廣告
新能源汽車電機(jī)驅(qū)動技術(shù)
2020-05-31 23:27:49· 來源：新材料在線、車聯(lián)新生態(tài)、一覽眾車
前天來源 |新材料在線、車聯(lián)新生態(tài)、一覽眾車知圈 |進(jìn)動力電池測試社群，請加微15221054164，備注測試傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動力由發(fā)動機(jī)提供，而今天說的新能源汽車，具
傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動力由發(fā)動機(jī)提供，而今天說的新能源汽車，具體到產(chǎn)品層面，就是電機(jī)驅(qū)動的汽車，其上位概念是機(jī)動汽車。機(jī)動汽車是相對人力（蓄力）車輛而言的概念。目前已經(jīng)是電動的機(jī)動車輛主要有無軌電車和有軌電車。發(fā)動機(jī)驅(qū)動力的傳統(tǒng)汽車向電機(jī)驅(qū)動的汽車發(fā)展是一大趨勢。目前發(fā)展趨勢有五個基本特征：“電動化、輕量化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化”，即“五化”?；蛘哒f，汽車未來發(fā)展是一個“5維”空間。
一、汽車“5維”空間的基本內(nèi)容
(a)電動化是“5維”空間的第一維，是最基礎(chǔ)的。大力發(fā)展電動化技術(shù)，實現(xiàn)純電動（EV）、插電混動（PHEV）、混動（HEV）、燃料電池（FCV）汽車的并行發(fā)展；
(b)提高動力電池比能是一個長期的任務(wù)，要求整車輕量化是必然的。主要工作有：加快新材料、新工藝的應(yīng)用和優(yōu)化設(shè)計，積極推進(jìn)高性能鋁合金、鎂合金等材料的應(yīng)用和碳纖維車身一體化的設(shè)計，是當(dāng)下十分重要的工作；
(c)智能化和網(wǎng)聯(lián)化，整車在端、管、云模塊發(fā)力。打造支持綜合業(yè)務(wù)、個性化定制的5G核心業(yè)務(wù)+開放式車聯(lián)網(wǎng)平臺系統(tǒng)，才能追趕上汽車發(fā)展潮流；
(d)共享化,整車企業(yè)圍繞研發(fā)、生產(chǎn)、營銷以及服務(wù)四方面展開數(shù)字共享技術(shù)的全面研發(fā)，以支持后續(xù)的出行服務(wù)，適宜汽車轉(zhuǎn)型的要求。
二、電動化基本點是電機(jī)驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用
汽車是載客（運貨）的移動工具之一。電氣化火車的驅(qū)動已經(jīng)是電機(jī)驅(qū)動了。過去有一個流行的說法，“要想火車跑得快，全靠車頭帶”，而今天高速火車已經(jīng)實現(xiàn)400公里/小時，卻沒有“火車頭”一說了。為什么？現(xiàn)在高速火車在每一節(jié)車廂下面，都安裝了驅(qū)動電機(jī)。即使速度比較低的地鐵和輕軌，也是電機(jī)驅(qū)動了。無軌電車不是汽車，但是底盤結(jié)構(gòu)與汽車最為接近的機(jī)動車，車輪是通用的，道路也是公用的，無軌電車也是電機(jī)驅(qū)動的。
載客（運貨）移動工具要實現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動，不僅是夢想，也是汽車驅(qū)動技術(shù)發(fā)展的基本趨勢。
三、汽車驅(qū)動電機(jī)的基本類型
汽車驅(qū)動電機(jī)的基本類型是直流電機(jī)和交流電機(jī)。中學(xué)電學(xué)知識告訴大家，有電的地方，就有磁場，磁場力對金屬是有作用力的。電機(jī)要連續(xù)旋轉(zhuǎn)，必須要有360度磁場力。
直流電方向是不變的，邏輯上不存在直流電機(jī)，而是工程師在電機(jī)結(jié)構(gòu)上，將其內(nèi)部加裝上了換向器，將外部直流電變成360度變化的電，于是有了直流電機(jī)一說；交流電的方向是變化的，基本意思是，如果電機(jī)能接交流電，交流電機(jī)結(jié)構(gòu)內(nèi)部就相對簡單了。電機(jī)其旋轉(zhuǎn)原理，見圖（1）。
圖1 電機(jī)旋轉(zhuǎn)原理圖
目前，汽車的驅(qū)動電機(jī)，基本上是交流電機(jī)。而交流電機(jī)也是可以細(xì)分的。目前主要有交流感應(yīng)電機(jī)和交流永磁同步電機(jī)。
1.交流電機(jī)的工作優(yōu)點
