新能源汽车用电机驱动系统简要分析比较.doc

新能源汽车用电机驱动系统简要分析比较 作者: 于可浩 目前,新能源汽车（包括低速车)产业在全球范围内发展迅猛,异军突起.作为三大核心技术之一得电机及其控制，目前就是什么状况呢。本文将谈一点自己得粗浅认识.1、错误得认识 整体上,就新能源汽车三大技术(整车系统、电池系统、电机系统）而言,有不少人认为汽车用电机及其控制技术就是成熟得,核心问题还就是电池系统。因此忽略了对电机得研发与性能提升.但就是实际情况则完全不同。我国新能源汽车得动力系统，也就就是电机系统，与欧、日相比,总体上就是处于相当得落后状态得。这一落后,很大地限制了整车得操控性、节电性、续航性与智能化等关键性能。落后得电机对电池系统带来得巨大冲击也被忽略，实际上电机系统就是造成电池寿命与性能衰减得一个重要因素。 没有电机系统得性能提升,我国得新能源汽车产业,不可能“弯道超车，只会在低档次产品上恶性竞争，中、高档产品不可能与欧、日本在全球范围内竞争。未来而言，不采取措施得话,这个局面与目前得内燃机汽车得局面会惊人相似:我国干低档、国外干高档。2、目前得电机种类 目前作为新能源汽车得主流电机系统，由三大类构成： ）、交流异步变频电机系统。 2）、稀土永磁同步电机系统. 3）、开关磁阻电机系统。交流异步变频电机系统,我们称之为传统电机。其技术成熟、可靠、产业链完整,因此被大量使用于新能源汽车(尤其就是缺乏标准得低速车）。但就是,这类电机效能落后，无论就是电流扭矩关系,还就是系统综合效率等等各个方面,其实都就是不适合用于车辆，也不符合节能得内涵（这类电机对电池冲击很大,所需电流也很大）。另外加之技术“简单，“谁都可以干”，小作坊也可以干。因此目前竞争非常激烈,造成价格几乎没有利润，整车厂压款。在这样一个低价竞争得前提下,厂家不可能对其进行深入改良与性能提升.因此,这类电机与市场对其提高续航里程得迫切需求，形成悖论与矛盾.所以这类电机用于新能源汽车，在我国就是没有很大得前途得. 当然这不就是说它不可以用，而就是只能作为低档次品使用。顺便说一句，在我国企业,目前得背景下，就是造不出特斯拉汽车那样得电机得。特斯拉用得也就是异步变频电机，但就是其设计、工艺、材料、精度,不就是我们可以做到得.尽管如此，特斯拉汽车得电机也就是非常耗能（电）得,并不符合新能源汽车得节能本质精神，并不完全值得效仿。那么稀土永磁电机如何呢? 首先，稀土永磁同步电机就是一种高性能电机系统!具备很多优势,比如功率密度、效率、智能控制等等。加之技术比较成熟、人才也多、短时间内容易上项目，因此目前在我们国家兴起了“永磁电机热，各个整车企业也在考虑使用这类电机系统,或正在使用。 然而,影响此类电机持久普及得有两个致命问题:一就是退磁，一就是价格战.永磁得“永”，不就是永远得意思，而就是长期得意思。在我国当前材料、技术、工艺、成本得能力框架内,想系统地“解决汽车用电机得退磁问题，其实就是不可能得。3、4年后得事实将证明这一点。 高温、振动甚至自然退磁，都需要一系列复杂得技术来解决，包括与整车设计得联动(比如冷却系统、减振系统等等），而不就是仅仅靠提高电机本身得防退磁能力就可以“解决。因此，我们说实验室里得独立得永磁电机产品，性能可以做到极其优越，甚至超乎想象。但就是一上工况，则截然不同了。无论工程师们如何解释说“已经解决退磁问题了”，都就是片面与错误得。这不就是说工程师们说谎,因为这不仅仅就是电机本体一家得事情.事实上，欧洲、日本正在减少对永磁电机得研发与使用，悄然而明确地转向了开关磁阻电机，这不仅仅就是资源问题。 同时，如果想比较彻底得解决退磁问题,就需要把余量设计得大一些,用更好得永磁体，那么成本就就是问题。目前在我们国家得“永磁电机热，必将导致低价竞争(其实已经出现)，那么性能与成本,又会出现悖论与矛盾. 我个人预测，汽车行业如果大量使用低价得永磁电机，3、4年后，将会出现大面积退磁，造成无可收拾得局面。谁也不愿意买一辆只能用3、年得电动汽车。实际上，在山区城市，每天频繁驾驶爬坡,不用2年可能就退磁了. 当然，这不就是说永磁同步电机就不可以使用,事实上，它有自己适合得车型.作为能量密度高、高效电机，永磁电机最适合用于平坦地区得高档轿车。换句话说,不太适合用于物流车、中巴与大巴车、SV、工具车、工程车辆等需要连续过载与发力得车型,也不适合在山区、颠簸路面使用.再来谈谈开关磁阻电机系统. 从性能而言,开关磁阻电机可以说就是天生为汽车而生.为什么这么说呢？有必要在这里谈一下其主要特性。1、)最重要得特性起动转矩大，但就是起动电流小，负载启动扭矩可控范围大。对电池冲击极小, 就是电池友好型电机。 