电动汽车用驱动电机需要频繁起动和停车,并承受较大的加速度或减速度,而且要求低速大转矩爬坡、高速小转矩运行和运行速度范围宽,受车辆空间的限制,为减小车辆自重,提高车辆有效载荷的要求,驱动电机应该具有功率密度较大、效率较高的特点。其特性主要体现在:
1)电动汽车在加速或爬坡时,需要驱动电机提供4~5倍的额定转矩。
2)在电动汽车高速行驶时,驱动电机应以额定转速的2~3倍转速运行。
3)电动汽车用驱动电机应根据车辆的驱动特点和驾驶人的操纵习惯设计。
4)电动汽车用驱动电机应可控性好,稳态精度高。
5)电动汽车用驱动电机应该能够承受高温、多变的气候条件和频繁的振动,在恶劣的环境下能够正常工作。
目前,直流电机(DC Motor)、感应电机(IM)、直流无刷(BLDC)电机、永磁同步电机(PMSM)以及开关磁阻电机(SRM)等在电动汽车上均有不同程度的应用。
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图3-1 驱动电机的一般机械特性
驱动电机是纯电动汽车唯一的动力源,通常适用于电动汽车使用的电机外特性为:在额定转速以下,以恒转矩模式工作;在额定转速以上,以恒功率模式工作。电动汽车用驱动电机的机械特性如图3-1所示。机械特性分成两个区域:恒转矩区和恒功率区。
在基速以下为恒转矩区,驱动电机输出恒转矩;基速以上为恒功率区,驱动电机输出恒功率。在恒功率区,通过弱磁控制电机到达最高转速,因此也称弱磁区。转速范围要覆盖整个恒转矩区和恒功率区。在调速范围,要具备快速的转矩响应特性。永磁无刷直流电机转矩密度较高,但它在恒功率区很难高速运行,限制了其最大的调速范围。感应电机易实现恒功率区弱磁升速,也得到较广泛的应用。从电动汽车的行驶工况可以看出,驱动电机不只工作在额定点,因此要求电机在整个转矩-转速特性区内都要有高效率,这对电机设计是很困难的。因此,选用电机时应使其在频繁工作区有高效率。
图3-2所示为一台具有不同转速比(驱动电机最高工作转速与额定转速的比值x,x=2,4,6)的60kW电机的转速-转矩特性曲线。显然该电机具有大范围恒功率区域,其最大转矩能显著提高,除了加速和爬坡性能得以改善,传动装置也可简化。但是,每种型式的电机都有其固有的最高转速比的限值。例如,由于有永磁体,磁场难以衰减,因此永磁电机具有较小的转速比(x<2);对于开关磁阻电机,其转速比可大于6;对于异步电机,其转速比约为4。
图3-2 具有转速比为2、4和6的60kW电机的转速-转矩特性曲线
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