交流電機(jī)由美籍塞爾維亞裔科學(xué)家尼古拉·特斯拉發(fā)明，是用于實現(xiàn)機(jī)械能和交流電能相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械。交流電機(jī)與直流電機(jī)相比，由于沒有換向器（見直流電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)），因此結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，比較牢固，容易做成高轉(zhuǎn)速、高電壓、大電流、大容量的電機(jī)。交流電機(jī)功率的覆蓋范圍很大，從幾瓦到幾十萬千瓦、甚至上百萬千瓦。常用車載電機(jī)一般在幾十到三百千瓦之間。
2.交流感應(yīng)電機(jī)基本原理
感應(yīng)電機(jī)（Induction Motor ）定子與轉(zhuǎn)子之間靠電磁感應(yīng)的作用，以轉(zhuǎn)子內(nèi)感應(yīng)電流，實現(xiàn)機(jī)與電能量轉(zhuǎn)換。感應(yīng)電機(jī)一般用作電動機(jī),見圖（2）
圖2 感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖
理解：外部為電機(jī)提供的電源是交流電，電機(jī)定子線圈接通電源的交流電源，在轉(zhuǎn)子內(nèi)感應(yīng)出電流，兩個電流就有兩個電場，有了交變磁場，進(jìn)而實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)，完成了機(jī)與電能量的轉(zhuǎn)換。
說明：當(dāng)電機(jī)的負(fù)載沒有變化時，電機(jī)是一般不配電機(jī)調(diào)速器，比如工廠配備的電動機(jī)，是沒有配電機(jī)調(diào)速器的。這個場景下可以配的交流同步電機(jī)。而汽車的負(fù)載變化是隨機(jī)的，一般要有電機(jī)調(diào)速器，這個場景下，應(yīng)配的是異步電機(jī)。
（1）交流感應(yīng)電機(jī)工作原理
交流感應(yīng)電機(jī)的定子是固定部件，但是接上交流電后，定子線圈里，就會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)（交變）的磁場，這個定子磁場旋轉(zhuǎn)（交變）速度，叫輸入速度，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的，這個速度叫電機(jī)的轉(zhuǎn)速，也叫輸出速度。
(a)同步電機(jī)：是指輸入速度與輸出速度之間變化節(jié)拍是一致的。這樣的交流電機(jī)是同步電機(jī)；
(b)異步電機(jī)：是指輸入速度與輸出速度之間變化節(jié)拍不是一致的。這樣的交流電機(jī)是異步電機(jī)。
（2）步電機(jī)調(diào)速原理
電動汽車的負(fù)載，由于其加速度的隨機(jī)變化的，一般采用異步交流電機(jī)，其調(diào)速原理：
公式告訴大家，調(diào)速的方法有：調(diào)頻-f，調(diào)極對數(shù)-p，還有調(diào)轉(zhuǎn)差率-s等。技術(shù)上，轉(zhuǎn)差率可以通過定子調(diào)壓，轉(zhuǎn)子串電阻，串級調(diào)速等實現(xiàn)，其中變頻是最常用的。目前常用的電供電局提供的50Hz的交流電。所謂變頻就是將常用50Hz的電流，變成其他頻率的交流電。
(a)變頻原理
較為流行的變頻方法，將頻率可調(diào)的交流電源，采用可控硅調(diào)速系統(tǒng)，先將交流電變換為電壓可調(diào)的直流電，然后再變換為頻率可調(diào)的交流電。
(b）變頻電路圖(見圖3.1、圖3.2)
圖3.1 單相電源變頻電路圖
圖3.2 三相電源變頻電路圖
變頻電路圖有單相和三相變頻兩種。
(c）變頻器控制方式
低壓通用變頻輸出電壓為380～650V，輸出功率為0.75～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路都采用交—直—交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。
第一代技術(shù)：正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式
