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<    據(jù)中汽協(xié)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2012年我國(guó)新能源汽車產(chǎn)量為12552輛，其中純電動(dòng)汽車11241輛、插電式混合動(dòng)力汽車1311輛。全年銷售新能源汽車12791輛，包括純電動(dòng)汽車11375輛、插電式混合動(dòng)力汽車1416輛。而2012年純電動(dòng)汽車產(chǎn)銷量分別比上年增長(zhǎng)98.8%和103.9%，業(yè)內(nèi)認(rèn)為這是新能源車長(zhǎng)期向好的標(biāo)志。

    我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展迅速，目前已成為全球汽車制造業(yè)第一大國(guó)。新能源汽車電子技術(shù)作為汽車工業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一，正越來(lái)越多地受到各整車企業(yè)的重視，也為我國(guó)汽車工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了新的發(fā)展動(dòng)力和契機(jī)。突破新能源汽車電子關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于打破國(guó)外供應(yīng)商在新能源汽車核心零部件的壟斷，提升我國(guó)自主品牌汽車競(jìng)爭(zhēng)力，具有重要的戰(zhàn)略意義。

    為解決技術(shù)瓶頸，支撐新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，工業(yè)和信息化部從電控關(guān)鍵技術(shù)入手，通過(guò)電子發(fā)展基金設(shè)立“新能源汽車電子控制系統(tǒng)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目，投資總額近2億元，重點(diǎn)突破了動(dòng)力總成控制系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，研制出相應(yīng)產(chǎn)品，取得積極成果，并形成產(chǎn)業(yè)化能力。

    電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)是由兩部分組成——電機(jī)、控制器，控制器是電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)核心部分?？刂破魇怯呻娏﹄娮悠骷ㄈ鏘GBT功率模塊）構(gòu)成的逆變器、逆變驅(qū)動(dòng)器、電源模塊、中央控制模塊、信號(hào)檢測(cè)模塊、軟啟動(dòng)模塊、保護(hù)模塊、機(jī)械結(jié)構(gòu)、散熱系統(tǒng)等構(gòu)成。

    一、電機(jī)及控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

    1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)是新能源車三大核心部件之一。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是新能源汽車車輛行使中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)特性決定了汽車行駛的主要性能指標(biāo)，它是電動(dòng)汽車的重要部件。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器、控制器、各種檢測(cè)傳感器以及電源等部分構(gòu)成。

    典型的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由電池供電給逆變器，通常會(huì)有一個(gè)變速箱來(lái)帶動(dòng)整個(gè)車輛。這個(gè)控制系統(tǒng)帶有傳感器，控制器現(xiàn)在都發(fā)展成數(shù)字化，電動(dòng)機(jī)的變化不是很多。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)其主要功能是使電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，并將能量傳遞到車輪使車輛行駛。
 
    新能源汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)主要分為交流異步電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)三種。電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)集成有兩種方式，一種是電動(dòng)機(jī)跟發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合，一種是電動(dòng)機(jī)跟變速箱結(jié)合。還有一種趨勢(shì)是做電力電子的集成，現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)控制器產(chǎn)品中，國(guó)際最高水平是17.2 kW。采用混合電力電子集成技術(shù)，核心是采用高功能集成模塊，采用新型薄膜電容一體化的技術(shù)。
圖1 電機(jī)控制系統(tǒng)
 
      2、電機(jī)本體結(jié)構(gòu)及各類型對(duì)比

    （1）電機(jī)本體機(jī)構(gòu)

    以三相異步電動(dòng)機(jī)為例說(shuō)明

    定子部分：1）定子鐵心：由導(dǎo)磁性能很好的硅鋼片疊成——導(dǎo)磁部分；2）定子繞組：放在定子鐵心內(nèi)圓槽內(nèi)——導(dǎo)電部分；機(jī)座：固定定子鐵心及端蓋，具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。
定子部分：1）轉(zhuǎn)子鐵心：由硅鋼片疊成，也是磁路的一部分；2)轉(zhuǎn)子繞組；a鼠籠式轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子鐵心的每個(gè)槽內(nèi)插入一根裸導(dǎo)條，形成一個(gè)多相對(duì)稱短路繞組；b繞線式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子繞組為三相對(duì)稱組，嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)。

    氣隙：異步電動(dòng)機(jī)的氣隙是均勻的，大小為機(jī)械條件所能允許達(dá)到的最小值。
 
 
  圖2 電機(jī)體體主要部件拆分圖（以三相異步電動(dòng)機(jī)為例）

    （2）電機(jī)分類及其對(duì)比分析

    電動(dòng)汽車動(dòng)力總成由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電源系統(tǒng)組成。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)尤其是驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能決定了電動(dòng)車的動(dòng)力性能，屬電動(dòng)車的核心部件；電源系統(tǒng)的性能決定了電動(dòng)車的續(xù)駛里程、運(yùn)行成本、推廣應(yīng)用價(jià)值。因此，研制高性能的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電源系統(tǒng)是突破電動(dòng)汽車技術(shù)的關(guān)鍵。

