电动汽车用电机可行性报告

1．我国电动汽车发展概况

1.1 产业背景

1.2 产业政策

1.3 发展状况

1.3.1 技术状况

1.3.2 产业化状况

1.3.3 产品状况

1.3.4 国内主要生产企业及其产品明细表

1.4 发展方向

1.4.1 未来趋势

1.4.2 专家评述

2．我国发展电动汽车的相关政策

2.1 国家发展电动汽车的相关政策（按出台时间、名称、主要内容列表）

2.2 各省市发展电动汽车的相关政策（对北京、山东、湖南、湖北、河南、安徽、天津等分述之）

2.3 电动汽车技术支持的相关单位与组织

3．电动汽车驱动系统与驱动电机

3.1 电动汽车对其驱动系统的主要技术要求

3.2 电动汽车驱动系统的分类及其说明

3.3 电动汽车驱动电机的分类及其技术指标汇总

3.4 国内电动汽车研发单位及其研发情况

3.5 电动汽车驱动电机发展方向

4．技术方案

4.1 永磁一磁阻同步电机先进性与可行性

4.2 永磁一磁阻同步电机的优越性

4.3 永磁一磁阻同步电机现有工作基础

5．技术路线

6．合作组织

7．投资估算

8．其他

国外电动汽车及其驱动系统(本网页可阅览)

1．电动汽车的技术特征

1.1 电动汽车的基本概念和基本分类

电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。它使用存储在电池中的电来发动。电动汽车主要有纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车3种类型．

纯电动汽车

纯电动汽车是完全由二次电池(如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池等)提供动力的汽车。

混合动力电动汽车

一般是指采用内燃机和电动机两种动力,将内燃机与储能器件(如高性能电池或超级电容器) 通过先进控制系统相结合, 提供车辆行驶所需要的动力, 混合动力电动汽车并未从根本上摆脱交通运输对石油资源的依赖。因此,混合动力电动汽车是电动汽车发展过程中的一种过渡车型。

燃料电池车

燃料电池车是利用氢气和氧气(或空气)在催化剂的作用下直接经电化学反应产生电能的装臵, 具有完全无污染(排放物为水)的优点,

1.2电动车的基本特点

概括来讲, 电动汽车与内燃机汽车相比有以下优点

（1）效率高:对能源的利用,电动汽车的总效率至少在19%以上(采用燃料电池时效率远高于这一数值),而内燃机汽车效率低于12%,由此可见, 电动汽车更加节能。

（2）环境污染小: 电动汽车排出的废气非常少甚至不排出废气, 产生的废热也明显少于内燃机汽车．

（3）可使用多种能源: 可直接利用电厂输出的电能,也可以通过太阳能、化学能、机械能转化而获得电能。

（4）噪音低: 即使靠近正在高速运转的电动机也不会感觉到让人不舒服的噪音, 而内燃机的噪音则非常大。

（5）结构简单，使用维修方便，操作控制易实现自动化。

三种类型电动汽车的比较如附表所示

1.3 电动汽车的基本结构

电动汽车的组成包括电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装臵等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装臵等组成。电动汽车的其他装臵基本与内燃机汽车相同。

1.3.1. 电源

电源为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动机将电源的电能转化为机械能，通过传动装臵或直接驱动车轮和工作装臵。目前，电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，许多新型电池也在发展中。这些电源（电池）主要有钠硫电池、镍铬电池、锂电池、燃料电池、飞轮电池等，新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。

1.3.

2. 驱动电动机

驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装臵或直接驱动车轮和工作装臵。目前电动汽车上广泛采用直流串激电动机，这种电机具有"软"的机械特性，与汽车的行驶特性非常相符。但直流电动机由于存在换向火花，比功率较小、效率较低，维护保养工作量大，随着电机技术和电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷电动机（BCDM）、开关磁阻电动机（SRM）和交流异步电动机所取代。

1.3.3. 电动机调速控制装臵

电动机调速控制装臵是为电动汽车的变速和方向变换等设臵的，其作用是控制电动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。

1.3.4. 传动装臵

电动汽车传动装臵的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴，当采用电动轮驱动时，传动装臵的多数部件常常可以忽略。因为电动机可以带负载启动，所以电动汽车上无需传统内燃机汽车的离合器。因为驱动电机的旋向可以通过电路控制实现变换，所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒档。当采用电动机无级调速控制时，电动汽车可以忽略传统汽车的变速器。在采用电动轮驱动时，电动汽车也可以省略传统内燃机汽车传动系统的差速器。

