了電機轉(zhuǎn)子磁體先裝配后充磁的整體充磁技術(shù)。國內(nèi)研制的釹鐵硼永磁體最高工作溫度可以達(dá)到280℃，但技術(shù)水平仍與德國和日本有較大的差距。硅鋼是制造電機鐵芯的重要磁性材料，其成本占電機本體的20%左右，其厚度對鐵耗有較大的影響，日本已經(jīng)生產(chǎn)出了0.27 mm的硅鋼片用于車用電機。

3 電動汽車驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展趨勢

相比于工業(yè)應(yīng)用，對于汽車應(yīng)用來講，空間是有限的，每一套系統(tǒng)都要根據(jù)特定的車型來定制，尤其是混合動力汽車體現(xiàn)的非常明顯。在可靠性方面，工業(yè)應(yīng)用的可靠性很高，但是不管從哪方面講，工業(yè)應(yīng)用的等級還是不如汽車應(yīng)用，因為他們的目的是不同的。在工業(yè)應(yīng)用中，主要是保證應(yīng)用效率的可靠性，但是在汽車的應(yīng)用中，電機應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性涉及到乘車者的安全，所以可靠性要求非常高。冷卻方式上，工業(yè)應(yīng)用是風(fēng)冷，汽車應(yīng)用是水冷?？刂菩阅芊矫?，工業(yè)應(yīng)用多為變頻調(diào)速控制，其動態(tài)性能較差，而汽車應(yīng)用里，需要精確的力矩控制，動態(tài)性能好。目前，車用電驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是永磁化、數(shù)字化和集成化。永磁磁阻電機效率高、功率較大、功率因數(shù)高。數(shù)字化是電氣驅(qū)動系統(tǒng)的核心。

電機系統(tǒng)集成主要有2種方式，一種是電機跟發(fā)動機結(jié)合；另一種是電機與變速器結(jié)合。還有一種趨勢是做電力電子的集成，現(xiàn)在驅(qū)動控制器，國際最高水平是17.2 kW。采用混合電力電子集成技術(shù)，核心是采用高功能的集成模塊，采用新型薄膜電容一體化的技術(shù)。

4 我國電動汽車的未來趨勢

4.1 我國電動汽車發(fā)展的政策性建議

電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，除了技術(shù)上的突破，還需要國家政策上的支持。對車企的生產(chǎn)研發(fā)和市場化進行政策性的指導(dǎo)和推動，國家應(yīng)制定明確的電動汽車發(fā)展目標(biāo)，讓企業(yè)真正看到政府長期發(fā)展電動汽車的決心，真正看到市場。

電動汽車過去沒有規(guī)模，相關(guān)零部件配套體系不健全。要建立完善的配套體系，我國可以采用以市場為導(dǎo)向，整車和零部件企業(yè)緊密合作，政府積極扶持的三位一體方式給予推動，盡快實現(xiàn)電動汽車的產(chǎn)業(yè)化。另外，政府還可以建立一套綜合的、可操作性的經(jīng)濟獎勵和懲罰制度，對企業(yè)生產(chǎn)電動汽車給予財政補貼，在交通領(lǐng)域給電動技術(shù)一定特權(quán)等。

采用稅收優(yōu)惠、政策補貼等措施鼓勵消費者的消費行為。對于一個普通消費者來說，價格是決定是否購買電動汽車的關(guān)鍵因素。在這種情況下，就需要發(fā)揮政府行為的主導(dǎo)作用，引導(dǎo)和鼓勵電動汽車的消費。對于購買電動汽車者，我國政府可以在車輛購置稅等方面有所減免。地方政府和環(huán)保局可以按照車輛配置，給每輛電動汽車實施一定的獎勵。此外，實施差異化的燃油稅，降低車輛的使用成本，也能刺激消費者購買和使用電動汽車。

對指定的政策進行監(jiān)督和反饋。我國電動汽車產(chǎn)業(yè)化的政策相對滯后，一些部門間，工作的協(xié)調(diào)和銜接上不夠順暢，導(dǎo)致了政策沒有連續(xù)性。因此，政府有必要對相關(guān)政策的實施情況進行監(jiān)督，并對結(jié)構(gòu)進行及時的反饋。

4.2 我國電動汽車的發(fā)展戰(zhàn)略

我國電動汽車的發(fā)展戰(zhàn)略，必須要著眼于解決實際問題，力求取得實效。既要有利于能源安全和環(huán)境要求，還要在經(jīng)濟上擁有競爭力。可分為下述3個戰(zhàn)略階段。

第1階段：實現(xiàn)混合動力電動汽車規(guī)模商業(yè)化，形成氫能燃料電池和蓄電池動力系統(tǒng)成熟成套技術(shù)。

第2階段：燃料電池電動汽車和純電動汽車具備商業(yè)競爭力，開始規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用；

第3階段：以氫能燃料電池為核心的電動汽車逐步上升為主導(dǎo)型，制氫方式逐步多元化和便利化，并向可再生源制氫轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)新能源的電氣化。

5 結(jié)語

隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)進步，自然資源供給能力與生態(tài)環(huán)境承載能力的矛盾逐漸加劇，按照傳統(tǒng)的大量耗費不可再生自然資源和破壞生態(tài)環(huán)境的經(jīng)濟增長模式將難以為繼。與此同時，在交通能源的戰(zhàn)略領(lǐng)域中，一些關(guān)鍵核心技術(shù)，如電動汽車已經(jīng)開始取得革命性的突破，作為核心技術(shù)的電氣驅(qū)動自然成為了重中之重。面對巨大的市場需求，我國電動汽車技術(shù)和產(chǎn)業(yè)研究人員，應(yīng)該抓住機遇、迎難而上，力爭做創(chuàng)新篇章的領(lǐng)導(dǎo)者。