認(rèn)知新能源汽車電機(jī)及控制技術(shù)1目錄一、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的定義與類型二、各類常用電機(jī)的性能比較三、電機(jī)控制器四、我國電機(jī)的應(yīng)用五、驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)3一、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的定義與類型4一、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與類型1.驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)

電機(jī)（ElectricMachine）俗稱“馬達(dá)”。驅(qū)動(dòng)電機(jī)是指將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能為車輛行駛提供驅(qū)動(dòng)力或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，它具有能作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件，是一種依靠電磁感應(yīng)而運(yùn)行的電氣裝置。5一、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與類型2.電機(jī)類型6二、各類常用電機(jī)的性能比較7二、各類常用電機(jī)的性能比較1.新能源汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求（1）電機(jī)的運(yùn)行特性要滿足電動(dòng)汽車的要求，在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運(yùn)行時(shí)具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足電動(dòng)汽車啟動(dòng)和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時(shí)具有高的速度，以滿足電動(dòng)汽車在平坦的路面能夠高速行駛的要求。（2）電機(jī)應(yīng)具有瞬時(shí)功率大、帶負(fù)載啟動(dòng)性能好、過載能力強(qiáng)、加速性能好、使用壽命長的特點(diǎn)。（3）電機(jī)應(yīng)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，具有很高的效率，以提高一次充電的續(xù)航里程。（4）電機(jī)應(yīng)能夠在汽車減速時(shí)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，將能量回收并反饋給蓄電池，使得電動(dòng)汽車具有最佳能量的利用率。（5）電機(jī)應(yīng)可靠性好，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作。（6）電機(jī)應(yīng)體積小，質(zhì)量小，一般為工業(yè)用電機(jī)的1/3～1/2（7）電機(jī)的結(jié)構(gòu)要簡單堅(jiān)固，適合批量生產(chǎn)，便于使用和維護(hù)。（8）價(jià)格便宜，從而能夠減少整體電動(dòng)汽車的價(jià)格，提高性價(jià)比。（9）運(yùn)行時(shí)噪聲低，減少污染。8（1）直流電機(jī)

直流電機(jī)由定子（主磁極、換向極、機(jī)座、電刷裝置）和轉(zhuǎn)子（電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇）組成。直流電機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，電機(jī)定子提供磁場(chǎng)，直流電源向轉(zhuǎn)子的繞組提供電流，換向器使轉(zhuǎn)子電流與磁場(chǎng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保持方向不變。調(diào)速性能好。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。高速性能不佳。9（2）交流異步電機(jī)

交流異步電機(jī)又稱為交流感應(yīng)電機(jī)，由外殼（機(jī)座、軸承、端蓋、接線盒、風(fēng)扇和罩殼），定子（定子鐵芯、定子繞組），轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子線組、轉(zhuǎn)軸）組成。定子繞組形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)相互作用，而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的交流電機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)行可靠,經(jīng)久耐用。交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率容量覆蓋面很寬廣,轉(zhuǎn)速高于永磁電機(jī),冷卻自由度高,對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好。價(jià)格便宜,維修簡單方便。缺點(diǎn)：耗電量較大,轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱,在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需保證對(duì)交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的冷卻。功率因素較低,變頻變壓裝置的輸入功率因素也較低,需要采用大容量的變頻變壓裝置，另外就電機(jī)調(diào)速性能而言交流機(jī)較差。10（3）永磁同步電機(jī)

永磁同步電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、旋轉(zhuǎn)變壓器、殼體等組成。電動(dòng)機(jī)的工作原理是ECU分別控制U相、V相和W相繞組或者相鄰繞組的通電和斷電，則在相應(yīng)的繞組或者相鄰繞組中產(chǎn)生磁場(chǎng)，永磁轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)的作用下同步旋轉(zhuǎn)。優(yōu)點(diǎn)：因此永磁同步電動(dòng)機(jī)具有高的功率/質(zhì)量比,比其他類型的電動(dòng)機(jī)有更高的效率,更大的輸出轉(zhuǎn)矩,電動(dòng)機(jī)的極限轉(zhuǎn)速和制動(dòng)性能等優(yōu)于其他類型的電動(dòng)機(jī)。結(jié)構(gòu)更加簡單,性能更加可靠、體積更小,質(zhì)量更輕。缺點(diǎn)：永磁同步電動(dòng)機(jī)的功率范圍較小,最大功率僅為幾十千瓦。永磁材料在受到振動(dòng)、高溫和過載電流作用時(shí),其導(dǎo)磁性能可能會(huì)下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象,將嚴(yán)重降低永磁同步電動(dòng)機(jī)的性能,甚至損壞電動(dòng)機(jī)。11（4）開關(guān)磁阻電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)之后發(fā)展起來的最新一代無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，是集現(xiàn)代微電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、電力電子技術(shù)、紅外光電技術(shù)及現(xiàn)代電磁理論、設(shè)計(jì)和制作技術(shù)為一體的光、機(jī)、電一體化高新技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)：開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是一種較新型電動(dòng)機(jī)，首先它的結(jié)構(gòu)簡單而堅(jiān)固，結(jié)構(gòu)上的簡單是其它任何電機(jī)所不能比的；能夠在惡劣環(huán)境下工作,幾乎不需要維護(hù)；功率范圍很寬廣，可達(dá)到的轉(zhuǎn)速高；轉(zhuǎn)子慣量小，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快缺點(diǎn)：開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)比其他電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)復(fù)雜一些，位置檢測(cè)器是開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵器件，其性能對(duì)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制操作有重要影響。12二、各類常用電機(jī)的性能比較2.各類常用電機(jī)的性能對(duì)比13三、電機(jī)控制器14三、電機(jī)控制器1.電機(jī)控制器的定義