正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式，已在工業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其特點：
(i)控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求;
(ii)低頻時，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小;
(iii)動態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。
第二代技術(shù)：電壓空間矢量(SVPWM)控制方式
(i)一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的；
(ii)引入頻率補償，能消除速度控制的誤差;通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響;將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動態(tài)的精度和穩(wěn)定度；
(iii)控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。
第三代技術(shù)：矢量控制(VC)方式
矢量控制變頻調(diào)速的做法：
(i)異步電動機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相-二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1Ib1;
(ii)再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1(Im1相當(dāng)于直流電動機(jī)的勵磁電流;It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)，然后模仿直流電動機(jī)的控制方法，求得直流電動機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實現(xiàn)對異步電動機(jī)的控制。
基本思路：將交流電動機(jī)等效為直流電動機(jī)，分別對速度，磁場兩個分量進(jìn)行獨立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實現(xiàn)正交或解耦控制。
困難之處：在實際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，系統(tǒng)特性受電動機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實際的控制效果難以達(dá)到理想的結(jié)果。
第四代技術(shù)：直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)
該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。目前，第四代技術(shù)在電動汽車的驅(qū)動電機(jī)應(yīng)用不多。
3.永磁同步電機(jī)優(yōu)點及控制原理
永磁的基本意思是，其轉(zhuǎn)子是永磁體（見圖轉(zhuǎn)子上沒有線圈）；同步的意思是，轉(zhuǎn)子的永磁體能保證是電機(jī)指輸入速度與輸出速度之間變化節(jié)拍是一致的。永磁同步電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu),見圖（4）。
1.永磁同步電機(jī)的優(yōu)勢
圖4 永磁同步電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)
(a)效率高、更加省電。永磁同步電機(jī)的磁場是由永磁體產(chǎn)生的，從而避免了通過勵磁電流來產(chǎn)生磁場導(dǎo)致的勵磁損耗（銅耗）；
(b)在輕載時效率值,相比異步電機(jī)效率要高于異步電機(jī)20%以上,所以永磁同步電機(jī)在節(jié)能方面有優(yōu)勢；
(c)永磁電機(jī)功率參數(shù)，不受電機(jī)極數(shù)的影響,便于設(shè)計成多極電機(jī)（如可以100極以上）,把傳統(tǒng)需要通過減速箱來驅(qū)動負(fù)載的電機(jī)，直接做成用永磁同步電機(jī)驅(qū)動的直驅(qū)系統(tǒng)，從而省去了減速箱，提高了傳動效率;
