本書共分9章，概括介紹了世界新能源汽車產業(yè)的發(fā)展和中國新能源汽車的強勁勢頭和發(fā)展愿景，闡述了對汽車應用新能源的要求和分析方法，介紹了新能源的應用方式、應用理論、主要問題和解決方法等基礎知識，以圖文結合的方式系統(tǒng)介紹了現(xiàn)代電動汽車儲能裝置、驅動電機及控制系統(tǒng)；純電動汽車、混合動力汽車、新氫燃料電池汽車、代用燃氣汽車和醇類燃料汽車、太陽能汽車、壓縮空氣汽車、及其基本結構與工作原理。本書可作為汽車工程類本科、高職高專教材使用；也可做為汽車工程技術人員、新能源汽車培訓教師參考用書；同時適合廣大對新能源汽車技術關注的社會人士閱讀。

傳統(tǒng)汽車的動力來源于發(fā)動機， 電動汽車以電機驅動系統(tǒng)代替了發(fā)動機作為動力來源，電動汽車中的燃料電池電動汽車、混合動力電動汽車和純電動汽車都需要使用電機來驅動車輪行駛。選擇合適的電機是提高各類電動汽車性價比的重要途徑， 因此研發(fā)或完善能同時滿足車輛行駛過程中的各項性能要求， 并具有堅固耐用、造價低、效能高等特點的驅動電機顯得極其重要。這也是提高電動汽車性價比而使其盡快普及應用、搞好節(jié)能減排工作的有效途徑。電動汽車的動力性能取決千它的電機驅動系統(tǒng)的性能。

5. 1 驅動電機概述

電動汽車的電機驅動系統(tǒng)是車輛行駛中的主要執(zhí)行機構， 是電動汽車的重要部件， 其驅動特性是汽車行駛的主要性能指標。驅動電機的作用是將電源的電能轉化為機械能， 通過傳動裝置或直接驅動車輪和工作裝置。目前電動汽車上廣泛采用直流串勵電機， 這種電機具有 “軟＂ 的機械特性， 與汽車的行駛特性非常相符。

電動汽車電機調速控制裝置是為電動汽車的變速和方向變換等設置的， 其作用是控制電機的電壓或電流， 完成電機的驅動轉矩和旋轉方向的控制。

5.1.1 電動汽車驅動電機的運行模式

電動汽車的驅動電機可兼作電動機和發(fā)電機運行。

1．電動模式

在電動模式時驅動電機將電能轉換成機械能。

1)逆變器從電池獲取功率， 電池放電。
2)電機從逆變器獲取電功率。3)電機輸出機械能， 電機轉矩與轉速同向， 電機驅動車輛。

2. 發(fā)電模式

發(fā)電模式時電機將機械能轉換成電能。

1)車輛帶動電機， 電機力矩與轉速反向， 軸上輸入機械能。
2)電機輸出電能。3)逆變器輸出直流電， 電池充電。

5.1. 2 電動汽車驅動電機的種類與工業(yè)用電機的區(qū)別

電動汽車的驅動電機通常要求能適應汽車的頻繁起動／停車、加速／減速， 低速或爬坡時要求高轉矩， 高速行駛時要求低轉矩， 并且要求變速范圍大， 而工業(yè)電機通常優(yōu)化在額定的 工作點， 因此用于電動汽車的驅動電機與常規(guī)的工業(yè)電機不同。電動汽車驅動電機比較獨特， 應單獨歸為一類， 對它們在負載、技術性能和工作環(huán)境等方面有著特殊的要求。電動汽車驅動電機與工業(yè)用電機的區(qū)別如下：

1)電動汽車驅動電機需要有4 ~5倍的過載， 以滿足短時加速或爬坡的要求；而工業(yè)電機只要求有2倍的過載即可。

2)電動汽車的最高轉速要求達到在公路上行駛時基本速度的4 ~5倍；而工業(yè)電機只需要達到恒功率時基本速度的2倍。

3)電動汽車驅動電機需要根據(jù)車型和駕駛人的駕駛習慣設計；而工業(yè)電機只需根據(jù)典型的工作模式設計。

4)電動汽車驅動電機要求有高的功率密度和好的效率圖（在較寬的轉速范圍和轉矩范圍內都有較高的效率），從而能夠降低車重， 延長續(xù)駛里程；而工業(yè)電機通常對功率密度、效率和成本進行綜合考慮， 在額定工作點附近對效率進行優(yōu)化。

5)電動汽車驅動電機要求工作可控性高、穩(wěn)態(tài)精度高、動態(tài)性能好；而工業(yè)電機只有某一種特定的性能要求。

6)電動汽車驅動電機被裝在機動車上， 空間小， 工作在高溫、壞天氣及頻繁振動等惡劣環(huán)境下；而工業(yè)電機通常在某一個固定位置工作。

要使電動汽車具有良好的使用性能， 驅動電機應具有較寬的調速范圍及較高的轉速、足夠大的起動轉矩， 還要具有體積小、質量小、效率高、動態(tài)制動性強和能量回饋的性能。目前在電動汽車上巳應用的和有應用前景的電機有直流電機、交流電機、永磁無刷電機和開關磁阻電機。還有不少研究機構正在研究超導電機在電動汽車上的應用。表5-1為現(xiàn)代電動汽車用驅動電機的性能比較。

表5-1 現(xiàn)代電動汽車用驅動電機的性能比較

5.1. 3 電動汽車驅動電機的要求

電動汽車上使用的電機個數(shù)很多，種類也不盡相同，可以說電機及其控制器是電動汽車的心臟。根據(jù)電動汽車電機是否直接用于驅動電動汽車行駛，可以將其分為驅動電機和輔助電動機。

