【电动汽车资源网EV江湖 雷洪钧】研发电动汽车存在三个技术瓶颈,一是动力电池及BMS、二是电机及电力电子控制器、三是整车控制器。要攻克这些技术难题,必须学习一些新的知识,而这些知识对传统汽车的工程师而言,是比较缺乏的。所以说要搞电动汽车的机械工程师必须补上“电机及电力电子”这方面的专业知识。
一、典型电动汽车的基本结构
电动汽车系统可分为三个子系统,即电驱动子系统、主能源子系统和辅助控制子系统。典型电动汽车的基本结构如图1所示。
图1 典型电动汽车的基本结构
其中,电驱动子系统又由电控单元、功率转换器、电动机、机械传动装置和驱动车轮组成;主能源子系统由主电源、电源管理系统和充电系统构成;辅助控制子系统具有动力转向、温度控制和辅助动力供给等功能。电驱动总成通过机、电、热接口和信号通讯与整车联系起来。
二、电动汽车节能的基本原理
传统汽车的能量转换和传递是单向的,燃油发动机的燃油经过化学反应燃烧变成机械能,并通过变速箱传递机械能以后,再想变回去是不可能的,如果不用的话,就全部浪费掉了。目前燃油汽车节能措施主要有,尾气热量回收再利用技术,比如:涡轮增压技术等,但是提升空间极为有限。
而电动汽车的电机能量转换和传递可以是双向的。驱动电机既能把电能变成机械能用于开车,也把汽车制动能量(机械能)通过电机变成电能,即能把机械能变成电能存储起来,再利用。汽车动力电池可以把电网晚上的电存起来,第二天的白天可以反馈到电网,给其他设备用。基本结论是,发展电动汽车比传统汽车更节能、更环保,且提升空间更大。
三、电机及电力电子的发展方向
1)永磁电机是市场的主导者
电机是电能变机械能的设备。电机结构原理是有一个转子和定子。工作原理是转子和定子里有导线绕组,通电后会产生彼此作用的励磁磁场,于是转子就能转动起来了。与励磁电机的最大区别在于,永磁电机的磁场是由永磁体产生的。永磁体在电机中既是磁源,又是磁路的组成部分。说得通俗一点,永磁电机内部已经有了磁源,而感应电机的磁源是导线绕组通电以后才有的。这个优点对电动汽车而言,是不言而喻的。目前我们国家的新能源汽车驱动电机的85%到90%已经是永磁电机了。
2)永磁电机发展方向:
①永磁电机主要有集中绕组和分布绕组之分,增加极对数,减少其几何尺寸;
③增加电机的转速,减少其几何尺寸;
③发明新材料,减少其几何尺寸;
④高速电机需要开发,比如:1.8万转甚至2万转的电机。
3)电机控制器发展方向:
①功率电子元器件是从硅基低压MOSFET到高压IGBT;
②功率电子器件的开关频率需要也是越来越高;
③多功能集成,如:充电和驱动共享模块,一个功率模块来完成驱动和充电双功能;
④未来是第三代宽禁带功率半导体。
三、电动汽车的发展方向
①未来电动汽车既可以充电,也可以作为电源使用。目前已经开始开展标准讨论。
②未来电动汽车是智能化的。未来的车载电驱动系统也应该是智能化的。中国智能汽车技术目前已经比较前沿了。
③未来电动汽车具有飞起来的功能。这个汽车,中国已经开始布局研发了。
电机及电力电子水平高低,自然决定电动汽车水平的高低。电机及电力电子的科技含量提升是会很快的,电动汽车的变化也是很快的。
(来源:电动汽车资源网EV江湖 雷洪钧)
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