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摘 要：在能源和环境问题日益严重的今天，电动汽车因其无污染、效率高等优点成为现代汽车的发展方向。对我国电动汽车的发展背景、电动汽车类型、电动汽车驱动系统、电动汽车电机系统进行进行分析。
关键词：电动汽车 驱动电机 分析
中图分类号：U469 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）003-053-02
2009年IPCC（政府间气候变化专门委员会）评估报告指出：气候异常以及因地球变暖而出现的生态改变等事实要求各国在能源需求结构上必须尽早进行模式转换，主动转向可再生能源。环境污染与能源短缺问题是21世纪全球共同面对的重大课题，传统内燃机汽车的燃料不可持续性、高污染等问题越来越受到人们的重视。根据BP（英国石油集团公司）报告，全球每日石油消耗量在2020年将达到9300万桶。2007年全球每日石油消费过半（57%）用于交通领域。据IEA（国际能源机构）的统计数据显示，预计到2020年交通用燃料占全球石油总消耗的62%以上。因此，对于车辆用新能源的探索和开发日益迫切，各国纷纷开始思考汽车业的发展方向。
1 我国电动汽车发展背景
目前，中国的人口、资源、环境已经出现瓶颈，持续发展理念与新能源的利用已经提到政府的发展日程上。2009年全年，我国所面对的能源问题更加紧迫，交通环境更加恶劣。与此同时，汽车尾气排放所产生的空气污染也成为不可忽视的环境问题。汽车节能是一个重要课题，提高汽车能量效率，减少汽车尾气有害物质排放，使用新能源，最终达到保护环境的目的已成为国际上的通行做法，也是我国现阶段发展汽车工业的目标。
如今，电动汽车的发展正处于最好的时期，国家在863计划设立了“节能和新能源汽车重大项目”，加大了对新能源汽车宣传推广力度，对参与生产和研发新能源汽车的厂家进行投资和大力扶植，电动汽车技术取得了让世界瞩目的成果。目前芯片技术日新月异，控制方法日趋成熟，计算机技术深入发展使得电动汽车的控制技术取得了很大成果，很多产品已推向市场，目前需要在提高控制器控制效率，增加电源系统功率密度，降低整车成本上下功夫。
2 电动汽车类型分析
可是，电动汽车发展同样面临着一系列问题，比如电动汽车的价格、性能以及配套基础设施，制约着电动汽车的推广和普及。根据电动汽车的系统结构和动力来源不同，主要可以分为：BEV（蓄电池电动汽车），HEV（混合动力电动汽车），FCEV（燃料电池电动汽车）。
三类电动汽车都有各自的优点和不足之处。特别是混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车，由于其研发需投入大量资金从而导致生产成本过高，目前仅有少量车型推向市场。相比于这些造价高昂、结构复杂的电动汽车，纯电动汽车更容易在市场上推广。特别是行驶速度低、功能要求不高的小型纯电动汽车，由于它的结构简单，技术水平限制少，造价相对低廉，同时市场需求旺盛，因此在日常生活中得到了广泛的应用。
3 电动汽车电机驱动系统性能指标
电动汽车驱动系统的核心是电机及其控制器，以电机为核心的驱动系统占整车成本的60%左右。所以，降低电动汽车成本的关键在于电控系统的优化。电动汽车要能够取代传统汽车，必须在各项指标上达到甚至超越燃油车辆的性能，比如对不同气候，不同道路条件的适应能力，对驾驶员和乘客的安全保障，舒适程度等。电动汽车驱动系统的性能指标，我们可以总结为以下几条：
（1）车辆能量转换效率要高，功率密度要大，续驶里程要长。可通过开发新型电池和优化电机及控制系统来实现；
（2）速度低时提供大扭矩来实现车辆起步、加速等要求，较高车速巡航时提供小转矩、恒功率；
（3）电机及控制系统能够长时间在恶劣的环境下工作，可靠性高，减振性强，免维护或者少维护；
（4）驾驶员操纵车辆方便，具有安全保障措施，舒适性好；
（5）车辆内部各种电子设备之间不出现互相干扰现象；
（6）车辆便于维修，系统不复杂，整体系统成本较低。
4 电动汽车电机系统分析
目前，电动汽车使用较多的电机系统主要有四种：直流电机、永磁同步电机（包括直流无刷电机）、开关磁阻电机和交流异步电机。表1为电动汽车几种常用驱动电机的性能比较。
（1）直流电机是早期在电动汽车上广泛采用的驱动设备，也是结构最简单的一种电机。直流电机控制方法容易实现，利用电压进行控制，具有交流电机不可比拟的电磁转矩控制特性。但是直流电机有无法克服的缺点：直流电机有电刷，因此需要经常维护；同时直流电机的质量很重和体积太大，大功率直流电机造价高等等。这些缺点制约了直流电机在现代电动汽车上的应用。