1.3.5. 行驶装臵

行驶装臵的作用是将电动机的驱动力矩通过车轮变成对地面的作用力，驱动车轮行走。它同其他汽车的构成是相同的，由车轮、轮胎和悬架等组成。

1.3.6. 转向装臵

转向装臵是为实现汽车的转弯而设臵的，由转向机、方向盘、转向机构和转向轮等组成。作用在方向盘上的控制力，通过转向机和转向机构使转向轮偏转一定的角度，实现汽车的转向。多数电动汽车为前轮转向，电动汽车的转向装臵有机械转向、液压转向和液压助力转向等类型。

1.3.7. 制动装臵

电动汽车的制动装臵同其他汽车一样，是为汽车减速或停车而设臵的，通常由制动器及其操纵装臵组成。在电动汽车上，一般还有电磁制动装臵，它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行，使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流，从而得到再生利用。

1.3.8. 工作装臵

工作装臵是工业用电动汽车为完成作业要求而专门设臵的，如电动叉车的起升装臵、门架、货叉等。货叉的起升和门架的倾斜通常由电动机驱动的液压系统完成。

1.4 电动汽车的技术内容及特征

●驱动电池技术：镍氢电池，镍镉电池，铅酸电池，钠硫电池，锂离子电池、燃料电池等，应具有比功率和比能量高，能满足动力性和续驶里程的要求：充电时间短、充电动循环多，以方便使用和保证寿命。

●电机技术：主要有四种电机：直流电机、永磁电机、开关磁阻电机、交流感应电机。要求重量轻、效率高、可靠性好。

●驱动系统控制与集成技术：多采用单片机和功率器件配合作为控制系统，功率器件主要使用IGBT（绝缘栅双极晶体管）。

●电池监视与管理系统技术

●充电系统技术,要求充电方便、充电时间短

●电动汽车整车布臵及匹配技术

2．国外电动汽车的驱动系统

2.1 电动汽车驱动系统的构成

2.2 电动汽车驱动系统的分类

2.3 电动汽车使用的驱动电机

2.3.1 电动汽车常用牵引电动机的种类、特点以及控制系统

电动汽车在不同时期采用了不同的牵引电机。最早采用的是直流牵引电机。随着电子技术和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，这些电动机正在逐步取代直流电动机。

电动汽车对牵引电动机的要求

电动汽车所用牵引电动机应具有较大的调速范围，高效、低耗，各种配套的控制装臵的重量要尽可能轻，系统噪声要低。另外，还要求可靠性好、耐高温及耐潮、结构简单、适合于大批量生产、使用维修方便、价格便宜等。

在电动汽车所用各种牵引电动机中，直流电动机效率低、可靠性差、重量大；交流异步牵引电动机结构简单、运行可靠；永磁电动机和开关磁阻电动机相对应的性能也都较直流电动机优越，它们的基本性能比较见表1。

2.3.2直流牵引电动机

较早开发的电动汽车上多采用直流牵引电动机，即使现在，还有一些电动汽车上仍然还采用直流电动机驱动。

(1) 直流牵引电动机结构

直流牵引电动机有转子电枢绕组和定子励磁绕阻、机座和电刷换向装臵等主要部件组成。串激式直流电动机的电枢绕组和励磁绕组串联，而它激式直流电动机的励磁绕组和电枢绕组是分开的。

(2) 直流电动机特点

直流电动机以前通过电阻降压调速，这要消耗大量能量。目前多数采用直流斩波器来控制它的输入电压、电流，根据直流电动机输出转矩的需要，脉冲输出和变换直流电动机所需从零到最高电压，来控制和驱动直流电动机运转。直流电动机的容量范围大，可以根据需要选用。其制造技术和控制技术都较成熟，驱动系统也较简单，价格便宜。但直流电机在结构上有电刷、换向器等易磨损件，因此存在维修保养困难、寿命较短、使用环境要求高、结构复杂、效率低、质量大以及体积大、耗材多等缺点。目前新研制的各种电动汽车已基本上不再采用直流电动机。

2.3.3鼠笼式交流异步电动机

三相鼠笼式交流异步电动机是目前应用得最广泛的电动机，转子上不需电刷，结构简单，其生产技术比较成熟，已经能够大批量的生产。

(1) 鼠笼式交流异步电动机的结构

三相鼠笼式交流异步电动机由2个基本部分组成：定子和转子。定子由机座和三相定子绕组组成，接电源；转子由硅钢片选成，内有成鼠笼型互成短路的导条。

(2) 鼠笼式交流异步电动机工作原理

当在异步电动机的定子绕组上加上三相交流电时，在电机中将产生旋转磁场，该磁场的转速由定子电压的频率及电动机极数所决定。磁场旋转时，位于该旋转磁场中的转子导

条将切割磁力线，并在转子导条中产生相应的感应电流，而此感应电流又受到旋转磁场的作用而产生电磁力，使转子跟随旋转磁场旋转，输出动能。

(3) 鼠笼式交流异步电动机的控制

由于在电动汽车上，交流异步电动机不能直接使用蓄电池或发电机发出的电能（因为频率一定）。交流异步电动机的转速与所供交流电的频率近成正比，因此在采用交流异步电动机时，需应用变频器，将直流电或发电机发出的固定频率的交流电转换成频率和电压均可调的三相交流电，实现对鼠笼式交流异步电动机的控制。

