【正文】 價(jià)格低和能高倍率放電，因此是目前唯一能大批量生產(chǎn)的電動(dòng)汽車(chē)用電池。上面提到的問(wèn)題也就是電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電池性能的要求，能夠很好的解決是當(dāng)今各大汽車(chē)廠商和研究院研究的重點(diǎn)。除此之外，動(dòng)力轉(zhuǎn)向、真空助力器、主動(dòng)（半主動(dòng)）懸架以及其他一些車(chē)載電器使用也受到限制。5. 汽車(chē)附件的使用受到限制。一輛載容量20人的輕型電動(dòng)客車(chē)電池組的價(jià)格高達(dá)2萬(wàn)元人民幣，以現(xiàn)有電池的循環(huán)壽命（假定為800次充放電循環(huán)）計(jì)算，電動(dòng)汽車(chē)行駛6萬(wàn)km就需更換電池。由于電池性能差，電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性能無(wú)法達(dá)到當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的水平。3. 有限的續(xù)駛里程與汽車(chē)動(dòng)力性能。2. 過(guò)重的電池組。h/kg。要使電動(dòng)汽車(chē)具有競(jìng)爭(zhēng)力，就要開(kāi)發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長(zhǎng)的高效電池。圖7 電動(dòng)汽車(chē)能源管理系統(tǒng) 電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電池性能的要求電池是電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力源泉，也是一直制約電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵因素。一輛設(shè)計(jì)優(yōu)良的電動(dòng)汽車(chē)，除了有良好的機(jī)械性能、電驅(qū)動(dòng)性能、適當(dāng)?shù)哪芰吭矗措姵兀┩?，還應(yīng)該有一套維持電動(dòng)車(chē)所有蓄電池組件的工作，并使其處于最佳狀態(tài)；采集車(chē)輛的各個(gè)子系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行監(jiān)控和診斷；控制充電方式和提供剩余能量顯示等職責(zé)的能量管理系統(tǒng)。隨著MCT性能的繼續(xù)提高并達(dá)到商用時(shí),MCT必將成為電氣系統(tǒng)功率控制器的首選器件。(2)應(yīng)用交流電機(jī)是電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必然發(fā)展趨勢(shì),直流電機(jī)的應(yīng)用逐漸減少,感應(yīng)電機(jī)應(yīng)用廣泛,永磁同步電機(jī)的應(yīng)用最具有發(fā)展前景,開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的應(yīng)用值得特別重視。本樣車(chē)驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)物如圖6所示。在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)芯片常常會(huì)發(fā)生擊穿，甚至驅(qū)動(dòng)控制芯片損壞，所以設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意它們之間的參數(shù)關(guān)聯(lián)性，具體需要注意的問(wèn)題參見(jiàn)IR公司的設(shè)計(jì)指南DT98一2。它主要包括光藕隔離、驅(qū)動(dòng)控制芯片和驅(qū)動(dòng)芯片。圖4 電氣控制系統(tǒng)框圖電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)配置如圖5所示，其中兩個(gè)10000pF，耐壓200V電容作為蓄電池的濾波電容，能在電動(dòng)汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)起到瞬間提供大電流，蓄電池電壓穩(wěn)定的作用。 樣車(chē)的電氣控制系統(tǒng)圖3 實(shí)驗(yàn)室用樣車(chē)圖片樣車(chē)的電氣控制系統(tǒng)主要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、輪轂式無(wú)刷直流電機(jī)、外部指令輸入及電機(jī)信號(hào)反饋電路、主控電路和蓄電池組成。前面還出現(xiàn)的智能控制技術(shù),如模糊控制,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專(zhuān)家系統(tǒng)也開(kāi)始應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。另外,速度傳感器的存在不但使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而且也增加了系統(tǒng)的成本,降低了可靠性。通常的控制系統(tǒng)往往安裝有速度傳感器,以獲得必要的反饋信息。采用矢量控制,對(duì)定子電流兩分量實(shí)行解耦,可以象直流電機(jī)那樣分別控制轉(zhuǎn)矩和磁通,獲得快速響應(yīng)和精確控制的高性能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。但是電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及控制有其自身的特點(diǎn),如要求電機(jī)能夠工作在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū),并同時(shí)保持高效率、調(diào)速范圍大、動(dòng)態(tài)性能要求高等等。近幾年,出現(xiàn)了許多現(xiàn)代控制技術(shù)。但是,對(duì)高性能的電動(dòng)汽車(chē),除了要研究先進(jìn)的電動(dòng)機(jī)外,還要研究先進(jìn)的電機(jī)控制方法。 