(d)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)大為簡化，不需要安裝導(dǎo)條、端環(huán)或轉(zhuǎn)子繞組；
(e)永磁同步電機(jī)體積小、功率密度大的優(yōu)勢，起動力矩大、噪音小、溫升低。
隨著永磁體及永磁同步電機(jī)控制技術(shù)的日益成熟可靠,永磁同步電機(jī),已經(jīng)基本上是汽車驅(qū)動電動的首選。
2.永磁同步電機(jī)的控制原理
永磁同步電機(jī)的控制使用矢量控制,電壓調(diào)制方式一般采用SVPWM（空間矢量脈沖寬度調(diào)制）。
(a)電流控制基于轉(zhuǎn)子位置；
圖5 永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩公式
(b)控制策略為閉環(huán)控制，反饋量為三相電流和電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。
3.永磁同步電機(jī)的速度控制邏輯圖
圖6 磁同步電機(jī)的速度控制邏輯圖
其核心技術(shù)是IGBT?？?，見圖（7），是開關(guān)管，其功能是將直流電變成交流電，這個過程叫逆變，而將交流變成直流，其過程叫整流，其模塊的整流管構(gòu)成。開關(guān)管發(fā)展到今天已經(jīng)有幾代了，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件， 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點。
圖7 IGBT模塊
車規(guī)級IGBT目前由BYD公司和中車公司為代表在追趕世界前沿水平。基本上能滿足中國新能源汽車發(fā)展需要。
四、汽車驅(qū)動電機(jī)的車載電源系統(tǒng)
無軌電車的電源由有線滑觸網(wǎng)提供，電動汽車與無軌電車最大區(qū)別是，電動汽車的電源是車載的，與供電網(wǎng)是非接觸式的。
傳統(tǒng)汽車的車載電源能量是借發(fā)動機(jī)動力，由車載發(fā)電機(jī)發(fā)電的電，給車載電池里充電，再供其他電器使用，傳統(tǒng)汽車電器分布見圖（8）。
圖8 傳統(tǒng)汽車電器分布
目前傳統(tǒng)汽車的車載電源電壓是12V。電動汽車車載電源為驅(qū)動電機(jī)提供電壓，是高壓的，最低是48V，最高有600V。
1.電動汽車動力電池組
動力電池組是在物理上由單體電池先并聯(lián)，再串聯(lián)起來的；電動汽車動力電池是由動力電池組串聯(lián)起來的。
（1）單體電池按正極分類
（a)目前電動客車的主流電池是磷酸鐵鋰電池和錳酸鋰電池。其優(yōu)點是安全性比較高。
（b)目前乘用車的主流電池是三元電池，其優(yōu)點是比能量高。國產(chǎn)三元電池比能量已經(jīng)實現(xiàn)了304wh/kg商業(yè)化裝車。
圖7.1 磷酸鐵鋰電池組
圖7.2 三元電池組
2.單體電池按外形分類
2.單體電池按外形分類
單體電池按生產(chǎn)工藝分為圓型、方形、扁形（軟包）三大類，見圖（8），其中圓型電池標(biāo)準(zhǔn)化、自動化生產(chǎn)較高，其一致性較好，扁形（軟包）電池比能量高一些。
圖8 圓型、方形、扁形（軟包）
3.電動汽車動力電池管理系統(tǒng)
動力電池系統(tǒng)，在物理上由上千個以上單體電池通過先并聯(lián)，再并聯(lián)起來的。由于生產(chǎn)工藝等原因，無法保證每一個單體電池在性能指標(biāo)上保持絕對一致。站在電源的高度上，要監(jiān)視單體電池一致性的變化，對衰減太快的單體電池要進(jìn)行及時處理，來保障動力電池系統(tǒng)對外供電質(zhì)量。
動力電池管理系統(tǒng)是采用計算機(jī)為中心的，對動力電池系統(tǒng)監(jiān)控、監(jiān)管的動態(tài)平衡控制系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)的基本功能可以分為檢測、管理、保護(hù)這三大塊。其外形見圖8。
圖8 電池管理系統(tǒng)產(chǎn)品外形
具體來看，主要由充電模塊、數(shù)據(jù)采集模塊（包括電壓，電流，溫度數(shù)據(jù)采集）、均衡模塊、電量計算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和存儲通信模塊組成。系統(tǒng)框圖如下：