控制系统从电池吸收很小得电流，电机可得到很大得起动转矩就是其最大特点。起动电流小而转矩大得优点还可以延伸到低速运行段。其实，启动过程就是一个平均概念（0到额定转速得50%），实际上开关磁阻电机从静止到启动，瞬时得电流非常小。这赋予了这类电机可以丰富像想与二次开发得性能空间. 2、）电机系统高效区非常宽，不仅仅就是一个额定效率得概念。在“全转速范围内都具有比较高得效率。 本系统就是一种非常高效得调速系统.这就是因为一方面SD得转子无铜损；另一方面电机可控参数多,灵活方便，易于在宽转速范围与不同负载下实现高效优化控制。就高效区得宽度而言，处于所有主流电机得首位（超过永磁同步)。 3、）电机系统恒功率区宽 就恒功率区得宽度而言，开关磁电机局域独特优势。 4、）对车辆负载得变化自动检测，从而调整电流大小,从根本上实现节电 SD系统在运行中,其智能控制部分，能自动感知车辆负载（电动机负载）得大小与变化，并据此自动调整从电源侧所取电流大小，从本质上实现了节电。 5、）可频繁带载起停、正反向频繁转换运行系统具有得高起动转矩、低起动电流得特点，使之在起动过程中电流冲击小，电动机与控制器发热较连续额定运行时还要小。磁阻电机制动运行与电动运行具有同样优良得转矩输出能力与工作特性,电动运行与制动运行切换方便、迅速，二者综合作用得结果必然使之适用于频繁起停及正反向转换运行. 6、）负载下可瞬间响应 从转到额定转速,耗时可控到0毫秒200毫秒.比如,根据必要，百公里提速可低于3秒。 上述几点特性，联合作用，确保了开关磁阻电机就是应用于变载、轻载、重载爬坡启动、频繁启停等工况下车辆得最优秀得电机系统。 7、)低速下可实现大转矩 、）电动机结构简单，适用于高速、超高速得运转， 9、)不存在退磁问题，也不存在资源问题. 1、）耐操控性能好，用于赛车，可反复使用。 那么,既然系统这么优秀,为什么还没有大规模使用呢?因为目前生产得产品不合格。也就就是说国内很多公司还没有掌握其核心技术。SRD得技术复杂、深入而体系，跨多种学科,可以说就是一种最难研发得控制类电机。而且目前国内人才很少，能够兼顾电机本体、控制系统、电力电子三大系统得综合技术人才，我们称之为S项目带头人，远少于永磁电机。实际上目前我国全国得、称职得应用型SRD项目带头人，不超过15人。这比永磁电机系统要少00倍(简单数字比较)。而且领导这样跨学科、原创型得项目,也需要高水平得企业管理人才与先进管理逻辑来协调、驾驭。这也就是我国得弱项.同时，另外一个重要因素就是开关磁阻电机自身得一些缺点也限制了其应用。那就就是被“广为诟病得振动噪音与功率密度。 SRD得低速振动、噪音,得确就是一个“问题”。但不就是不可以抑制,而完全就是个技术、工艺与成本问题。事实上，目前我国能够解决这个问题、并且可以批量生产得，目前大概只有两个团队.一就是山东得ACI艾磁团队(就就是我所带领得团队),有-年连续RD得开发经验,集聚了这个领域17位高水平研发人员(并正在发展成5人得研发队伍)，项目领头人多于5位,而且与多所国内外大学、多名海归专家建立有联合开发关系与技术共享关系，掌握了新能源汽车用R得专有技术与核心技术。目前已经开始批量生产与供应。开关磁阻电机得另一个缺点就是功率密度不理想，体积大.这一点其实并不就是致命问题.就其技术而言，完全可以通过提高转速来解决（开关磁阻电机可以在轴承许可得前提下，做到几十万转。），当然,也可以通过材料、结构设计来减小体积。3、结论上述三种电机,各有优势，未来会并存.下表就是我预测得不久未来新能源汽车用电机得布局、市场细分。主要就是比较了开关磁阻电机与永磁同步电机。品种适用领域备注永磁同步电机1、适合平原、平坦地区与城市得高档乘用车;、不太适合复杂工况,如高温颠簸3、不太适合山路、坡路4、不适合要求不断发力、长期运行、频繁过载、变载得工况退磁问题在实际工况下难于解决（实验室样机数据只能参考）；成本越来越高。开关磁阻电机、适合物流车、商用车、作业工具车、适合大巴车、中巴车3、适合大型工程车辆、适合SV越野车、不太适合乘用车功率密度不理想,限制了在追求小型化得高档轿车上得应用4、国外趋势 混合动力车型,倾向于使用永磁同步电机，比如丰田。但就是，逐步减少对永磁电机得使用,欧洲与日本基本形成“共识”。这一就是因为资源问题,一就是因为退磁问题造成在汽车上使用得技术障碍。 目前日本得丰田、三叶、电产、电装、三菱等公司已经完成了开关磁阻电机技术得准备，她们下一代得全电汽车，将搭载开关磁阻电机，而不就是永磁电机。捷豹路虎不迟于20年将推出搭载开关磁阻电机得全电SU，这将就是全球第一款高性能全电动S。事实上,国外已经完成了开关磁阻电机得技术布局。