(1)混合动力汽车的电动机系统特点混合动力汽车上电动机系统的工作条件以及其工作模式和传统工业电动机相比有着很大的区别,这些区别使传统工业电动机不适合在汽车上使用。与传统工业电动机相比较,混合动力汽车上所使用的电动机系统有下列特点。 ①混合动力汽车上所使用的电动机通常要求频繁启停、频繁加减速以及工作模式的频繁切换(作为电动机使用驱动汽车以及作为发电机使用实现能量回收和发电的功能),这对电动机的响应性能提出了更高的要求。 ②混合动力汽车驱动电动机需要有4~5倍的过载转矩,来满足短时加速行驶与最大爬坡度的要求;而工业驱动电动机仅要求有2倍的过载转矩就可以了。此外,混合动力汽车驱动电动机的最高转速要求达到公路上巡航时基速的4~5倍,而工业驱动电动机仅要求达到恒定功率时基速的2倍。
③因为汽车内部空间紧张,通常要求电动机系统体积小、重量轻以及具有较高的功率密度和工作效率等性能。此外,相对于传统工业电动机来说,混合动力汽车上所使用的电动机系统的工作环境更为恶劣,干扰更大,从而要求它具有更高的可靠性、抗振性及抗干扰性。
④传统电动机通常工作在额定工作点附近,而混合动力汽车电动机的工作范围相对较宽,且因为混合动力电动机工作模式的特殊性(电动机的工况常常处于动态变化中),额定功率这个参数对于混合动力汽车所使用的电动机来说,没有太大的意义,因此对其额定功率的要求并不严格,而在高效工作区间,这个参数则更为实际和重要。
⑤在供电方式上,传统工业电动机由常规标准的电源供电,而混合动力电动机所应用的电能来源于蓄电池,且由功率转化器直接供给。此外电动机的使用电压及形式并不确定从减少功率损耗及降低电动机逆变器成本的角度来说,通常倾向于使用较高的电压。
由此可知,混合动力汽车对它使用的电动机系统有着以下特殊要求:频繁切换性能好,比功率大,体积较小,抗振性、抗干扰性好,高效工作范围宽,容错能力强,噪声小,以及对电压波动的适应能力和可以接受的成本等。
(2)混合动力汽车驱动电动机种类高功率密度、高效率、宽调速的车辆牵引电动机及其控制系统既是混合动力汽车的“心脏”,又是混合动力汽车研制的关键技术之一。
混合动力汽车在不同的历史时期选用了不同的电动机,最早是采用了控制性能好和成本较低的直流电动机。随着电子技术、机械制造技术及自动控制技术的发展,交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机显示出比直流电动机更为优越的性能,这些电动机正在逐渐取代直流电动机。图2-2所示为现代混合动力汽车所采用的各种电动机,表2-3为现代混合动力汽车所采用的各种电动机的基本性能比较。
(3)混合动力汽车对电动机性能的基本要求混合动力汽车驱动电动机的主要参数包括电动机类型、额定电压、机械特性、效率、尺寸参数、质量参数、可靠性和成本等。此外,为电动机所配置的电子控制系统和驱动系统也会影响驱动电动机的性能。
①在允许的范围内,尽量采用高电压,这样可以减小电动机的尺寸和导线等装备的尺寸,尤其是可以降低逆变器的成本。
②电动汽车所采用的感应电动机转速能够达到8000~12000r/min,高转速电动机的体积较小,质量较小,有助于降低混合动力汽车的整车的装备质量。
③电动机采用铝合金外壳,以减小电动机的质量,各种控制装置的质量和冷却系统的质量等也要求尽量小。此外,还要求电动机和控制装置在运转时的噪声要低。
④电动机应具有较大的启动转矩和较大范围的调速性能,使混合动力汽车具有良好的启动性能和加速性能,以获得所需要的启动、加速、行驶、减速、制动等的功率和转矩。电动机具有自动调速功能,可以减轻驾驶员的操纵强度,提高驾驶的舒适性,并且可以达到与内燃机汽车加速踏板同样的控制响应。
⑤混合动力汽车应有最优化的能量利用,电动机应高效率、低损耗,并且在车辆减速时,实现再生制动能量的回收。再生制动回收的能量通常可达到总能量的10%~15%,这在内燃机汽车上是无法实现的。
⑥各种动力电池组和电动机的工作电压可以达到300V以上,其电气系统的安全性与控制系统的安全性必须符合国家(或国际)有关车辆电气控制安全性能的标准和规定,配置高压保护设备。
此外,电动机还要求可靠性好,耐温和耐潮性能强,运行时噪声低,可以在较恶劣的环境下长期工作,结构简单,适合大批量生产,使用维修方便,价格便宜等。
