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新能源汽车的未来-纯电动汽车结构与原理

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新能源汽车的未来-纯电动汽车结构与原理

发布日期:2018-01-16 作者: 点击:

因混合动力汽车存在排放,燃料电池技术发展还需要克服氢能源的运输与储藏问题,目前纯电动汽车是解决汽车排放的最好选择。

纯电动汽车使用便携式能源和由一个或多个电机提供的牵引力。其中,电机能够直接提供动力,不需要动力混合。纯电动汽车的详细结构以及各个部件的相互作用关系如下图所示。纯电动汽车最主要的部件有电机、控制器、动力源和传动系,同时,该图也给出了可供系统选择的子系统组件。

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电化学电池是纯电动汽车的传统能量源。1996年,第一批商业化纯电动汽车Saturn EV 1就应用了铅酸电池。之后,随着技术的不断进步,镍氢电池和锂电池发展起来。一旦电池的可用电量消耗殆尽,充电器可以使其恢复至能量储存线。纯电动汽车的驱动问题促进了新能源的寻找,例如燃料电池和飞轮。过去的10年燃料电池汽车的模型和队伍得到了发展壮大,同时,电池技术也得到了显著发展。一些不同形式的锂电池出现了,并应用到了纯电动汽车和混合动力汽车中。

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发展至今,大多数的纯电动汽车基于直流电机、感应电机或者永磁同步电机。直流电机的劣势促使纯电动汽车开发者研究出了各种形式的交流电机。免维护、低成本的感应电机吸引了众多开发者。虽然近期感应电机在高速范围的研究呈现了新观点,但是这是以牺牲尺寸和重量为代价的。永磁电机的优良性能和高功率密度使其成为纯电动汽车的良好选择,虽然其未来受其成本的制约。高功率密度和潜在低成本使得开关磁阻电机尤其适用于纯电动汽车,目前使用开关磁阻电机的主要问题是噪声问题。电机的设计不仅包含电磁方面,还包括热和机械方面。如今电机的设计采用了有限元方法和各种各样的计算机辅助工具,使设计流程高效地进行。

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基于功率处理单元的功率电子器件驱动电机,将固定的直流电压转变为可变的电压,将受控的可变频率维持在车辆的最佳操作点。电力电子电路包括功率半导体器件,功率半导体器件在过去的30年间得到了巨大的发展。如今电力电子技术是发展高效、高性能动力单元的关键。固态器件的进步和大规模集成技术大大提高了电力电子电路和电子控制单元的效率和紧凑性。如今,布置紧凑的高功率设备以功率电子电机驱动器著称,使轻质、高效的功率单元得到了发展。高速数字信号处理器和微处理器的发展使复杂的控制算法在高速下得以实施并具有较高的精确度。该控制器包括电机驱动的内部循环算法和系统的外部循环算法。

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