電動(dòng)汽車(chē)電氣系統(tǒng)的控制技術(shù)控制技術(shù)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)性能有非常大的影響,同一臺(tái)電機(jī)由于控制方式不同,輸出也就大不相同。電力晶體管(BJT)、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)在電動(dòng)汽車(chē)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中已得到了廣泛的應(yīng)用,但電力晶體管 (BJT)正逐漸被絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)取代。絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)把電力晶體管與功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管集成在一個(gè)芯片面上,構(gòu)成一種新的符合器件,它綜合了電力晶體管與功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的優(yōu)點(diǎn),具有輸入阻抗高、工作速度快、通態(tài)電壓低、驅(qū)動(dòng)電流小、耐壓高和承受電流大、安全工作區(qū)寬、性能穩(wěn)定、工作可靠性大等優(yōu)點(diǎn)。電力晶體管(BJT)是一種三層的雙極型全控器件,具有控制方便、開(kāi)關(guān)時(shí)間短、高頻特性好、通態(tài)壓降低等優(yōu)點(diǎn)。 功率半導(dǎo)體器件 隨著微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)的共同發(fā)展,新一代高頻化、全控型的功率集成半導(dǎo)體器件不斷出現(xiàn),如:可關(guān)斷晶閘管(GTO)、電力晶體管(BJT)、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)、MOS柵控晶閘管(MCT)、靜電感應(yīng)晶體管(SIT)和靜電感應(yīng)晶閘管(SITH)等。目前,電動(dòng)汽車(chē)普遍采用脈寬調(diào)制(PWM)方式的逆變器,理論上開(kāi)關(guān)頻率大于18KHz就能除去音頻噪聲,在實(shí)際操作中,開(kāi)關(guān)頻率一般選擇10KHz也基本能滿足對(duì)逆變器效率、噪聲和電磁干擾的要求。額定電流大小取決于電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功率和并聯(lián)的功率器件數(shù)量,以及器件工作溫度的限制和其它安全因素,多個(gè)功率器件并聯(lián)時(shí),額定電流可以選擇較小一些。額定電壓的確定取決于蓄電池的額定電壓、充電電壓和再生充電的最大允許電壓。表1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)在部分電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品的應(yīng)用表2 電動(dòng)汽車(chē)常用驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能比較功率半導(dǎo)體器件特性對(duì)電動(dòng)汽車(chē)可靠性有很大的影響,在現(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,根據(jù)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求,深入了解器件的性能、選擇合適的器件、提高功率變換器的效率對(duì)設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有重要的意義。能夠滿足以上所述特性的電動(dòng)機(jī)才適合作為電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用的電動(dòng)機(jī)?？紤]到環(huán)境和乘坐舒適性，人們都是期望噪聲盡可能的小。在電動(dòng)機(jī)單體中，能夠滿足必要的轉(zhuǎn)矩特性。務(wù)必使一次充電的續(xù)航里程盡可能的長(zhǎng)，尤其是行駛模式變換頻繁的輕負(fù)載的情況下，電動(dòng)機(jī)和控制裝置的總效率也需要進(jìn)一步提高。這里，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)用電動(dòng)機(jī)所要求的主要特性做一個(gè)歸納和整理。 最理想的電動(dòng)機(jī)電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用的電動(dòng)機(jī)，通過(guò)從電池中獲取的有限的能量產(chǎn)生動(dòng)力，所以要求其在各種環(huán)境下的效率都要很好。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在今后電動(dòng)汽車(chē)上的應(yīng)用仍值得特別關(guān)注。 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是一種由磁阻電機(jī)與電子開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)控制電路組成一體的新型調(diào)速電機(jī),電機(jī)兼有直流和交流調(diào)速的優(yōu)點(diǎn),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、堅(jiān)固、成本低、可靠性高、起動(dòng)性好,適合于頻繁正反轉(zhuǎn)及沖擊負(fù)載等工況條件。與前兩種電機(jī)相比,永磁同步電機(jī)系統(tǒng)效率較高,電機(jī)體積較小、重量較輕、功率密度大、可靠性高和免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。 