摘要：电气驱动系统是电动汽车的心脏，主要由驱动电机、功率转换器和电子控制器等三个子系统构成。驱动电机是电能与机械能的转换装置；电子控制器包括传感器、电气连接电路和微处理器，实现信号采集、转换、传输和处理；功率转换器在驱动和能量再生过程中，对能量源和电机之间的能量流进行调节。
关键词：电动汽车；电气驱动系统
引言：
电动汽车的驱动系统是电动汽车的核心，驱动系统性能的好坏决定了电动汽车性能的好坏。作为电动汽车的驱动系统必须满足汽车的频繁停、启动，速度响应快。电动汽车的驱动系统应满足较高的瞬时功率、功率密度和转矩密度，以提高车速，增大过载能力。应满足成本低，体积小，质量轻，可靠性高的要求。
一、电动汽车对电气驱动系统的基本要求
（1）有足够大的起动转矩，以满足电动汽车快速启动、加速、爬坡的要求，通常电机的过载系数应达3～4。
（2）电机的调速范围大，一般在25％～100％最大转速范围内，近似有小转矩、恒功率的输出特性．满足电动汽车最高车速和公路巡航行驶工况的要求。
（3）具有良好的效率特性，在较宽的转速／转矩范围内，获得最优的效率，提高一次充电后的持续行驶里程，一般要求在典型的驾驶循环区．获得85％～93％的效率。
（4）比功率大，以最大功率计时，一般应达（1～1，25）kw／kg．
（5）再生制动时的能量回收率高。
（6）具有良好的环境适应性，在不同的工作条件下能可靠地工作。
（7）快速的转矩响应特性，在各种车速范围内能快速而柔和地控制驱动和制动转矩；在多电机系统中，要求电机可控性高、稳态精度和动态特性好。
（8）单位功率系统成本低，目前电气驱动系统的成本约为$10／kw，其目标要达到$4／kw。
（9）维护简单，工作噪声低。
二、驱动电机
2.1有刷直流电机
有刷直流电机采用斩渡控制器的控制方式，控制技术简单成熟，效率高，成本低，但效率低、体秘大、比功率低等缺点。由于存在电刷和机械换向器，电机的最高转速和承载能力的进一步提高受到限制，同时电机损耗主要在转子上，使得电机散热困难，因而在现代高性能电动汽车上的应用正逐渐减少。
2.2三相鼠笼式交流感应电机
与直流电机相比，三相鼠笼式感应电机不仅具有低成本、高效率、可靠性好、免维护、易冷却和结构坚实可靠等优点，而且通过适当的控制技术可获得类似于直流电机的良好的调遣特性，因而在电动汽车电气驱动系统中得到广泛应用。
感应电机主要存在着耗电量大，转子易发热，控制系统复杂，成本高的缺点。变频变压控制与磁场定向矢量控制是两种常用的控制技术，另外直接转矩控制也是一种很有前途的感应电机控制技术。
2.3永磁同步电机
电动汽车的永磁同步电机包括永磁同步电机、无刷直流电机和三相永磁同步电机。无刷直流电机显著的优点是无电刷，消除了由于电刷带来的许多问题，但驱动系统比较复杂，通常采用方波电流控制的无刷直流电机比较容易实现电机的驱动和控制，效率高，在相同转速下，电机输出转矩比三相永磁同步电机的大15％，但电机的工作噪声和输出转矩波动都比三相永磁同步电机大。
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永磁同步电机结构与感应电机相似，用永久磁铁替代了相应的感应电机的励磁绕组线圈，电机的工作原理与励磁交流同步电机相同，电机感应电动势波形和供电电流均为正弦波，稳态下电机的电动势和转矩不随转速变化，采用逆变器和带微处理器控制模块的变频控制技术，向电机提供正弦波形的三相交流电，由Ⅱ：弦波定子电流和正弦反电动势相互作用产生转矩，电机转子与旋转磁场同步旋转，旋转磁场的转速取决于电源频率大小。
与前两种电机相比，永磁同步电机系统效率较高，电机体积较小、重量较轻、功率密度大、可靠性高和免维护等优点。但永磁材科价格昂贵，随着永磁材料价格的下降和电机控制技术的不断开发和应用，永磁同步电机将是感应电机在现代电动汽车驱动系统中最强有力的竞争对手。
2.4开关磁阻电机