驅動電機及其控制系統(tǒng)（電機驅動系統(tǒng)）是電動車中最為關鍵的系統(tǒng)，其類型和運 行性能決定了電動車的運行性能。驅動電機的功能是在駕駛人的操作下，能夠按照駕駛人的意圖高效地將電能轉化為電動汽車車輪的動能，或者相反，將電動汽車車輪動能轉化為電能。

非驅動電機輔助電動汽車安全可靠地運行，并改善乘坐的舒適度。例如，散熱風扇保證控制器或其他部件在適宜運行的工況下，穩(wěn)定可靠地運行；電動轉向泵使車輛轉向更加靈敏安全；電控空調系統(tǒng)控制電動汽車內溫度，在炎炎夏日給人帶來清涼?？梢哉f，非驅動電機也是電動汽車中必不可少的部件，沒有非驅動電機，電動汽車的安全可靠運行和舒適乘坐將難以保證。

由于電動汽車本身的特殊性，對電機也提出了特殊的要求。主要包括：安全性好，可靠 性高，穩(wěn)定性強，壽命長，價格低，體積小，質量小，效率高。驅動電機作為動力源，安裝在機動車上，處于空間小、溫差變化大、振動劇烈的惡劣環(huán)境中，必須滿足各種路況要求：

1)在市區(qū)行駛時，需要頻繁地起動、停車、加速、減速，因此要求電動汽車的驅動電機有很好的轉矩控制動態(tài)性能。

2)在市區(qū)和市郊兩種不同工況行駛時，電動汽車驅動電機的速度、轉矩變化范圍比較大，這要求驅動電機既要工作在恒轉矩區(qū)，又要運行在恒功率區(qū)。恒轉矩運行滿足起動和爬坡，恒功率區(qū)運行用來滿足高速行駛。

3)由于電動汽車車載能源的限制，目前無論是純電動汽車還是燃料電池電動汽車，車載能源是其續(xù)駛能力的關鍵制約因素，因此要求電動汽車驅動電機能夠在大范圍內保持高效率運行，盡可能地提高其功率密度。這與一般工業(yè)電動機所要求的在額定功率附近高效運行不同。

4)減小驅動電機的重量、體積，增加與車體的適配性，減小了整車的總重量，擴大了車體可利用空間，增加了乘坐的舒適性。

5) 由于汽車本身運行環(huán)境的惡劣，GB/T18488. 1-2006 規(guī)定在大氣環(huán)境溫度在－20' ~ 400'C時，電機及其控制器能按規(guī)定的定額運行。事實上，汽車本身運行的環(huán)境比這個更惡劣。電動汽車的驅動電機應考慮汽車本身行駛的區(qū)域環(huán)境，如熱帶氣候、雨雪天氣、不同海拔等。

6)瞬時功率高，有一定的過載能力，電動汽車的驅動電機要求有4 ~5倍的過載能力，以滿足加速和爬坡的需要，這高千工業(yè)要求的2倍過載能力。此外，電機的可靠性要好，需要有一定的抗振能力。

7)驅動電機應重量小、體積小、成本低，而且還應考慮產品的實用性，應易于產業(yè)化，而且便于拆卸維修。

8)電動汽車的驅動系統(tǒng)必須符合車輛電氣控制系統(tǒng)的安全性標準和電氣安全標準。

5.1. 4 電動汽車電機驅動系統(tǒng)的基本組成

電動汽車的驅動系統(tǒng)包括電機驅動系統(tǒng)與機械傳動機構兩大部分。電機驅動系統(tǒng)的基本組成如圖5-1所示。它主要由電機、功率轉換器、控制器、各種檢測傳感器以及電源（蓄電池組）等組成。電機一般要求具有電動與發(fā)電兩項功能，即有四象限運行特性，按其類型可選用直流、交流、永磁無刷或開關磁阻等幾種電機。功率轉換器按所選電機類型，有DC/DC功率變換器、DC/AC功率變換器等形式，其作用是按所選電機驅動電流要求。將蓄電池的直流電轉換為相應電壓等級的直流、交流或脈沖電源。各種檢測傳感器主要有電壓、電流、速度、轉矩以及溫度等檢測反饋，其作用是為提高和改善電機的調速特性。對永磁無刷電機或開關磁阻電機，還要求有電機轉角位置檢測。由于所選電機類型不同。其控制驅動方式也不同，具體將在后述各節(jié)針對電機類型再作詳細介紹?？刂破魇前瘩{駛人操縱檔位桿、加速踏板和制動踏板等輸入的前進、倒退、起步、加速、制動等信號，以及各種檢測傳感器反饋的信號，通過運算、邏輯判斷、分析比較等適時向功率轉換器發(fā)出相應的指令，使整個驅動系統(tǒng)有效運行。

圖5-1 電動機驅動系統(tǒng)的基本構成圖

本文摘編自《新能源汽車技術概論》，機械工業(yè)出版社出版，經出版方授權發(fā)布。

本書可作為汽車工程類應用型本科及高職高專院校的教材；也可作為汽車工程技術人員、新能源汽車培訓教師參考用書；同時適合廣大對新能源汽車技術關注的社會人士閱讀。

本書由廈門大學嘉庚學院李艷菲、鄭偉編著。在本書的編寫過程中，編著者做了大量考察研究，參閱引用了一些參考文獻中的內容，在此向相關資料的作者致以誠摯的謝意。