圖9 電池管理系統(tǒng)主要模塊
五、汽車驅(qū)動電機(jī)布置形式
傳統(tǒng)汽車發(fā)動機(jī)的布置基本有前置、中置、后置等三種，其中乘用車基本是發(fā)動機(jī)前置，平頭卡車是發(fā)動機(jī)前置，大型客車是發(fā)動機(jī)后置的，市場上中置發(fā)動機(jī)的汽車比較少。
電動汽車是電動機(jī)替代了發(fā)動機(jī)，電動機(jī)布置更具靈活性。目前發(fā)動機(jī)有布置在底盤（架）上、有布置在車橋上、還有輪邊上和輪轂上。
1)中央電動機(jī)布置在底盤（架）上
（字母代表：M：電機(jī)，C：離合器，GB：變速箱，F(xiàn)G:減速器）
圖10.1 電機(jī)替代發(fā)動機(jī)
圖10.2 沒有離合器、變速箱
(a)圖10.1 電機(jī)替代發(fā)動機(jī)，C：離合器，GB：變速箱，F(xiàn)G:減速器，依然保留；
(b)圖10.2 電機(jī)替代發(fā)動機(jī),離合器、C：離合器，GB：變速箱、變速箱取消了，F(xiàn)G:減速器，依然保留；
2)中央電動機(jī)布置在車橋上
圖10.3 車橋軸上串電機(jī)
圖10.4 車橋軸并電機(jī)
(c)圖10.3 M:電機(jī)、FG:減速器串聯(lián)在車橋軸上；
(d)圖10.4M:電機(jī)、FG:減速器并聯(lián)在車橋軸上；
圖10.5 輪邊電機(jī)方案
圖10.6 輪轂電機(jī)方案
(e)圖10.5 二組對稱M:電機(jī)、FG:減速器串聯(lián)在輪邊上（輪邊電機(jī)）；
(f)圖10.6二組M:電機(jī)對稱M:電機(jī)安裝在輪轂里（輪轂電機(jī)）。
（說明：特斯拉電動乘用車是前（后）橋配電機(jī)，后橋是主電機(jī)，前橋是輔助電機(jī)方案，在商業(yè)化上取得成功。）
圖8 特斯拉汽車電機(jī)（前置、后置2個電機(jī)）
六、電動差速器
傳統(tǒng)汽車前橋是轉(zhuǎn)向橋，后橋是驅(qū)動橋。高速巡航時，后橋左右兩個輪子運動半徑是不同的，左右兩個輪子要協(xié)調(diào)一致，技術(shù)上在后橋上安裝了差速器。中央電動機(jī)布置原則上是保留了差速器的。電動汽車如果要采用輪邊電機(jī)或者是輪轂電機(jī)方案，必須導(dǎo)入電動差速器。傳統(tǒng)汽車差速器,見圖9，是為了調(diào)整左右輪的轉(zhuǎn)速差而裝置的，其工作原理：
圖9 汽車差速器結(jié)構(gòu)圖
(a)汽車行駛時，傳動軸傳過來的動力通過主動齒輪傳遞到環(huán)齒輪上，環(huán)齒輪帶動行星齒輪軸一起旋轉(zhuǎn)，同時帶動側(cè)齒輪轉(zhuǎn)動，從而推動驅(qū)動輪前進(jìn);
(b)當(dāng)車輛直線行駛時，左右兩個輪受到的阻力一樣，行星齒輪不自轉(zhuǎn)，把動力傳遞到兩個半軸上，這時左右車輪轉(zhuǎn)速一樣（相當(dāng)于剛性連接）；
(c)當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時，左右車輪受到的阻力不一樣，行星齒輪繞著半軸轉(zhuǎn)動并同時自轉(zhuǎn)，從而吸收阻力差，使車輪能夠與不同的速度旋轉(zhuǎn)，保證汽車順利過彎。
電動差速器基本工作原理，見圖（10）。
圖10 電動差速器工作系統(tǒng)原理
通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速（力矩大?。?，進(jìn)而調(diào)整左右輪的轉(zhuǎn)速差。一句話，用行星齒輪結(jié)構(gòu)實現(xiàn)差速器的功能，通過對不同電機(jī)的速度匹配控制，是可以實現(xiàn)電子差速器的。
七、電機(jī)驅(qū)動輔助發(fā)動機(jī)驅(qū)動技術(shù)
電機(jī)驅(qū)動汽車比發(fā)動機(jī)驅(qū)動汽車還早10年的時間。電機(jī)驅(qū)動汽車與發(fā)動機(jī)驅(qū)動汽車一直在PK，幾起幾落，發(fā)動機(jī)驅(qū)動汽車笑到了最后。電機(jī)驅(qū)動汽車起不來的主要原因是，動力電池比能量指標(biāo)起不來，導(dǎo)致電機(jī)驅(qū)動汽車?yán)m(xù)航里程太短。發(fā)動機(jī)驅(qū)動汽車，今天因環(huán)保指標(biāo)更為嚴(yán)苛，受到質(zhì)疑。同時隨著鎳氫電池和磷酸鐵鋰電池的發(fā)明，電機(jī)驅(qū)動汽車迎來新的發(fā)展曙光。
