本書共分9章，概括介紹了世界新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和中國新能源汽車的強勁勢頭和發(fā)展愿景，闡述了對汽車應(yīng)用新能源的要求和分析方法，介紹了新能源的應(yīng)用方式、應(yīng)用理論、主要問題和解決方法等基礎(chǔ)知識，以圖文結(jié)合的方式系統(tǒng)介紹了現(xiàn)代電動汽車儲能裝置、驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)；純電動汽車、混合動力汽車、新氫燃料電池汽車、代用燃氣汽車和醇類燃料汽車、太陽能汽車、壓縮空氣汽車、及其基本結(jié)構(gòu)與工作原理。本書可作為汽車工程類本科、高職高專教材使用；也可做為汽車工程技術(shù)人員、新能源汽車培訓(xùn)教師參考用書；同時適合廣大對新能源汽車技術(shù)關(guān)注的社會人士閱讀。

傳統(tǒng)汽車的動力來源于發(fā)動機， 電動汽車以電機驅(qū)動系統(tǒng)代替了發(fā)動機作為動力來源，電動汽車中的燃料電池電動汽車、混合動力電動汽車和純電動汽車都需要使用電機來驅(qū)動車輪行駛。選擇合適的電機是提高各類電動汽車性價比的重要途徑， 因此研發(fā)或完善能同時滿足車輛行駛過程中的各項性能要求， 并具有堅固耐用、造價低、效能高等特點的驅(qū)動電機顯得極其重要。這也是提高電動汽車性價比而使其盡快普及應(yīng)用、搞好節(jié)能減排工作的有效途徑。電動汽車的動力性能取決千它的電機驅(qū)動系統(tǒng)的性能。

5. 1 驅(qū)動電機概述

電動汽車的電機驅(qū)動系統(tǒng)是車輛行駛中的主要執(zhí)行機構(gòu)， 是電動汽車的重要部件， 其驅(qū)動特性是汽車行駛的主要性能指標(biāo)。驅(qū)動電機的作用是將電源的電能轉(zhuǎn)化為機械能， 通過傳動裝置或直接驅(qū)動車輪和工作裝置。目前電動汽車上廣泛采用直流串勵電機， 這種電機具有 “軟＂ 的機械特性， 與汽車的行駛特性非常相符。

電動汽車電機調(diào)速控制裝置是為電動汽車的變速和方向變換等設(shè)置的， 其作用是控制電機的電壓或電流， 完成電機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向的控制。

5.1.1 電動汽車驅(qū)動電機的運行模式

電動汽車的驅(qū)動電機可兼作電動機和發(fā)電機運行。

1．電動模式

在電動模式時驅(qū)動電機將電能轉(zhuǎn)換成機械能。

1)逆變器從電池獲取功率， 電池放電。
2)電機從逆變器獲取電功率。3)電機輸出機械能， 電機轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速同向， 電機驅(qū)動車輛。

2. 發(fā)電模式

發(fā)電模式時電機將機械能轉(zhuǎn)換成電能。

1)車輛帶動電機， 電機力矩與轉(zhuǎn)速反向， 軸上輸入機械能。
2)電機輸出電能。3)逆變器輸出直流電， 電池充電。

5.1. 2 電動汽車驅(qū)動電機的種類與工業(yè)用電機的區(qū)別

電動汽車的驅(qū)動電機通常要求能適應(yīng)汽車的頻繁起動／停車、加速／減速， 低速或爬坡時要求高轉(zhuǎn)矩， 高速行駛時要求低轉(zhuǎn)矩， 并且要求變速范圍大， 而工業(yè)電機通常優(yōu)化在額定的 工作點， 因此用于電動汽車的驅(qū)動電機與常規(guī)的工業(yè)電機不同。電動汽車驅(qū)動電機比較獨特， 應(yīng)單獨歸為一類， 對它們在負載、技術(shù)性能和工作環(huán)境等方面有著特殊的要求。電動汽車驅(qū)動電機與工業(yè)用電機的區(qū)別如下：