（2）交流异步电机也是较成熟的一种电机，它采用V/F控制、矢量控制、直接转矩控制等控制方法，技术成熟，同时感应电机结构简单、价格低、具有较高的能量密度，并且在运行过程中转矩脉动小，调速范围大，因此美国、欧洲研制的电动汽车多采用感应电机作为驱动电机，比如福特汽车旗下的Fusion电动汽车采用了60KW的异步电机作为驱动设备。
（3）开关磁阻电机是一种新型的电机，它用作电动汽车的驱动电机非常有优势。电机结构简单和控制技术易于实现，可靠性高，效率高，成本较低；同时它的缺点也是不可忽视的，开关磁阻电机的运行噪声大，转矩脉动严重。因此，开关磁阻电机基本停留在应用研究阶段，台湾海湾超能源科技股份有限公司研发的胶体蓄电池电动汽车装配的是由山东德森机电科技股份有限公司研制的开关磁阻电机。
（4）永磁同步电机是当前电动汽车驱动电机研究的热点。永磁同步电机具有体积小、重量轻、功率密度大等优点，同时它的低速输出转矩大、效率高、维护方便，因此作为电动汽车驱动电机的优势明显。当前需要克服的缺点和问题是永磁体的退磁问题以及稀土材料资源短缺问题。当前的主要研究方向是无位置传感器控制、转矩脉动抑制和新型控制策略等。日本和欧洲各国大都采用永磁同步电机作为电动汽车驱动电机，比如丰田的Prius电动汽车和本田的Insight电动汽车。
在上文比较分析了几种电机性能之后，我们总结四种电机的优劣比较情况如表1所示。可以看出，永磁同步电机总体评价最高。在实际的应用中，交流异步电机成本低、性能稳定、可靠性高、控制方法灵活、综合性能较好，应用更为广泛。
参考文献：
[1] 张继宏.对中国未来车用能源发展的几点思考[J].国际石油经济，2010（007）：16-19.
[2] 罗威，柯涛，谢祖墀.中国迎来电动汽车市场的最佳时代[J].中国新时代，2010（006）：50-53.
[3] 曹秉刚，张传伟，白志峰，等.电动汽车技术进展和发展趋势[J].西安交通大学学报，2004，38（1）：1-5.
[4] 欧阳明高.我国节能与新能源汽车发展战略与对策[J].汽车工程，2006，28（4）：317-321.
[5] 孟为.节能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型目录[J].商用汽车新闻，2009（32）.
关键词：电动汽车 驱动电机 分析
中图分类号：U469 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）003-053-02
2009年IPCC（政府间气候变化专门委员会）评估报告指出：气候异常以及因地球变暖而出现的生态改变等事实要求各国在能源需求结构上必须尽早进行模式转换，主动转向可再生能源。环境污染与能源短缺问题是21世纪全球共同面对的重大课题，传统内燃机汽车的燃料不可持续性、高污染等问题越来越受到人们的重视。根据BP（英国石油集团公司）报告，全球每日石油消耗量在2020年将达到9300万桶。2007年全球每日石油消费过半（57%）用于交通领域。据IEA（国际能源机构）的统计数据显示，预计到2020年交通用燃料占全球石油总消耗的62%以上。因此，对于车辆用新能源的探索和开发日益迫切，各国纷纷开始思考汽车业的发展方向。
1 我国电动汽车发展背景
目前，中国的人口、资源、环境已经出现瓶颈，持续发展理念与新能源的利用已经提到政府的发展日程上。2009年全年，我国所面对的能源问题更加紧迫，交通环境更加恶劣。与此同时，汽车尾气排放所产生的空气污染也成为不可忽视的环境问题。汽车节能是一个重要课题，提高汽车能量效率，减少汽车尾气有害物质排放，使用新能源，最终达到保护环境的目的已成为国际上的通行做法，也是我国现阶段发展汽车工业的目标。
如今，电动汽车的发展正处于最好的时期，国家在863计划设立了“节能和新能源汽车重大项目”，加大了对新能源汽车宣传推广力度，对参与生产和研发新能源汽车的厂家进行投资和大力扶植，电动汽车技术取得了让世界瞩目的成果。目前芯片技术日新月异，控制方法日趋成熟，计算机技术深入发展使得电动汽车的控制技术取得了很大成果，很多产品已推向市场，目前需要在提高控制器控制效率，增加电源系统功率密度，降低整车成本上下功夫。
2 电动汽车类型分析
可是，电动汽车发展同样面临着一系列问题，比如电动汽车的价格、性能以及配套基础设施，制约着电动汽车的推广和普及。根据电动汽车的系统结构和动力来源不同，主要可以分为：BEV（蓄电池电动汽车），HEV（混合动力电动汽车），FCEV（燃料电池电动汽车）。
