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<    據(jù)中汽協(xié)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2012年我國新能源汽車產(chǎn)量為12552輛，其中純電動汽車11241輛、插電式混合動力汽車1311輛。全年銷售新能源汽車12791輛，包括純電動汽車11375輛、插電式混合動力汽車1416輛。而2012年純電動汽車產(chǎn)銷量分別比上年增長98.8%和103.9%，業(yè)內(nèi)認為這是新能源車長期向好的標志。

    我國汽車工業(yè)發(fā)展迅速，目前已成為全球汽車制造業(yè)第一大國。新能源汽車電子技術(shù)作為汽車工業(yè)的核心競爭力之一，正越來越多地受到各整車企業(yè)的重視，也為我國汽車工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供了新的發(fā)展動力和契機。突破新能源汽車電子關(guān)鍵技術(shù)，對于打破國外供應(yīng)商在新能源汽車核心零部件的壟斷，提升我國自主品牌汽車競爭力，具有重要的戰(zhàn)略意義。

    為解決技術(shù)瓶頸，支撐新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，工業(yè)和信息化部從電控關(guān)鍵技術(shù)入手，通過電子發(fā)展基金設(shè)立“新能源汽車電子控制系統(tǒng)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”項目，投資總額近2億元，重點突破了動力總成控制系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，研制出相應(yīng)產(chǎn)品，取得積極成果，并形成產(chǎn)業(yè)化能力。

    電機驅(qū)動及控制系統(tǒng)是由兩部分組成——電機、控制器，控制器是電機驅(qū)動及控制系統(tǒng)核心部分?？刂破魇怯呻娏﹄娮悠骷ㄈ鏘GBT功率模塊）構(gòu)成的逆變器、逆變驅(qū)動器、電源模塊、中央控制模塊、信號檢測模塊、軟啟動模塊、保護模塊、機械結(jié)構(gòu)、散熱系統(tǒng)等構(gòu)成。

    一、電機及控制系統(tǒng)簡介

    1、電機驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    驅(qū)動電機系統(tǒng)是新能源車三大核心部件之一。電機驅(qū)動控制系統(tǒng)是新能源汽車車輛行使中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動特性決定了汽車行駛的主要性能指標，它是電動汽車的重要部件。電機驅(qū)動系統(tǒng)主要由電動機、功率轉(zhuǎn)換器、控制器、各種檢測傳感器以及電源等部分構(gòu)成。

    典型的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)，由電池供電給逆變器，通常會有一個變速箱來帶動整個車輛。這個控制系統(tǒng)帶有傳感器，控制器現(xiàn)在都發(fā)展成數(shù)字化，電動機的變化不是很多。驅(qū)動系統(tǒng)其主要功能是使電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，并將能量傳遞到車輪使車輛行駛。
 
    新能源汽車用驅(qū)動電機系統(tǒng)主要分為交流異步電動機、永磁同步電動機和開關(guān)磁阻電動機三種。電動機系統(tǒng)集成有兩種方式，一種是電動機跟發(fā)動機結(jié)合，一種是電動機跟變速箱結(jié)合。還有一種趨勢是做電力電子的集成，現(xiàn)在驅(qū)動控制器產(chǎn)品中，國際最高水平是17.2 kW。采用混合電力電子集成技術(shù)，核心是采用高功能集成模塊，采用新型薄膜電容一體化的技術(shù)。
圖1 電機控制系統(tǒng)
 
      2、電機本體結(jié)構(gòu)及各類型對比

    （1）電機本體機構(gòu)

    以三相異步電動機為例說明

    定子部分：1）定子鐵心：由導(dǎo)磁性能很好的硅鋼片疊成——導(dǎo)磁部分；2）定子繞組：放在定子鐵心內(nèi)圓槽內(nèi)——導(dǎo)電部分；機座：固定定子鐵心及端蓋，具有較強的機械強度和剛度。
定子部分：1）轉(zhuǎn)子鐵心：由硅鋼片疊成，也是磁路的一部分；2)轉(zhuǎn)子繞組；a鼠籠式轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子鐵心的每個槽內(nèi)插入一根裸導(dǎo)條，形成一個多相對稱短路繞組；b繞線式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子繞組為三相對稱組，嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)。

    氣隙：異步電動機的氣隙是均勻的，大小為機械條件所能允許達到的最小值。
 
 
  圖2 電機體體主要部件拆分圖（以三相異步電動機為例）

    （2）電機分類及其對比分析

    電動汽車動力總成由驅(qū)動系統(tǒng)和電源系統(tǒng)組成。驅(qū)動系統(tǒng)尤其是驅(qū)動電機的性能決定了電動車的動力性能，屬電動車的核心部件；電源系統(tǒng)的性能決定了電動車的續(xù)駛里程、運行成本、推廣應(yīng)用價值。因此，研制高性能的驅(qū)動系統(tǒng)和電源系統(tǒng)是突破電動汽車技術(shù)的關(guān)鍵。