1)電動汽車驅(qū)動電機需要有4 ~5倍的過載， 以滿足短時加速或爬坡的要求；而工業(yè)電機只要求有2倍的過載即可。

2)電動汽車的最高轉(zhuǎn)速要求達到在公路上行駛時基本速度的4 ~5倍；而工業(yè)電機只需要達到恒功率時基本速度的2倍。

3)電動汽車驅(qū)動電機需要根據(jù)車型和駕駛?cè)说鸟{駛習(xí)慣設(shè)計；而工業(yè)電機只需根據(jù)典型的工作模式設(shè)計。

4)電動汽車驅(qū)動電機要求有高的功率密度和好的效率圖（在較寬的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)都有較高的效率），從而能夠降低車重， 延長續(xù)駛里程；而工業(yè)電機通常對功率密度、效率和成本進行綜合考慮， 在額定工作點附近對效率進行優(yōu)化。

5)電動汽車驅(qū)動電機要求工作可控性高、穩(wěn)態(tài)精度高、動態(tài)性能好；而工業(yè)電機只有某一種特定的性能要求。

6)電動汽車驅(qū)動電機被裝在機動車上， 空間小， 工作在高溫、壞天氣及頻繁振動等惡劣環(huán)境下；而工業(yè)電機通常在某一個固定位置工作。

要使電動汽車具有良好的使用性能， 驅(qū)動電機應(yīng)具有較寬的調(diào)速范圍及較高的轉(zhuǎn)速、足夠大的起動轉(zhuǎn)矩， 還要具有體積小、質(zhì)量小、效率高、動態(tài)制動性強和能量回饋的性能。目前在電動汽車上巳應(yīng)用的和有應(yīng)用前景的電機有直流電機、交流電機、永磁無刷電機和開關(guān)磁阻電機。還有不少研究機構(gòu)正在研究超導(dǎo)電機在電動汽車上的應(yīng)用。表5-1為現(xiàn)代電動汽車用驅(qū)動電機的性能比較。

表5-1 現(xiàn)代電動汽車用驅(qū)動電機的性能比較

5.1. 3 電動汽車驅(qū)動電機的要求

電動汽車上使用的電機個數(shù)很多，種類也不盡相同，可以說電機及其控制器是電動汽車的心臟。根據(jù)電動汽車電機是否直接用于驅(qū)動電動汽車行駛，可以將其分為驅(qū)動電機和輔助電動機。

驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)（電機驅(qū)動系統(tǒng)）是電動車中最為關(guān)鍵的系統(tǒng)，其類型和運 行性能決定了電動車的運行性能。驅(qū)動電機的功能是在駕駛?cè)说牟僮飨?，能夠按照駕駛?cè)说囊鈭D高效地將電能轉(zhuǎn)化為電動汽車車輪的動能，或者相反，將電動汽車車輪動能轉(zhuǎn)化為電能。

非驅(qū)動電機輔助電動汽車安全可靠地運行，并改善乘坐的舒適度。例如，散熱風(fēng)扇保證控制器或其他部件在適宜運行的工況下，穩(wěn)定可靠地運行；電動轉(zhuǎn)向泵使車輛轉(zhuǎn)向更加靈敏安全；電控空調(diào)系統(tǒng)控制電動汽車內(nèi)溫度，在炎炎夏日給人帶來清涼?？梢哉f，非驅(qū)動電機也是電動汽車中必不可少的部件，沒有非驅(qū)動電機，電動汽車的安全可靠運行和舒適乘坐將難以保證。

由于電動汽車本身的特殊性，對電機也提出了特殊的要求。主要包括：安全性好，可靠 性高，穩(wěn)定性強，壽命長，價格低，體積小，質(zhì)量小，效率高。驅(qū)動電機作為動力源，安裝在機動車上，處于空間小、溫差變化大、振動劇烈的惡劣環(huán)境中，必須滿足各種路況要求：

1)在市區(qū)行駛時，需要頻繁地起動、停車、加速、減速，因此要求電動汽車的驅(qū)動電機有很好的轉(zhuǎn)矩控制動態(tài)性能。

2)在市區(qū)和市郊兩種不同工況行駛時，電動汽車驅(qū)動電機的速度、轉(zhuǎn)矩變化范圍比較大，這要求驅(qū)動電機既要工作在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，又要運行在恒功率區(qū)。恒轉(zhuǎn)矩運行滿足起動和爬坡，恒功率區(qū)運行用來滿足高速行駛。

