电动汽车电机及其控制器

　　全球范围看，有刷直流电机、一般同步电机、感应电机与有刷磁铁电机商品化历史最长，产品更新换代不断，迄今还在应用。上世纪80年代开始进入商品化的表面永磁同步电机与1990年代以来研制开发的开关磁阻电机、内置式永磁同步电机以及最新的同步磁阻电机相继进入市场，并在电动汽车与混合动力汽车上获得应用。

　　根据电动汽车、混合动力车车型的开发应用年代，日本的产业水平与市场偏好，成本核算等方面考虑，先采用感应电机，而近几年来在批量生产的日本电动汽车车型上以采用永磁同步电机为主流。

　　近年来美、欧开发的电动汽车多采用交流感应电机。其主要优点是价格较低，性能可靠;缺点是起动转矩小。日本近年来问世的电动汽车与新型混合动力车大多采用永磁电机。其主要优点是效率比交流感应电机高，但价格较贵。永磁材料耐热温度低于120℃，而开关磁阻电机(SRM：Switched Reluctance Motor)结构新型、简单、起动性能好，无大的冲击电流，但噪声大。

　　在驱动电机系统的驱动方式与控制方面，车辆的电机驱动系统的驱动方式可分为集中驱动与车轮独立驱动。集中驱动结构简单，可以沿用内燃机汽车的部分传动装置，是目前应用最多的电驱动方式，容易处理电机冷却、防振以及电磁干扰等问题。但是集中驱动传动系统复杂、传动效率低，不能对两侧驱动轮转矩进行单独控制，影响车辆的操纵稳定性。

　　车轮独立驱动的范例是三菱汽车公司应用开发的轮毂电机电动汽车，和日产汽车公司开发的轮毂电机电动汽车。车轮独立驱动的优点是简化传动系统，布置方便;由于每个电机可以单独控制，能实现车轮驱动力的单独调节和施加横摆力矩控制，容易实现车辆底盘系统的电子控制，改善车辆驱动性能和行驶性能。但轮毂电机驱动系统会使车轮质量过大，对于整车动力性能造成影响，还可能带来其它问题，如电机散热、防水、防尘难度大等。

　　正因为上述问题，三菱在推出新一代电动汽车“iMiEV”时，不再采用轮毂电机，仍采用集中驱动系统，驱动电机采用永磁电机。

　　至于电机驱动系统的控制，涉及到电压波形与调制率控制、矩形波电压相位控制、直流电流失调反馈(DC offset feedback)控制，与可变电压系统控制。此外，在电机控制的硬件方面，例如混合动力车用电机控制在100us 程度的抽样周期中必须进行多项控制计算，再加上保险失效处理功能(fail safe)，其编制程序极其繁复。

　　从驱动系统的实际应用中，因为仍以传统的集中驱动方式作为主流，而永磁电机由于其优点突出，在日本纯电动汽车与混合动力车上得到更多应用。而从成本角度来看，采用集中驱动可以尽可能沿用基型车的车身和悬架而降低成本，往往比采用轮毂电机驱动系统成本低。而iMiEV 纯电动车采用传统的集中驱动系统，即驱动方式通过减速器、差速器、驱动轴把电机输出扭矩传递到左右车轮，驱动车辆行驶。

　　我国电驱动系统新技术层出不穷，在“863计划”项目的支持和推动下，我国驱动电机技术进步较快。目前，比较常见的两类是永磁电机和异步电机。部分企业、研究单位和高校还对一些新原理的电机系统，如基于双机械端口电机的电力无极变速系统(EVT)，混合励磁电机系统等进行了探索。我国在一些驱动电机共性基础技术上，如满足各种整车封装需求的电机转子位置传感器、绝缘材料和永磁材料技术取得了突破，并在已经上路的电动汽车上得到了良好应用。

　　我国自主开发的驱动电机性能取得明显进步，重量比功率超过3300W/kg，最高效率超过93%。电机峰值效率≥97%、高效区(≥80%)电机效率≥85%，技术指标接近国际先进水平。

　　我国自主开发的永磁无刷电机、交流异步电机和开关磁阻电机实现了整车小批量配套能力，产品实现了系列化，功率覆盖了200kW以下民用电动汽车范围。电机企业通过多渠道筹集资金，加强与上下游企业合作，正在积极完善产业链建设。精进电动、上海电驱动、南车时代、湘潭电机、中山大洋、襄樊特种电机、比亚迪等企业通过多年技术积累或技术移植，目前纷纷投入进行电机生产能力建设，已具备一定的配套能力。

　　虽然我国驱动电机新技术层出不穷，在有些关键技术上也取得了突破，但总体而言我国驱动电机产业化进程较慢。做出样机的企业较多，有的也进行了台架试验和装车，但能够实现批量供货的企业较少。存在问题：

　　1、高性能电机供应链的高技术挑战：

　　永磁体、硅钢片和防电晕电磁线等只有极少数供应商能满足要求;温度、位置传感器和轴承主要依赖进口;带水道、油路的壳体制造水平较低。

　　2、控制器的技术挑战：

　　电容、IGBT/MOSFET开关管、DSP、电子芯片/集成电路主要依赖进口;专用电路、传感器、接插件等我国制造能力较弱;电源、二极管、电感、多层电路板、绝缘线、散热器、壳体等我国可自主制造。目前，短时间内。我国电机控制器的质量、价格难有全球竞争实力。

　　我国存在驱动电机产业化优势。我国是电机制造及应用大国，有较好的工业基础。但对电动汽车用电机，起步时间不长，尚需要从汽车应用的角度入手，整车厂与电机厂共同携手研究制造出满足汽车专用电机我国人力资源丰富，具有丰富的稀土资源，为电机业的发展提供了很好的环境。我国车用电机在全球资源条件下具有明显的比较优势，相对较易进人全球分工体系。