三类电动汽车都有各自的优点和不足之处。特别是混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车，由于其研发需投入大量资金从而导致生产成本过高，目前仅有少量车型推向市场。相比于这些造价高昂、结构复杂的电动汽车，纯电动汽车更容易在市场上推广。特别是行驶速度低、功能要求不高的小型纯电动汽车，由于它的结构简单，技术水平限制少，造价相对低廉，同时市场需求旺盛，因此在日常生活中得到了广泛的应用。
3 电动汽车电机驱动系统性能指标
电动汽车驱动系统的核心是电机及其控制器，以电机为核心的驱动系统占整车成本的60%左右。所以，降低电动汽车成本的关键在于电控系统的优化。电动汽车要能够取代传统汽车，必须在各项指标上达到甚至超越燃油车辆的性能，比如对不同气候，不同道路条件的适应能力，对驾驶员和乘客的安全保障，舒适程度等。电动汽车驱动系统的性能指标，我们可以总结为以下几条：
（1）车辆能量转换效率要高，功率密度要大，续驶里程要长。可通过开发新型电池和优化电机及控制系统来实现；
（2）速度低时提供大扭矩来实现车辆起步、加速等要求，较高车速巡航时提供小转矩、恒功率；
（3）电机及控制系统能够长时间在恶劣的环境下工作，可靠性高，减振性强，免维护或者少维护；
（4）驾驶员操纵车辆方便，具有安全保障措施，舒适性好；
（5）车辆内部各种电子设备之间不出现互相干扰现象；
（6）车辆便于维修，系统不复杂，整体系统成本较低。
4 电动汽车电机系统分析
目前，电动汽车使用较多的电机系统主要有四种：直流电机、永磁同步电机（包括直流无刷电机）、开关磁阻电机和交流异步电机。表1为电动汽车几种常用驱动电机的性能比较。
（1）直流电机是早期在电动汽车上广泛采用的驱动设备，也是结构最简单的一种电机。直流电机控制方法容易实现，利用电压进行控制，具有交流电机不可比拟的电磁转矩控制特性。但是直流电机有无法克服的缺点：直流电机有电刷，因此需要经常维护；同时直流电机的质量很重和体积太大，大功率直流电机造价高等等。这些缺点制约了直流电机在现代电动汽车上的应用。
（2）交流异步电机也是较成熟的一种电机，它采用V/F控制、矢量控制、直接转矩控制等控制方法，技术成熟，同时感应电机结构简单、价格低、具有较高的能量密度，并且在运行过程中转矩脉动小，调速范围大，因此美国、欧洲研制的电动汽车多采用感应电机作为驱动电机，比如福特汽车旗下的Fusion电动汽车采用了60KW的异步电机作为驱动设备。
（3）开关磁阻电机是一种新型的电机，它用作电动汽车的驱动电机非常有优势。电机结构简单和控制技术易于实现，可靠性高，效率高，成本较低；同时它的缺点也是不可忽视的，开关磁阻电机的运行噪声大，转矩脉动严重。因此，开关磁阻电机基本停留在应用研究阶段，台湾海湾超能源科技股份有限公司研发的胶体蓄电池电动汽车装配的是由山东德森机电科技股份有限公司研制的开关磁阻电机。
（4）永磁同步电机是当前电动汽车驱动电机研究的热点。永磁同步电机具有体积小、重量轻、功率密度大等优点，同时它的低速输出转矩大、效率高、维护方便，因此作为电动汽车驱动电机的优势明显。当前需要克服的缺点和问题是永磁体的退磁问题以及稀土材料资源短缺问题。当前的主要研究方向是无位置传感器控制、转矩脉动抑制和新型控制策略等。日本和欧洲各国大都采用永磁同步电机作为电动汽车驱动电机，比如丰田的Prius电动汽车和本田的Insight电动汽车。
在上文比较分析了几种电机性能之后，我们总结四种电机的优劣比较情况如表1所示。可以看出，永磁同步电机总体评价最高。在实际的应用中，交流异步电机成本低、性能稳定、可靠性高、控制方法灵活、综合性能较好，应用更为广泛。
参考文献：
[1] 张继宏.对中国未来车用能源发展的几点思考[J].国际石油经济，2010（007）：16-19.
[2] 罗威，柯涛，谢祖墀.中国迎来电动汽车市场的最佳时代[J].中国新时代，2010（006）：50-53.
[3] 曹秉刚，张传伟，白志峰，等.电动汽车技术进展和发展趋势[J].西安交通大学学报，2004，38（1）：1-5.
[4] 欧阳明高.我国节能与新能源汽车发展战略与对策[J].汽车工程，2006，28（4）：317-321.
[5] 孟为.节能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型目录[J].商用汽车新闻，2009（32）.