(4) 鼠笼式交流异步电动机的特点

虽然三相鼠笼式牵引电动机具有结构简单、坚固耐用、工作可靠、维护方便、价格便宜等优点，得到了非常广泛的应用，但仍然存在技术上的难点。如变频器所产生的高次谐波、高附加铜耗及铁耗、高的绝缘介质损耗、附加脉动转矩、电磁噪声等。

2.3.4永磁无刷直流电动机

(1) 永磁无刷直流电动机基本结构

它主要由电动机本体、位臵传感器和电子开关线路3部分组成。其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等）。转子由永久磁铁按一定极对数（2P=2、4┅┅）组成，

(2) 永磁无刷直流电动机基本工作原理

永磁无刷直流电动机运行过程中，通过控制各相绕组通电频率及电流大小来调节转速及转矩，控制定子绕组的通电次序使电动机正反转，这些都可以通过微电子系统加以实现。

(3) 永磁无刷直流电动机的特点

永磁无刷直流电动机在工作时，直接将近似方波的电流输入其定子绕组中，可以使电动机获得较大转矩，效率高、出力大、无电刷、高速性能好、结构简单牢固、免维护或少维护、质量轻。但目前，这种电机还存在损耗多、工作噪声大及脉冲式输出转矩的缺点。

2.3.5开关磁阻电动机

开关磁阻电动机简称SR。它是一种新型电动机，因其结构简单、坚固、工作可靠、效率高，其调速系统（SRD）运行性能和经济指标比普通的交流调速系统好，具有很大的潜力，因而近几年来，它在牵引调速领域异军突起，发展颇为迅速。

(1)开关磁阻电动机工作原理

SR电动机的运行遵循“磁阻最小原理”——磁通总要沿磁阻最小的路径闭合。而具有一定形状的铁心在移动到最小磁阻位臵时，必使自己的主轴线与磁场的轴线重合。

(2) 开关磁阻电动机调速系统组成

开关磁阻电动机调速系统简称SRD，主要由SR电动机、功率变换器、控制器、位臵检测器

及速度检测器等部分组成。

2.3.6正在研发的新的电动汽车牵引电机

随着电子技术和计算机技术的飞速发展，新的电机理论与控制方式层出不穷，推动新的电机驱动系统迅猛发展。高密度、高效率、轻量化、低成本、宽调速牵引电机驱动系统已成为各国研究和开发的主要热点。

(1) 永磁式开关磁阻电动机

这种电动机在磁阻转矩的基础上迭加了永磁转矩，永磁转矩的存在有助于提高电机的功率密度和减小转矩脉动，以利于它在电动车辆驱动系统中应用。

(2) 转子磁极分割型混合励磁结构同步电动机

这种电动机具有磁场控制能力，类似直流电动机的低速助磁控制和高速弱磁控制，符合电动汽车低速大力矩和恒功宽高速的需求。

此外，正在研发的牵引电动机驱动系统热门课题还有：

车轮电机驱动系统。

（2）双馈电异步电动机驱动系统和双馈电永磁同步电动机驱动系统等。

（3）永磁无刷交流电动机。

2.3.7 结束语

由以上介绍可知，牵引电动机是电动汽车的主要部件之一。直流电动机很早就被用作电动汽车的驱动电机。直流驱动系统技术成熟，因此在电动汽车上有很大一部分是采用直流牵引电动机的新型电动汽车正在越来越多的采用性能更为优越的交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机，并向大功率、高转速、高效率和小型化方向发展。新的牵引电动机和控制技术也正在越来越广泛地应用在电动汽车上，加上新型电池的出现，将会大大推动电动汽车的发展。电的来源多种多样，尤其在我国，水电资源相当丰富，加上它的绿色环保特性，可以预见，不要多长时间，电动汽车必将逐步替代内燃机汽车，占据主导地位。

3．国外电动汽车发展状况

3.1 产业背景

美国汽车年产量超过1000万辆，汽车的保有量超过2亿辆以上。汽车工业是美国的支柱产业，在给美国带来繁荣昌盛的同时，也带来了能源危机、环境污染以及资源的浪费。近年来，美国从国外进口石油约占其全国消耗量的一半以上。1973年因争夺石油资源而爆发的中东战争，引起了世界性的石油危机，导致美国、欧洲和日本等一些依赖进口石油的国家，在国家安全和国民经济上受到了石油危机的威胁。为了避免再次受到石油危机的冲击，各个国家开始重视对电动汽车的研究和开发。另一方面，20世纪五六十年代，在美国

