电动汽车电机驱动技术现状与发展

　　电动汽车发展迅猛
　　面对金融危机、油价高涨和日益严峻的节能减排压力，大力发展新能源汽车成为世界汽车工业竞争的一个新焦点。近两年，中国政府对新能源汽车的政策也接二连三，尤其是“十二五”规划将新能源汽车确立为七大战略性新兴产业之一，并计划2011 年投入上千亿元大力发展新能源汽车产业，中国电动汽车产业进入蓬勃发展的春天。
　　作为战略性新兴产业，新能源汽车近期的发展势头迅猛。然而，相比汽车整车市场的巨大规模，我国新能源汽车产量在汽车总产量中的比例明显十分微小：2010 年，我国新能源汽车的产量仅有7200 辆，其中客车占了71.8%，而市场空间最大的私人用新能源汽车市场尚处在摸索阶段。电动汽车是汽车工业发展的重大新技术，国际上各大汽车集团都致力于发展这项综合技术并产业化。事实上，为尽快抢占新一轮汽车产业竞争的制高点，早在10 年前，我国就已开始设立国家863 计划“电动电动汽车电机驱动技术现状与发展汽车”重大科技专项，进行新能源汽车技术攻关。经过多年培育和发展，我国新能源汽车在技术研发、示范运行、产业化准备等方面都取得了长足进展。“十五”和“十一五”时期，围绕863 计划“电动汽车”重大科技专项、“节能与新能源汽车”重大项目等，国家先后累计投入科技经费超过20 亿元，带动国内上百家汽车企业、电机电池等零部件企业、大学及科研院所等共同参与，建立起以混合动力、纯电动、燃料电池等3 类车型为“三纵”，电机、电池、整车电控为“三横”的“三纵三横”研发布局，并形成了一大批创新成果。
　　电动汽车电机驱动系统的特点及分类电动汽车最早采用了直流电机系统, 特点是成本低、控制简单，但重量大，需要定期维护。随电力电子技术、自动控制技术、计算机控制技术的发展，包括异步电机及永磁电机在内的交流电机系统体现出比直流电机系统更加优越的性能，目前已逐步取代了直流电机控制系统。特别是借助于设计方法、开发工具及永磁材料的不断进步，用于驱动的永磁同步电动机得到了飞速发展。
　　电动汽车中常用的交流电机主要有异步、永磁、开关磁阻三大类型，其特点如表1 所示。其中，异步电机主要应用在纯电动汽车( 包括轿车及客车)，永磁同步电机主要应用在混合动力汽车( 包括轿车及客车) 中，开关磁阻电机目前主要应用在客车中。特别是，由于具有高效、高功率密度的特点，目前在混合动力轿车中采用的基本都是永磁同步电动机。
　　日本丰田公司的prius 采用的永磁同步电动机功率已达到了50kW，新配置的SUV 车型所用电机功率甚至达到了123kW。与普通工业用驱动电机系统及通用变频器不同，电动汽车用驱动电机系统的特点是高性能、高速宽恒功率、高功率密度、高可靠性、系统高效、低速大转矩，低成本、低污染和良好的环境适应性，如表2 所示，其稳态性能要求图1 所示。电动汽车电机驱动技术研究现状电机驱动系统可谓是电动汽车的“心脏”。由于受到车辆空间限制和使用环境的约束，电动汽车用电机驱动系统不同于普通的电传动系统，它要求更高的性能、更高的体积/ 重量密度以及更高的可工作环境温度，用于普通电传动的电力电子与电机技术已经不能适应其要求。为此，国家863 开展了“电动汽车电气系统研究开发项目”研究，旨在发展满足电动汽车需要的极限高效、高功率密度、高可靠性的电力电子与电机驱动技术。美国也推出了FCVT 计划进行了相关技术的研究，其产品与中国863 研究出的产品性能对比如表3 所示。
　　电动汽车电机驱动技术发展趋势
　　电动汽车分为纯电动、混合动力和燃料电池三种类型，无论纯电动汽车、混合动力电动汽车还是燃料电池电动汽车，车用驱动电机系统既是关键技术又是共性技术。电动汽车用驱动电机的性能要求主要体现在低速大扭矩、调速范围宽、过载能力大、大功率小体积等方面；同时与普通工业用电机驱动系统相比，还具有工作环境恶劣、成本低等特点，因此车用驱动电机系统开发技术与生产技术难度更高。目前各国际汽车集团、跨国电气集团、科研院所都投入大量资金与人力开展电动汽车用驱动电机系统技术研发。电动汽车用电机驱动系统技术发展趋势基本可以归纳为着永