驅動系統是電動汽車最主要的系統之一。電動汽車運行性能的好壞主要是由其驅動系統決定的。電動汽車驅動系統由牽引電機、電機控制器、機械傳動裝置、車輪等構成。它的儲能動力源是電池組。電機控制器接收從加速踏板(相當於燃油汽車的油門)、剎車踏板和PDRN(停車、前進、倒車、空檔)控制手柄的輸出信號，控制牽引電機的旋轉，通過減速器、傳動軸、差速器、半軸等機械傳動裝置(當電動汽車使用電動輪時機械傳動裝置有所不同)帶動驅動車輪。車輛減速時，電機對車輛前進起制動作用，這時電機處在發電機運行狀態，給儲能動力源充電，稱之為再生制動。動力驅動系統的再生制動功能是非常重要的，它能使電動汽車一次充電後行駛的里程增加15~25%。
基本介紹
- 中文名：驅動系統
- 外文名：actuation system
- 性質：電動汽車最主要的系統之一
- 組成：牽引電機、電機控制器等
- 儲能動力源：電池組
- 分類：交流驅動系統、直流驅動系統
簡介,分類,電機,直流電機,鼠籠式感應電機,永磁同步電機,開關磁阻電機,
簡介
電動汽車動力驅動系統是能量存儲系統與車輪之間的紐帶，其作用是將能量存儲系統輸出的能量(化學能、電能)轉換為機械能，推動車輛克服各種滾動阻力、空氣阻力、加速阻力和爬坡阻力，制動時將動能轉換為電能回饋給能量存儲系統。現代電動汽車與傳統的燃油汽車不同，其動力驅動系統可以省去複雜笨重的機械齒輪變速機構就能提供滿足車輛行駛速度範圍寬和負載變化大的轉矩轉速特性，即低速恆轉矩和高速恆功率，其理想的轉矩/轉速特性見圖1。
圖1
圖1電動汽車可選擇單電機或雙電機驅動，也可採用軸式電機或輪式電機。目前在市場上銷售的小功率電動汽車如電動轎車中，都採用結構簡單的單電機動力驅動系統，而中、大功率電動汽車如電動客車一般採用單電機或雙電機結構動力驅動系統。
分類
電動汽車動力驅動系統根據電機電流類型可分為交流驅動系統(ACDrives)和直流驅動系統(DCDirves)，交流驅動系統又可分為感應電機驅動系統(IMDrives)和同步電機驅動系統(SMDrives)，同步電機驅動系統又可分為永磁同步電機驅動系統(PMSMDrives)和開關磁阻電機驅動系統(SRMDirves)。當前商業化電動汽車中套用的動力驅動系統有三類：直流驅動系統、感應電機驅動系統和永磁同步電機驅動系統，代表產品分別有標緻106EV、通用EVI和本田EVlPus。隨著電力電子技術、微電子技術和控制技術的發展，數位化交流驅動系統(IMDrives和PMSMDrives)在商業化電動汽車中獨占鰲頭，而小功率電動汽車方面，質量輕、體積小和高效的pMsMDives發展前景好。
①直流電機驅動系統。該系統中的電機為有刷直流電機，電機控制器一般採用斬波器控制方式；
②感應電機交流驅動系統。該系統中的電機一般採用轉子為鼠籠結構的三相交流異步電機，電機控制器用矢量控制的變頻調速方式；
③永磁同步電機交流驅動系統。其中的永磁同步電機包括無刷直流電機(BDCM)和三相永磁同步電機(PMSM)。
在上述三類驅動系統中，PMSM或BDCM的永磁同步電機交流驅動系統效率最高、體積最小、重量最輕，也無直流電機的換向器和電刷等缺點，在電動汽車中也得到了一定的套用。但該類驅動系統目前還存在成本太高的缺點，在可靠性和使用壽命等指標上也比感應電機差，另外，對於功率較大的PMSM和BDCM要做到體積小、重量輕尚存在一定的技術難度。我國是盛產永磁材料的國家，特別是稀土永磁材料欽鐵硼資源在我國非常豐富，隨著技術不斷進步與成本不斷降低，永磁同步電機驅動系統在電動汽車上的套用也具有很好的前景。
電機
電機是電動汽車的驅動單元，它的技術性能直接影響車輛運行的動力性和經濟性，所以需要通過計算機輔助設計，對電機的電磁場、溫度場和應力場進行有限元分析，選擇設計符合電動汽車運行要求的電機，具有調速範圍寬、起動轉矩大、後備功率高、效率高、功率密度大和可靠性高的特性。如對感應電機，要求提高額定工作點(基頻100Hz以上)和工作電流密度，降低銅耗(高導電率材料)和鐵耗(高磁導率)。而且，電機採用液體冷卻提高熱容量，減少體積和質量。電機技術與電力電子技術、微電子技術和控制技術完美結合，最後發展成為可靠、易維護、高功率密度、高集成度的智慧型電機。