3)由于電動汽車車載能源的限制，目前無論是純電動汽車還是燃料電池電動汽車，車載能源是其續(xù)駛能力的關(guān)鍵制約因素，因此要求電動汽車驅(qū)動電機能夠在大范圍內(nèi)保持高效率運行，盡可能地提高其功率密度。這與一般工業(yè)電動機所要求的在額定功率附近高效運行不同。

4)減小驅(qū)動電機的重量、體積，增加與車體的適配性，減小了整車的總重量，擴大了車體可利用空間，增加了乘坐的舒適性。

5) 由于汽車本身運行環(huán)境的惡劣，GB/T18488. 1-2006 規(guī)定在大氣環(huán)境溫度在－20' ~ 400'C時，電機及其控制器能按規(guī)定的定額運行。事實上，汽車本身運行的環(huán)境比這個更惡劣。電動汽車的驅(qū)動電機應(yīng)考慮汽車本身行駛的區(qū)域環(huán)境，如熱帶氣候、雨雪天氣、不同海拔等。

6)瞬時功率高，有一定的過載能力，電動汽車的驅(qū)動電機要求有4 ~5倍的過載能力，以滿足加速和爬坡的需要，這高千工業(yè)要求的2倍過載能力。此外，電機的可靠性要好，需要有一定的抗振能力。

7)驅(qū)動電機應(yīng)重量小、體積小、成本低，而且還應(yīng)考慮產(chǎn)品的實用性，應(yīng)易于產(chǎn)業(yè)化，而且便于拆卸維修。

8)電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)必須符合車輛電氣控制系統(tǒng)的安全性標(biāo)準(zhǔn)和電氣安全標(biāo)準(zhǔn)。

5.1. 4 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成

電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)包括電機驅(qū)動系統(tǒng)與機械傳動機構(gòu)兩大部分。電機驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成如圖5-1所示。它主要由電機、功率轉(zhuǎn)換器、控制器、各種檢測傳感器以及電源（蓄電池組）等組成。電機一般要求具有電動與發(fā)電兩項功能，即有四象限運行特性，按其類型可選用直流、交流、永磁無刷或開關(guān)磁阻等幾種電機。功率轉(zhuǎn)換器按所選電機類型，有DC/DC功率變換器、DC/AC功率變換器等形式，其作用是按所選電機驅(qū)動電流要求。將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電壓等級的直流、交流或脈沖電源。各種檢測傳感器主要有電壓、電流、速度、轉(zhuǎn)矩以及溫度等檢測反饋，其作用是為提高和改善電機的調(diào)速特性。對永磁無刷電機或開關(guān)磁阻電機，還要求有電機轉(zhuǎn)角位置檢測。由于所選電機類型不同。其控制驅(qū)動方式也不同，具體將在后述各節(jié)針對電機類型再作詳細介紹?？刂破魇前瘩{駛?cè)瞬倏v檔位桿、加速踏板和制動踏板等輸入的前進、倒退、起步、加速、制動等信號，以及各種檢測傳感器反饋的信號，通過運算、邏輯判斷、分析比較等適時向功率轉(zhuǎn)換器發(fā)出相應(yīng)的指令，使整個驅(qū)動系統(tǒng)有效運行。

圖5-1 電動機驅(qū)動系統(tǒng)的基本構(gòu)成圖

本文摘編自《新能源汽車技術(shù)概論》，機械工業(yè)出版社出版，經(jīng)出版方授權(quán)發(fā)布。

本書可作為汽車工程類應(yīng)用型本科及高職高專院校的教材；也可作為汽車工程技術(shù)人員、新能源汽車培訓(xùn)教師參考用書；同時適合廣大對新能源汽車技術(shù)關(guān)注的社會人士閱讀。

本書由廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院李艷菲、鄭偉編著。在本書的編寫過程中，編著者做了大量考察研究，參閱引用了一些參考文獻中的內(nèi)容，在此向相關(guān)資料的作者致以誠摯的謝意。