    目前，國(guó)內(nèi)外用于電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有交流異步感應(yīng)電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、永磁同步電機(jī)。分別介紹如下：

    ①交流異步電機(jī)

    交流異步電機(jī)是矢量控制技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了交流電機(jī)的變頻控制，解決了交流電機(jī)控制難的問(wèn)題，顯示了交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、可靠性高、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、噪聲小、轉(zhuǎn)速高、體積小、易維護(hù)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也使交流電機(jī)具有了類似于直流電機(jī)的優(yōu)良性能。交流電機(jī)是目前技術(shù)相對(duì)較成熟的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，但交流電機(jī)輕載效率低，解決電池向電機(jī)大電流供電以提高運(yùn)行效率，并保持矢量控制下的快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)是需要進(jìn)一步解決的技術(shù)難題。

    ②永磁同步電機(jī)

    永磁電機(jī)主要指三相永磁同步電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)。永磁電機(jī)在各類驅(qū)動(dòng)電機(jī)中，具有功率密度高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。但由于永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子為永磁體，無(wú)法調(diào)節(jié)，必須通過(guò)調(diào)節(jié)定子電流、增加定子電流去磁分量來(lái)削弱磁場(chǎng)，這就使定子電流增大，銅耗增加。同時(shí)，磁性能受溫度、振動(dòng)等因素的影響，如果工作范圍選擇不當(dāng)，存在高溫退磁，電機(jī)運(yùn)行有失步現(xiàn)象。過(guò)載能力受控制器的限制，電機(jī)制造工藝需深入探索、磁鋼價(jià)格較高等都是需要從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破的關(guān)鍵。由于我國(guó)占有全世界80%的稀土資源，隨著銣鐵錋材料性能的研究提高，以及電機(jī)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的不斷完善和制造成本的不斷下降，永磁電機(jī)的應(yīng)用前景會(huì)逐步好轉(zhuǎn)。

    為了充分發(fā)揮永磁電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，克服其缺點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了永磁混合電機(jī)的研制，從原理上主要有①永磁和磁阻混合：把永磁嵌入轉(zhuǎn)子的磁回路中，永磁電機(jī)同時(shí)產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩和同步磁阻；另一類是把永磁體和開(kāi)關(guān)磁阻結(jié)構(gòu)結(jié)合，產(chǎn)生另一種永磁和磁阻混合電機(jī)，即雙凸電機(jī)。其具有高功率密度、高效率和寬轉(zhuǎn)速范圍調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。②永磁轉(zhuǎn)矩和磁滯轉(zhuǎn)矩組合：其結(jié)構(gòu)是把永磁體嵌入磁滯環(huán)內(nèi)表面的槽中，這種電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩高、運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲低。另一種是把永磁體置于轉(zhuǎn)子內(nèi)，直流勵(lì)磁繞組放在定子上，通過(guò)控制勵(lì)磁電流的大小和方向，很容易調(diào)節(jié)電機(jī)氣隙磁通，以得到滿足電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)要求的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性。

    ③開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)

    開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)由電磁阻電機(jī)和開(kāi)關(guān)電路控制器組成的機(jī)電一體化的新型調(diào)速電機(jī)。它由可變磁阻步進(jìn)電機(jī)直接衍生而來(lái)。電機(jī)工作時(shí)，依次使定子線圈中的電流導(dǎo)通或截止，電流變化形成的磁場(chǎng)吸引轉(zhuǎn)子的凸極而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組、磁鋼或滑環(huán)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可在較寬轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)高效運(yùn)行，可靠性高，啟動(dòng)和調(diào)速性好，控制簡(jiǎn)單，成本低。但該類電機(jī)磁極端部嚴(yán)重磁飽和以及溝槽的邊緣效應(yīng)，使其設(shè)計(jì)和控制都非常困難，且轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大、噪聲大、需要位置傳感器檢測(cè)等，使該類電機(jī)的應(yīng)用受到很大的限制。

    ④各類電機(jī)性能比較

    針對(duì)上述3 類驅(qū)動(dòng)電機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，美國(guó)、歐洲多數(shù)國(guó)家傾向于采用交流電機(jī)；日本多采用無(wú)刷直流永磁電機(jī)；德國(guó)、英國(guó)著力開(kāi)發(fā)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)和電動(dòng)汽車相關(guān)企業(yè)多以技術(shù)相對(duì)成熟的交流電機(jī)配置為主，并同時(shí)在研制永磁電機(jī)方面仍做著努力。從發(fā)展趨勢(shì)看，交流電機(jī)和永磁電機(jī)將成為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的兩大主流。

    表1 各類電機(jī)性能比較