牽引電機種類多，套用在電動汽車上的電機主要包括直流電機、鼠籠式感應電機、永磁同步電機(包括永磁無刷直流電機)和開關磁阻電機。
直流電機
直流電機具有調速性能好平滑和精確、控制簡單、成本低、笨重和維護性差等特點。串勵式直流電機起動轉矩高和寬恆功率調速範圍，適合在牽引領域套用。直流電機的調速方式有電樞變阻、電樞調壓和改變磁通三種。電力電子技術和微電子技術的發展使得直流斬波技術在現代直流調速中飛速發展，PWNI式IGBT斬波器流行，使得直流電機的功率因數、工作效率(80%~90%)、動態性能和轉矩脈動性得到明顯改善。法國是世界上直流電機電動汽車較多的國家，而目前國內永磁直流牽引電機倍受重視。例如1998年北京理工大學研製了125kW的大功率永磁直流電機動力驅動系統，在北京試運行良好。
鼠籠式感應電機
鼠籠式感應電機(以下簡稱為感應電機)是最常用的感應電機，具有可靠、易維護、價廉、效率較高(90%以上)、比功率較高(1kW/kg左右)和功率因素變化大等特點。感應電機的基本調速方式有調壓調速、變極調速和變頻調速三種。目前基於IGBT的PWM式VVVF控制套用廣泛，動靜態性能優良的矢量控制可與直流調速相媲美，而控制簡單動態性能好的直接轉矩控制在機車牽引等領域顯示了廣闊的套用前景。在牽引控制中，為了獲得寬調速範圍，感應電機控制一般分為三個階段：
（1）保持轉差不變，調節定子電流，獲得恆轉矩區；
（2）保持定子額定電壓不變，調節定子電流，獲得恆功率區；
（3）保持定子額定電壓不變，調節轉差，獲得低轉矩高速區。
感應電機是電動汽車牽引電機的主要類型之一，一般採用效率最佳化的轉差頻率矢量控制方法。
永磁同步電機
永磁同步電機具有高比功率(可以遠大於1kW/kg)、高效率(可達到97%)、高功率因素和高成本等特點。永磁同步電機根據定子電流波形的不同可分為矩形波永磁同步電機和正弦波永磁同步電機，而矩形波永磁同步電機又稱為永磁無刷直流電機；根據轉子磁路結構可分為表面式和內置式，表面式永磁同步電機的Ld和Lq；幾乎相等，而內置式永磁同步電機的Ld和Lq相差很大，其中切向式Ld遠大於Lq；，而徑向式Ld遠小於Lq。變頻調速是永磁同步電機的基本調速方式，原理與感應電機變頻調速原理基本相同。在理想情況下，永磁無刷直流電機的氣隙磁通是矩形波，定子感生電動勢也是矩形波，三相合成產生恆定的電磁轉矩，沒有轉矩紋波。而實際工作時，由於磁飽和等因素，產生脈動的梯形波電磁轉矩。永磁無刷直流電機、轉子位置感測器和逆變器構成自控式永磁無刷直流電機，通過轉子位置感測器提供的信號控制變壓變頻裝置的逆變器換流，從而達到改變定子繞組的供電頻率。目前最常用的是120。導通型PWM斬波控制IGBI，逆變器，而且為了更好地改善轉矩控制，增加電流調節控制減小轉矩脈動。對於正弦波永磁同步電機，矢量控制FOC目前套用較多，與感應電機FOC基本相同，只是要考慮正弦波永磁同步電機轉子永久勵磁的特點。
開關磁阻電機
開關磁阻電機SRM的定子和轉子均為凸極結構，只在定子凸極上安裝各相勵磁繞組，轉子上沒有任何繞組。由於SRM定、轉子極數不同，每相磁路的磁阻根據轉子位置不同而變化，按照“磁阻最小原理”，轉子鐵芯向磁阻變小的方向轉動，改變定子相繞組的通電時間和順序，轉子同步變化。SRM的定、轉子極數有多種組合，典型的為6/4結構。開關磁阻電機具有結構簡單堅固、成本低、功率密度高、調速控制簡單、轉矩脈動大和工作噪聲大等特點。開關磁阻電機調速系統由SRM、轉子位置感測器、逆變器和控制器組成，其基本控制方式是：
（1）基速以下電流或電壓斬波控制，獲得低速恆轉矩特性；
（2）基速以上角度位置控制，獲得高速恆功率特性。