的一些大城市里，相继出现了因为汽车排放对大气环境造成严重污染而引起的光化学烟雾危害事件。特别是在芝加哥，光化学烟雾笼罩城市上空长期不散，造成了严重公害，影响了芝加哥市民的健康，从而引起了科学家和美国政府的关注。1976年7月，美国国会通过《电动汽车和复合汽车的研究开发和样车试用法令》，以立法的形式、政府资助和财政补贴等手段加速发展电动汽车。法国更是一个缺少石油的国家，每年要从国外进口大量石油。石油制品的价格很高，约是美国的4倍，法国大气的污染源主要来自汽车的排放。因此，法国是全世界最积极研制和推广电动汽车的国家之一。法国电力供应充沛且多用核能发电和水力发电，发电源干净、电价便宜，汽车工业发达。法国有丰富的电力资源，核发电站的电力占全国总电力的75%；水力发电站的电力占全国总电力15%。法国政府鼓励开发电动汽车和充分利用电力资源，在政策上给予支持，为开发电动汽车提供资助。德国政府十分重视环境保护，投入大量资金用于电动汽车的研制，德国政府指定奔驰汽车公司和大众合资建立了德国汽车工业有限公司的科技开发机构。为了防止污染英国是当今世界生产电动汽车较先进和使用最广泛的国家，瑞士为了防止环境污染，要求在旅游区只能使用电动汽车，它是欧洲电动汽车使用效益最高的国家之一。瑞典的VOLVO汽车工业公司、意大利的菲亚特公司、瑞士的荷拉奇和埃苏拉公司等，都不惜投入巨额资金，研究开发新一代电动汽车，并力争早日实现产业化。日本国土狭小，石油资源匮乏，几乎完全依赖进口，油价很贵。日本工业发达，人口密度很大，城市污染严重。因此，日本政府特别重视电动汽车的研究和开发。包括印度、南韩等各国政府也在大力扶持大型汽车集团开发电动车的同时，纷纷制定环保和节能法规，采取投资、税收优惠、政府补贴促进消费的政策。

3.2 产业政策

世界各国扶持电动汽车政策一览

3.4 主要生产厂家及产品

部分国外汽车企业的电动车及发展路线图

4．国外促进电动汽车发展的政策4.1 国外促进电动汽车发展的策略

各国政府在大力扶持大型汽车集团的同时，纷纷制定环保和节能法规，采取投资、税收优惠、政府补贴促进消费的政策，以“双p”战略促进电动汽车产业的发展。“双p”战略即用push(推)和pull(拉)两种力量促进某项事业的发展。

推：建立严格的空气污染治理法律和节能法规，限定非电动汽车的生产与消费，如美国有空气清净法、国家能源法，强制性要求各汽车公司电动汽车的销售量达到总销售量的一定比例；日本有汽车污染防治法，强制要求政府各机构必须逐年增加电动汽车保有量的比例；瑞士在旅游观光基地禁止行驶燃油汽车。

拉：制定各种研发计划、优惠政策，投入资金，鼓励研究、生产、经销和消费电动汽车(见表1)。欧盟的“明日汽车行动计划”、美国的“新一代汽车伙伴计划”(PNGV)以及最近提出的“自由车计划”(Freedom Car)，还有日本的“低公害车开发普及行动计划”等，都旨在抢占电动汽车产业制高点。代表着当代先进水平的福特汽车公司的Think牌、通用汽车公司的Impact牌、丰田汽车公司的E-com、Prius牌电动汽车、本田公司的Civic牌电动汽车正是这种竞争的结晶。

?法国媒体2009年9月23日报道称，法国工业部长Christian Estrosi于22日宣布将就5万辆电动汽车的采购开始政府招标，此举表明，法国政府正在加快推动普及清洁能源汽车的战略步伐。

报道称，2008年10月，法国总统萨科奇宣布将推动法国汽车制造商生产清洁能源汽车。此后，法国政府实施了相关的政策和措施。法国汽车制造厂商也已陆续推出了一系列新的车型。此次Christian Estrosi宣布国家将公开招标分批采购5万辆电动汽车，陆续提供给政府部门，以及大型国有企业，这说明，法国政府已决定加速普及电动汽车。

报道称，法国政府计划用5年时间，为政府机构采购10万辆电动汽车。为此，法国政府委托法国邮电局总裁负责制定采购的招标书，并计划于本月28日提交工业部和生态部。此外，法国邮电局已经承诺，从现在起到2013年，将陆续采购并投入使用1万辆电动汽车，约占法国邮电局业务用车总量的25%。

4.2 发展计划

表1 世界各国发展电动汽车计划