驱动电机系统

电机在汽车上的应用很广（图5−1），从电动油泵到电动空调，从电动车窗到驱动引擎，众多汽车部件中电机都是核心器件，不可或缺。驱动电机及其控制系统更是燃料电池汽车的关键部件，其性能优劣直接影响整车动力性、经济性等多项重要指标。

图5−1 电机在汽车上的应用

燃料电池汽车用电机系统与其他工业用电机系统有着显著的不同（表5−1），这主要是由于：

（1） 受到车辆空间限制和使用环境的约束。

（2） 来源于电池的电能转化为机械能需要高效率转化，这要求电机控制器和电机之间的匹配尽可能利用电池输出的能量。

正因为如此，与一般工业用电机相比，燃料电池汽车驱动电机系统有以下特殊要求：

（1） 驱动速度、转矩变化范围大，既能运行在恒转矩区，又能运行在恒功率区。理想的驱动电机机械特性是低速恒转矩及高速恒功率：基速以下大转矩以适应快速起动、加速、负荷爬坡、频繁起停等要求，基速以上恒功率、宽范围以满足最高车速、公路飞驰、超车等要求。

（2） 系统效率高：电动车供电电源能量有限，尤其受当前动力电池成本和整车布置的限制，提高电驱动系统的效率是提高汽车续航里程和经济性的重要手段。

（3） 过载能力强，功率密度高。

（4） 能在恶劣的工作环境下可靠工作（如防水、防尘能力）。

（5） 可靠性好，结构简单，维修方便，成本低，体积和质量小。

表5−1 电机系统性能比较

针对以上特点，燃料电池汽车主流驱动电机大致可分为以下4类：直流电机、交流感应电机、永磁同步电机（无刷直流电机）及开关磁阻电机等。其中，交流感应电机较多应用于纯电动汽车（包括轿车及客车），永磁同步电机主要应用在混合动力汽车（包括轿车及客车）。下面介绍燃料电池汽车常用的驱动电机，并以永磁直流无刷电机为例描述了电机系统的建模方法和涉及的一些研发问题。