开关磁阻电机是一种由磁阻电机与电子开关驱动控制电路组成一体的新型调速电机，电机兼有直流和交流调速的优点，结构简单、体积小、成本低、可靠性高、起动性好，适合于频繁正反转及冲击负载等工况条件。但由于它低速输出转矩波动太，工作噪声高，驱动系统复杂、控制器价格高等，限制了当前它在电动汽车上的应用。
三、电气传动系统功率半导体器件
3.1功率半导体器件的选择准则
功率半导体的选择主要是基于所需的额定电压、额定电流、开关频率、能量损耗及其动态特性来考虑。额定电压的确定取决于蓄电池的额定电压、充电电压和再生充电的最大允许电压。一般电动汽车蓄电池电压为300v，充电电压擐犬可达370v，而再生充电过程中，电池电压可能上升到400V左右，选择的功率半导体器件额定电压一般600v。额定电流大小取决于电动汽车驱动电机的输出功率和并联的功率器件数量．以及器件．作温度的限制和其它安全因素，多个功率器件并联时，额定电流可以选择较小一些。开关频率必须足够大，以提高功率变换器装置的功率密度，提高变换器的整体效率．降低逆变器的音频噪声，但开关频率过大也会带来开关能量损耗的增加，使电路的效率降低，产生严重的电磁干扰噪声。
3.2功率半导体器件
随着微电子技术和电力电子技术的共同发展，新一代高频化、全控型的功率集成半导体器件口不断出现，如：可关断晶闸管、电力晶体管、功率场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管、MOs栅控晶闸管、静电感应晶体管和静电感应晶闸管等。
可关断晶闸管由于开关频率较低、关断增益小，需要专门的关断增益电路，难以满足电动汽车电气驱动控制系统的工作要求。
电力晶体管是一种三层的双极型全控器件，具有控制方便、高频特性好、通态压降低等优点。
功率场效应晶体管是一种单极性器件，具有开关时间短、工作频率高、热稳定性好的优点，栅极驱动电路简单，但额定电流玻小，多采用并联连接的工作型式。
绝缘栅双极型晶体管把电力晶体管与功率场效应晶体管集成在一个芯片面上，构成一种新的符合器件，它综合了电力晶体管与功率场效应晶体管的优点，具有输入阻抗高、工作速度快、通态电压低、耐压高和承受电流大、性能稳定、工作可靠性大等优点。
MOs栅控晶闸管是由晶闸管和MosFET组合成的复合体，具有额定电压高、电流大，通态压降低、输入阻抗高、驱动功率小、动态特性好等优点。
从目前现代电动汽车电子技术发展情况看，静电感应晶体管和静电感应晶闸管由于工艺性复杂，仍难以达到实用化的要求；电力晶体管、功率场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管在电动汽车电气驱动系统中已得到了广泛应用，但电力晶体管电动汽车电气驱动系统常用功率半导体器件正逐渐被绝缘栅双极型晶体管取代；功率场效应晶体管适合于功率较小的电动汽车电气驱动控制系统，而随着Mos栅控晶闸管性能的进一步提高和价格的降低。它将成为未来最有发展的功率半导体器件。
结束语：
电力电子器件的性能影响电动汽车的可靠性，采用新型电力电子器件和微机控制及数字信号处理器．通过软件实现全数字化控制是电气驱动系统主要的发展方向。应用交流电机是电气驱动系统必然发展趋势，唐流电机的应用逐渐减少，感应电机应用广泛，永磁同步电机的应用最具有发展前景，开关磁阻电机的应用值得特别重视。随着McT性能的继续提高并达到商用时，MOsEF必将成为电气系统功率控制器的首选器件。
参考文献：
[1]李征，周荣.电动汽车驱动电机选配方法[J].汽车技术，2010，（2）：16-18.
[2]王立颖.电动汽车的关键技术及发展[J].汽车工业研究，2011，（8）：12-15.
论文作者:卢宗坚
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/11
标签：电机论文; 功率论文; 永磁论文; 晶体管论文; 电动汽车论文; 转矩论文; 系统论文; 《基层建设》2017年第24期论文;