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联协研发电动汽车最佳结构的四大基础部件以赶超世界领先-论文网

时间:2014-11-08  作者:王贵明,王金懿
当然,如荣威E1纯电动概念车已采用了较理想的轮毂电机、奥迪e-tron为四驱超跑概念车,其性能均得以较大提升,公司也称其代表了未来汽车的发展方向。

对于电动汽车电机驱动最佳控制方式,前已介绍两项多功能磁阻式轮毂电机专利技术。在此

还需按电机学,利用开关磁阻电机独特的电磁转矩方程式来分析说明其控制特性:

由于电机电流与转速成反比,电磁转矩T与电流i又成二次方关系(而对于常用的交、直流电机均为一次方),因而磁阻电机更易获得低速大扭矩,即特别适于汽车带负载起步等要求。但由于电动汽车由蓄电池供电,过大的峰值电流极易损坏蓄电池,因此电机低速启动时须通过斩波限流控制。即低速时采用电流斩波恒转矩调速,高速时采用角度位置恒功率调速,以获得较宽的调速范围。并且由于T与i成正比,即电磁转矩的正、负与电流的方向无关,所以每相绕组可通过单方向的电流供电。如此,每相绕组的电流只要采用一只开关管来控制,这不仅使整个驱动变流器所用器件可减少一半,还避免了一般变流器上、下桥臂若同时导通引起电源短路,提高了系统的可靠性。而对于电机驱动控制器的成本主要是大功率开关管,并且对单相磁阻电机其驱动控制器成本还可更低。对于开关磁阻电机因转矩脉动引起的噪声及振动也已提出了相应改进方案,这已在数控发展初期对功率步进电机性能改进中得以证实。开关磁阻电机是很有发展前途的新兴机电一体化能量转换装置,而应用需在大功率开关管和高速数字信号处理器DSP快速发展基础上独显优势。近已在业内得到重视和深层次研究,而应用于电动汽车更有独特优势。

在此再举一简单实例,对于电动自行车在相同蓄电池容量前提下,若采用优质高性能轮毂电机与劣质低性能电机相比其续驶里程将相差一倍。如在相同续驶里程要求下其蓄电池容量即可减少一半,而对于电动汽车若蓄电池减少一半即极大地降低了成本,也使车载自重相应减少许多,如此又能进一步改善动力性,所以驱动电机的选择对提高电动汽车性价比是何等的重要。

四、综合各相关理论电动汽车的最佳结构应由四大基础部件所组成

根据车辆动力学分析:采用四轮驱动可全面利用车轮对地面附着力和提高汽车通过性;采用四轮转向可极大地减小低速转弯半径,提高高速转向稳定性和响应性;采用轮毂电机驱动经电子差速将去掉机械差速及左右半轴等机构即可全面降低车身高度,并使所需最大质量体积的蓄电池作为配重物经适当分散(如安置于前后座位下)布局来尽可能降低车辆质心高度,以提高车辆侧翻阈值即侧向操纵稳定性。

综合汽车理论、控制理论和电机拖动理论等各相关理论分析,并充分利用高速发展的微机控制、传感测量和电机驱动等技术优势。提出了电动汽车的最佳结构应由含多功能轮毂电机的车轮、高储能装置、高性能转向系统和数字化高性能整车控制系统四大基础部件加车身与内饰组成。这将极大简化汽车结构以降低车载自重、提高整车控制动态响应性及其性价比。附图所示为四大基础部件在纯电动汽车上的结构布局示意图。现对四大基础部件分别简述如下。

1)含多功能轮毂电机的车轮。即为采用四台含兼有电动、发电回馈和电磁制动多功能轮毂电机及其驱动控制模块的车轮,它利用前述两项专利结合轮毂电机的诸多优势,为电动汽车确立了最佳的电机驱动结构。微机多CPU总线控制已是现代汽车较多采用的控制方式。对于四轮毂电机控制运用CPU总线技术,将驱动控制模块集成在车轮内,可极大简化电动汽车内部线路布局,即提高可靠性,也便于故障诊断和维修。实施该机电一体模块化控制结构有利提高性价比。采用轮毂电机“零传动”方式直接驱动车轮,使汽车结构发生脱胎换骨的变革。机械传动链的缩短,即极大提高对车轮控制的快速响应性,也降低大量机械部件成本和车载自重,提高整车驱动效率,有利于节能减噪,还腾出许多空间便于汽车总体布局。由于只有驱动轮才能实现制动能量回收,省去机械传动损耗对车轮动能回收又更直接,采用四台兼有发电回馈等功能的轮毂电机,在汽车滑行、降速和下坡行驶中可成倍提高动能回收率。如同高档轿车采用4WD四轮驱动又可充分利用车轮对地面附着力,极大改善车辆的越野通过性、防滑制动、快速转向等性能。

2)高储能装置。高储能装置包括燃料电池和各类高性能蓄电池等。氢燃料电池因氢原料问题,现阶段还难以推广应用。对于蓄电池虽可采用目前成熟、价格低的铅酸蓄电池。但按技术发展应尽可能采用对我国有得天独厚资源优势的锂电池,如磷酸铁锂电池、聚合物锂离子蓄电池等。或采用高比功率、低比能量的超级电容与高比能量、低比功率铝空气电池相结合,以及其他的多种组合形式,通过扬长避短、优势互补,来综合提高加速、爬坡以及续驶里程等性能。近据报道,一种即可用作充电电池,也可用作燃料电池的锂-空气电池在技术上已获得突破性进展。该电池作充电电池用时,比能量可高于现有锂离子电池十几~数十倍。如作为燃料电池用,采用更换正极的水性电解液和负极的金属锂,其能量密度和更换时间均有望优于传统的加油方式。

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