1.1　驅動電機系統概述

1.1.1　驅動電機系統

電機（Electrical Machine）是將電能轉換成機械能或將機械能轉換成電能的裝置，它具有能做相對運動的部件，是一種依靠電磁感應而運行的電氣裝置。

驅動電機，也稱為動力電機，是純電動汽車的一種專用電機，擔負著純電動汽車的驅動功能，是純電動汽車的“心臟”。驅動電機同時具有電機的驅動功能，也具有發電機的發電功能，驅動電機能根據車輛工作狀態實時調整其功能狀態。

純電動汽車驅動電機系統是純電動汽車三大核心系統之一，是車輛動力驅動系統中的電力驅動系統。其特性決定了車輛的主要性能指標，直接影響純電動汽車動力性、操控性、經濟性。驅動電機系統主要由驅動電機、驅動電機控制器（MCU）構成，通過高低壓線束、冷卻管路與整車其他系統連接，如圖2-1所示。

整車控制器（VCU）根據加速踏板、制動踏板、擋位等信號通過CAN網絡向電機控制器（MCU）發送指令，實時調節驅動電機的轉矩輸出，以實現整車的怠速、加速、能量回收等功能。電機控制器能對自身溫度、電機的運行溫度、轉子位置進行實時監測，并把相關信息傳遞給整車控制器（VCU），進而調節水泵和冷卻風扇工作，使電機保持在理想溫度下工作。

1.1.2　驅動電機與工業用電機的區別

用于電動汽車的驅動電機與常規的工業電機不同。電動汽車的驅動電機通常要求頻繁地啟動/停車、加速/減速，低速或爬坡時要求高轉矩，高速行駛時要求低轉矩，并要求變速范圍大；而工業電機通常優化在額定的工作點。因此，電動汽車驅動電機比較獨特，應單獨歸為一類，對它們在負載、技術性能和工作環境等方面有著特殊的要求。電動汽車驅動電機與工業用電機的區別如下。

①電動汽車驅動電機需要有4～5倍的過載，以滿足短時加速或爬坡的要求；而工業電機只要求有2倍的過載即可。

②電動汽車的最高轉速要求達到在公路上巡航時基本速度的4～5倍，而工業電機只需要達到恒功率是基本速度的2倍即可。

③電動汽車驅動電機需要根據車型和駕駛人的駕駛習慣設計，而工業電機只需根據典型的工作模式設計即可。

④電動汽車驅動電機要求有高的功率密度和好的效率圖（在較寬的轉速范圍和轉矩范圍內都有較高的效率），從而能夠降低車重，延長續駛里程；而工業電機通常對功率密度、效率和成本進行綜合考慮，在額定工作點附近對效率進行優化。

⑤電動汽車驅動電機要求工作可控性高、穩態精度高、動態性能好；而工業電機只有某一種特定的性能要求。

⑥電動汽車驅動電機被裝在機動車上，空間小，工作在高溫、壞天氣及頻繁振動等惡劣環境下。而工業電機通常在某一個固定位置工作。

1.1.3　電動汽車對驅動電機的要求

電動汽車驅動電機性能的好壞，將直接影響到電動汽車的起步、停車、加減速、高速行駛和爬坡等技術性能指標。為滿足電動汽車的動力性、經濟性，電動汽車對驅動電機有一些特殊的要求。

①驅動電機要以電磁轉矩為控制目標，加速踏板的開度是通過控制器給電機電磁轉矩的目標值。要求電機轉矩響應迅速、波動性小、穩定性好。

②由于電動汽車在使用時，有起步、加速、巡航、減速和制動等多種工況，要求驅動電機具有較寬的調速范圍。為保證加速時間，要求電機在低速加速時具有較大的輸出轉矩和過載能力（一般為額定轉矩的2～4倍），過載時間在3min以上。為保證電動汽車在巡航時行駛在最高車速，驅動電機在高速運轉時具有高的功率。電機最高轉速一般在基速額定值的2倍以上。

③驅動電機的損耗要低，在整個運行范圍內要效率高，盡可能地提高一次充電的續駛里程。

④電動汽車在減速時要實現再生制動，將能量回收并反饋給蓄電池，能量回收率應占總能量的15%以上。

⑤電機安全性應符合國家有關車輛電氣安全的性能標準規定，對高電壓的還需裝備高壓防護裝置。

⑥驅動電機的耐振動、耐高溫和防水耐濕能力強、等級高，能在惡劣的氣候條件下和各種道路上長時間工作，可靠性高。

⑦由于電動汽車留給電機的安裝空間有限，整車又要求輕量化，因此驅動電機體積和重量應盡可能小，結構要簡單，使用維護要方便。

⑧電機的運行噪聲低。

⑨驅動電機在允許的電壓等級范圍內，盡量采用高壓電，電機的電磁兼容性要好。

⑩驅動電機的制造工藝簡單，價格合理，適合于批量生產。

1.1.4　驅動電機的運行模式

電動汽車的電機可兼作電機和發電機運行。

（1）電動模式　在電動模式時電機將電能轉換成機械能。

①逆變器從電池獲取功率，電池放電。

②電機從逆變器獲取電功率。

③電機輸出機械能，電機扭矩與轉速同向，電機推動車輛。

（2）發電模式　發電模式時電機將機械能轉換成電能。

①車輛帶動電機，電機力矩與轉速反向，軸上輸入機械能。

②電機輸出電能。

③逆變器輸出直流電，為電池充電。