但是，發(fā)動機(jī)驅(qū)動汽車比電機(jī)驅(qū)動汽車在綜合指標(biāo)上已經(jīng)領(lǐng)搖搖領(lǐng)先。電機(jī)驅(qū)動汽車要替代發(fā)動機(jī)驅(qū)動汽車，也有一段漫長的路要走，于是工程師提出電機(jī)驅(qū)動輔助發(fā)動機(jī)驅(qū)動技術(shù)。該技術(shù)就是目前業(yè)界提出的混動技術(shù)。按電機(jī)驅(qū)動輔助程度，有弱（10%）、中（30%）、強（50%）三種模式。
1）混合驅(qū)動的基本特點
混合驅(qū)動汽車一般是指內(nèi)燃機(jī)車驅(qū)動，再加上電機(jī)驅(qū)動的汽車。傳統(tǒng)汽車的發(fā)電機(jī)發(fā)電供輔助總成用的，不給驅(qū)動電機(jī)供電?；旌向?qū)動汽車的驅(qū)動電機(jī)用的電機(jī)，一般來源車載動力電池。車載動力電池的電能來源基本途徑，一是用供電公司的電進(jìn)行充電，二是車載發(fā)電機(jī)發(fā)的電。目前車載發(fā)電機(jī)發(fā)電模式有兩種，一是發(fā)動機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，二是電化學(xué)發(fā)電（比如氫燃料電池）。
混合驅(qū)動的難點是如何“混”？于是出現(xiàn)了串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)、插電式、電電混合的一大堆的名詞。
（1）串聯(lián)式動力
串聯(lián)式動力由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動機(jī)三部分動力總成組成，它們之間用串聯(lián)方式組成SHEV動力單元系統(tǒng)，發(fā)動機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過控制器輸送到電池或電動機(jī)，由電動機(jī)通過變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動汽車。串聯(lián)式動力原理見圖（11）。
圖11 串聯(lián)式動力原理
從圖11可以看出，串聯(lián)式是電機(jī)單一驅(qū)動車輪，車載充電機(jī)給動力電池組充電，發(fā)動機(jī)基本功是驅(qū)動發(fā)動機(jī)。其設(shè)計思路：
(a)小負(fù)荷時由電池驅(qū)動電動機(jī)驅(qū)動車輪,比如當(dāng)電動車處于低速、滑行、怠速的工況時，則由電池組驅(qū)動電動機(jī)；
(b)大負(fù)荷時由發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電驅(qū)動電動機(jī)。比如當(dāng)車輛處于啟動、加速、爬坡工況時，發(fā)動機(jī)、電動機(jī)組和電池組共同向電動機(jī)提供電能；
(c)當(dāng)電池組缺電時則由（發(fā)動機(jī)-發(fā)電機(jī)組）向電池組充電。
串聯(lián)式結(jié)構(gòu)適用于城市內(nèi)頻繁起步和低速運行工況，可以將發(fā)動機(jī)調(diào)整在最佳工況點附近穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，通過調(diào)整電池和電動機(jī)的輸出來達(dá)到調(diào)整車速的目的。使發(fā)動機(jī)避免了怠速和低速運轉(zhuǎn)的工況，從而提高了發(fā)動機(jī)的效率，減少了廢氣排放。但是它的缺點是能量幾經(jīng)轉(zhuǎn)換，機(jī)械效率較低。
（2）并聯(lián)式動力
并聯(lián)式裝置的發(fā)動機(jī)和電動機(jī)共同驅(qū)動汽車，發(fā)動機(jī)與電動機(jī)分屬兩套系統(tǒng)，可以分別獨立地向汽車傳動系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驅(qū)動又可以單獨驅(qū)動。兩個動力系統(tǒng)同時工作時，以機(jī)械方式實現(xiàn)動力耦合，動力的流向為并聯(lián)，所以稱為并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。 串聯(lián)式動力原理，見圖12。
圖12 串聯(lián)式動力原理
從圖12可以看出，電機(jī)既可作為電動機(jī)使用，也可作為發(fā)電機(jī)使用。其設(shè)計思路：