    目前，國內(nèi)外用于電動汽車的驅(qū)動電機主要有交流異步感應(yīng)電機、開關(guān)磁阻電機、永磁同步電機。分別介紹如下：

    ①交流異步電機

    交流異步電機是矢量控制技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了交流電機的變頻控制，解決了交流電機控制難的問題，顯示了交流電機結(jié)構(gòu)簡單、效率高、可靠性高、轉(zhuǎn)矩脈動小、噪聲小、轉(zhuǎn)速高、體積小、易維護的優(yōu)勢，同時也使交流電機具有了類似于直流電機的優(yōu)良性能。交流電機是目前技術(shù)相對較成熟的驅(qū)動電機，但交流電機輕載效率低，解決電池向電機大電流供電以提高運行效率，并保持矢量控制下的快速動態(tài)響應(yīng)是需要進一步解決的技術(shù)難題。

    ②永磁同步電機

    永磁電機主要指三相永磁同步電機和無刷直流電機。永磁電機在各類驅(qū)動電機中，具有功率密度高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活等優(yōu)點。但由于永磁電機轉(zhuǎn)子為永磁體，無法調(diào)節(jié)，必須通過調(diào)節(jié)定子電流、增加定子電流去磁分量來削弱磁場，這就使定子電流增大，銅耗增加。同時，磁性能受溫度、振動等因素的影響，如果工作范圍選擇不當(dāng)，存在高溫退磁，電機運行有失步現(xiàn)象。過載能力受控制器的限制，電機制造工藝需深入探索、磁鋼價格較高等都是需要從技術(shù)上實現(xiàn)突破的關(guān)鍵。由于我國占有全世界80%的稀土資源，隨著銣鐵錋材料性能的研究提高，以及電機設(shè)計、制造技術(shù)的不斷完善和制造成本的不斷下降，永磁電機的應(yīng)用前景會逐步好轉(zhuǎn)。

    為了充分發(fā)揮永磁電機的優(yōu)勢，克服其缺點，目前國內(nèi)外開展了永磁混合電機的研制，從原理上主要有①永磁和磁阻混合：把永磁嵌入轉(zhuǎn)子的磁回路中，永磁電機同時產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩和同步磁阻；另一類是把永磁體和開關(guān)磁阻結(jié)構(gòu)結(jié)合，產(chǎn)生另一種永磁和磁阻混合電機，即雙凸電機。其具有高功率密度、高效率和寬轉(zhuǎn)速范圍調(diào)節(jié)等優(yōu)點。②永磁轉(zhuǎn)矩和磁滯轉(zhuǎn)矩組合：其結(jié)構(gòu)是把永磁體嵌入磁滯環(huán)內(nèi)表面的槽中，這種電機啟動轉(zhuǎn)矩高、運行平穩(wěn)、噪聲低。另一種是把永磁體置于轉(zhuǎn)子內(nèi)，直流勵磁繞組放在定子上，通過控制勵磁電流的大小和方向，很容易調(diào)節(jié)電機氣隙磁通，以得到滿足電動汽車驅(qū)動要求的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性。

    ③開關(guān)磁阻電機

    開關(guān)磁阻電機由電磁阻電機和開關(guān)電路控制器組成的機電一體化的新型調(diào)速電機。它由可變磁阻步進電機直接衍生而來。電機工作時，依次使定子線圈中的電流導(dǎo)通或截止，電流變化形成的磁場吸引轉(zhuǎn)子的凸極而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子上沒有繞組、磁鋼或滑環(huán)，結(jié)構(gòu)簡單，可在較寬轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)高效運行，可靠性高，啟動和調(diào)速性好，控制簡單，成本低。但該類電機磁極端部嚴重磁飽和以及溝槽的邊緣效應(yīng)，使其設(shè)計和控制都非常困難，且轉(zhuǎn)矩波動大、噪聲大、需要位置傳感器檢測等，使該類電機的應(yīng)用受到很大的限制。

    ④各類電機性能比較

    針對上述3 類驅(qū)動電機的技術(shù)特點，美國、歐洲多數(shù)國家傾向于采用交流電機；日本多采用無刷直流永磁電機；德國、英國著力開發(fā)開關(guān)磁阻電機。國內(nèi)科研機構(gòu)和電動汽車相關(guān)企業(yè)多以技術(shù)相對成熟的交流電機配置為主，并同時在研制永磁電機方面仍做著努力。從發(fā)展趨勢看，交流電機和永磁電機將成為驅(qū)動電機的兩大主流。

    表1 各類電機性能比較