無(wú)刷直流電機(jī)顯著的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)電刷,消除了由于電刷帶來(lái)的許多問(wèn)題,但驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比較復(fù)雜,通常采用方波電流控制的無(wú)刷直流電機(jī)比較容易實(shí)現(xiàn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制,效率高,在相同轉(zhuǎn)速下,電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩比三相永磁同步電機(jī)的大15%,但電機(jī)的工作噪聲和輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)都比三相永磁同步電機(jī)大。變頻變壓控制VVVF與磁場(chǎng)定向矢量控制FOC是兩種常用的控制技術(shù),另外直接轉(zhuǎn)矩控制 (DTC)也是一種很有前途的感應(yīng)電機(jī)控制技術(shù)。 與直流電機(jī)相比,三相鼠籠式感應(yīng)電機(jī)不僅具有低成本、高效率、可靠性好、免維護(hù)、易冷卻和結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)可靠等優(yōu)點(diǎn),而且通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂萍夹g(shù)使得它可獲得類(lèi)似于直流電機(jī)的良好的調(diào)速特性,因而在電動(dòng)汽車(chē)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。電刷在工作中產(chǎn)生的電磁輻射干擾,對(duì)車(chē)輛的電子控制系統(tǒng)也產(chǎn)生一定的影響,因而在現(xiàn)代高性能電動(dòng)汽車(chē)上的應(yīng)用正逐漸減少。圖2 電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)分類(lèi) 有刷直流電機(jī)有刷直流電機(jī)采用斬波控制器的控制方式,控制技術(shù)簡(jiǎn)單、成熟,成本低,但效率低、體積大、比功率低等缺點(diǎn)。電動(dòng)汽車(chē)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求與常規(guī)工業(yè)電機(jī)不同,工業(yè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)通常優(yōu)化在額定的工作點(diǎn),一般只根據(jù)典型的工作模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。 (8)單位功率系統(tǒng)成本低,目前電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本約為$10/kw,其目標(biāo)要達(dá)到$4/kw。在多電機(jī)系統(tǒng)中,要求電機(jī)可控性高、穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)特性好。 (5)再生制動(dòng)時(shí)的能量回收率高。 (2)電機(jī)的調(diào)速范圍大,一般在25%～100%最大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),近似有小轉(zhuǎn)矩、恒功率的輸出特性,滿足電動(dòng)汽車(chē)最高車(chē)速和公路巡航行駛工況的要求。功率轉(zhuǎn)換器在驅(qū)動(dòng)和能量再生程中,對(duì)能量源和電機(jī)之間的能量流進(jìn)行調(diào)節(jié)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)是電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換裝置。所以本論文將挑選電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、電動(dòng)轉(zhuǎn)向、制動(dòng)及其他系統(tǒng)進(jìn)行研究與闡述，并借助于仿真模型Simulink控制軟件在電動(dòng)汽車(chē)上作一項(xiàng)簡(jiǎn)單仿真運(yùn)用。那研究電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)就得從上面談到的各個(gè)方面著手。電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的最大不同點(diǎn)。此外，上汽、東風(fēng)、吉利、廣汽豐田、東風(fēng)日產(chǎn)等車(chē)企也都表示會(huì)在今年推出新能源車(chē)。預(yù)售價(jià)在30萬(wàn)元左右。目前對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的民用，絕大多數(shù)是混合動(dòng)力汽車(chē)，比如豐田的普銳斯和比亞迪的FF6等。 我國(guó)在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的差距小于傳統(tǒng)汽車(chē)的差距，但國(guó)外著名的研發(fā)機(jī)構(gòu)、大學(xué)以及跨國(guó)公司的企業(yè)集團(tuán)，在汽車(chē)領(lǐng)域的研究工作具有深厚的積累，在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域開(kāi)展過(guò)大量卓有成效的研究開(kāi)發(fā)工作，具有先進(jìn)的開(kāi)發(fā)手段和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 國(guó)內(nèi)外的電動(dòng)汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)研究的現(xiàn)狀及應(yīng)用為擴(kuò)大汽車(chē)消費(fèi)，加快汽車(chē)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整