(a)當(dāng)汽車加速爬坡時，電動機(jī)和發(fā)動機(jī)能夠同時向傳動機(jī)構(gòu)提供動力;
(b)一旦汽車車速達(dá)到巡航速度，汽車將僅僅依靠發(fā)動機(jī)維持該速度;
(c)電動機(jī)既可以作電動機(jī)又可以作發(fā)電機(jī)使用，又稱為電動－發(fā)電機(jī)組。
由于沒有單獨的發(fā)電機(jī)，發(fā)動機(jī)可以直接通過傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動車輪，這種裝置更接近傳統(tǒng)的汽車驅(qū)動系統(tǒng)，機(jī)械效率損耗與普通汽車差不多，得到比較廣泛的應(yīng)用。
技術(shù)難點:在電機(jī)動力與發(fā)動機(jī)動力的耦合裝置上的設(shè)計和控制。
(3)混聯(lián)式動力
動力系統(tǒng)包括發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動機(jī)，根據(jù)助力裝置不同，它又分為發(fā)動機(jī)為主和電機(jī)為主兩種。
(a)以發(fā)動機(jī)為主的形式中，發(fā)動機(jī)作為主動力源，電機(jī)為輔助動力源；
(b)以電機(jī)為主的形式中，發(fā)動機(jī)作為輔助動力源，電機(jī)為主動力源。
圖13 混聯(lián)式動力原理
從圖13可以看出，混聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)可以在串聯(lián)混合動力模式下工作，也可以在并聯(lián)混合動力模式下工作，即兩種模式的綜合。這就要求有一個智能化控制系統(tǒng)。其設(shè)計思路：
(a)發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率一部分通過功率分流裝置（功率分配器），經(jīng)機(jī)械傳動系統(tǒng)傳至驅(qū)動輪，另一部分則驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電;
(b)發(fā)出的電能輸送給電動機(jī)或蓄電池，電動機(jī)的力矩同樣也可通過傳動系統(tǒng)傳送給驅(qū)動輪；
(c)混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的一般控制策略是：在汽車低速行駛時，驅(qū)動系統(tǒng)主要以串聯(lián)式工作；當(dāng)汽車高速穩(wěn)定行駛時，則以并聯(lián)式為主。
該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是控制方便，缺點是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。豐田的Prius屬于以電機(jī)為主的形式。
圖14 豐田Prius混聯(lián)動力乘用車外形
八、總結(jié)
汽車電驅(qū)動技術(shù)比發(fā)動機(jī)驅(qū)動技術(shù)還要早10年以上。用電機(jī)驅(qū)動汽車替代發(fā)動機(jī)驅(qū)動汽車，一直是汽車人的夢想，但是動力電池比能量與汽（柴）油相比，相差實在是太遠(yuǎn)了。近年來，動力電池比能量技術(shù)取得了快速的進(jìn)步，純電驅(qū)動乘用車以特斯拉為代表，實現(xiàn)了批量化生產(chǎn)，在中國政府倡導(dǎo)下，2018年生產(chǎn)的120萬輛電動汽車中，已經(jīng)超過100萬輛的純電動汽車。
電機(jī)驅(qū)動替代發(fā)動機(jī)驅(qū)動技術(shù)，趨勢明顯。認(rèn)真研究電機(jī)驅(qū)動技術(shù)和開發(fā)電動汽車是時代的要求。經(jīng)過我們這一代人努力，實現(xiàn)汽車電驅(qū)動技術(shù)全覆蓋。
廣告 編輯推薦
最新資訊
-
國內(nèi)首個“路空一體”國家質(zhì)檢中心落戶廣東
2026-03-04 09:06
-
全國156個！IAE智行眾維入選！工信部2025年
2026-03-04 09:05
-
瓦力大作戰(zhàn)｜輕科普——誤碼儀（BERT）架構(gòu)
2026-03-04 09:03
-
是德科技推出適用于AI數(shù)據(jù)中心的Scale-Up驗
2026-03-04 09:03
-
“汽車爬坡試驗方法”將有國家標(biāo)準(zhǔn)
2026-03-03 12:44