電機(jī)控制器是指控制動(dòng)力電源與驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間能量傳輸?shù)难b置，由控制信號(hào)接口電路、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制電路和驅(qū)動(dòng)電路組成。2.電機(jī)控制器的基本功能電機(jī)控制器的基本功能15三、電機(jī)控制器帝豪EV450電機(jī)控制器安裝位置16三、電機(jī)控制器3.電機(jī)控制器結(jié)構(gòu)原理帝豪電機(jī)控制器結(jié)構(gòu)原理17三、電機(jī)控制器4.電機(jī)控制器的核心技術(shù)（1）變流器技術(shù)（2）逆變電路（DC-AC）（3）再生制動(dòng)電路（4）升降壓斬波電路（5）直流電源轉(zhuǎn)換電路電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)組成18逆變器電路升降壓斬波電路19四、我國電機(jī)的應(yīng)用20

我國新能源汽車市場(chǎng)中，永磁同步電機(jī)占據(jù)主導(dǎo)地位，交流異步電機(jī)次之。?根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研在線網(wǎng)發(fā)布的報(bào)告，永磁同步電機(jī)和交流異步電機(jī)是主要的兩種類型。永磁同步電機(jī)以其高效率和輕量化的特點(diǎn)占據(jù)了主導(dǎo)地位，而交流異步電機(jī)由于成本較低，也在一定程度上占據(jù)市場(chǎng)份額?。我國新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)占比圖（2021年）21四、我國電機(jī)的應(yīng)用1.交流異步電機(jī)2.開關(guān)磁阻電機(jī)22四、我國電機(jī)的應(yīng)用3.無刷直流電機(jī)4.永磁同步電機(jī)23（5）電機(jī)控制器借助于有利的發(fā)展環(huán)境，經(jīng)過十多年的努力，中國電機(jī)及控制器供應(yīng)商的自主研發(fā)和生產(chǎn)制造能力已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步。2425五、驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)26五、驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)1.高功率密度與極限性能突破01022.系統(tǒng)高度集成化與模塊化033.碳化硅（SiC）器件深度賦能4.智能控制與多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化045.可持續(xù)性與技術(shù)路線多元化0527五、驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)1.高功率密度與極限性能突破技術(shù)方向：通過材料創(chuàng)新（如超薄硅鋼片、納米晶磁芯）與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化（扁線繞組、多極對(duì)數(shù)設(shè)計(jì)），電機(jī)功率密度從4kW/kg向8kW/kg邁進(jìn)。典型案例：廣汽埃安2024年發(fā)布的夸克電驅(qū)系統(tǒng)，功率密度達(dá)12kW/kg；小米汽車已經(jīng)量產(chǎn)裝車轉(zhuǎn)速達(dá)到27,200rpm。產(chǎn)業(yè)意義：滿足消費(fèi)者對(duì)長續(xù)航、強(qiáng)動(dòng)力需求，推動(dòng)A0級(jí)小車到全尺寸SUV全場(chǎng)景覆蓋。28五、驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)2.系統(tǒng)高度集成化與模塊化技術(shù)路徑：從“三合一”（電機(jī)+電控+減速器）向“多合一”（集成充電模塊、熱管理、DC-DC轉(zhuǎn)換器）演進(jìn)，體積縮減30%-50%。如圖2-49所示，為華為7合1電控總成。代表方案：華為DriveONE七合一電驅(qū)系統(tǒng)（2023年量產(chǎn)）、比亞迪e平臺(tái)4.0的“動(dòng)力域”集成架構(gòu)。優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)：降低整車布線復(fù)雜度，提升能量利用效率（系統(tǒng)效率＞92%），助力車企平臺(tái)化開發(fā)降本。華為7合1電控總成293.碳化硅（SiC）器件深度賦能技術(shù)融合：SiCMOSFET替代傳統(tǒng)IGBT，使電控開關(guān)頻率提升3-5倍，損耗降低50%，支持800V高壓平臺(tái)普及。應(yīng)用進(jìn)展：2024年國產(chǎn)SiC模塊成本降至0.8元/A（較2020年下降60%），比亞迪漢EV、小鵬G9已實(shí)現(xiàn)全系標(biāo)配。未來挑戰(zhàn)：晶圓良率提升與熱膨脹系數(shù)匹配仍是技術(shù)攻關(guān)重點(diǎn)。30五、驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)4.