交流電動汽車

交流變頻電動汽車是指以車載電源為動力，用交流變頻電機驅動車輪行駛的一種電動汽車。交流變頻電動汽車採用交流變頻電機作為驅動器，性能穩定，抗過載能力強，不燒電機，爬坡動力強勁。行駛時起步平穩，提速快，噪音低等特點，令乘客倍感舒適。

基本介紹

• 中文名：交流電動汽車
• 動力：車載電源
• 驅動器：交流變頻電機
• 特點：性能穩定，抗過載能力強等
• 優勢：大扭矩、寬調速、使用壽命長等
• 發展前景：機遇與挑戰並存

原理

交流變頻電動汽車和普通電動汽車的驅動系統原理對比：

交流變頻電動車

（1） 普通電瓶車驅動系統原理：

（2）交流變頻電動車驅動系統原理 （以陸地方舟交流變頻電動汽車為例）：

交流變頻電動車驅動系統原理

特性

以陸地方舟交流電動汽車為例：

陸地方舟交流電動汽車

1、陸地方舟交流電動汽車採用大容量鉛酸密封電池作為儲能裝置，儲、供電性能好，能量利用率高達92%，供電穩定，充電時間短，令車輛續行里程長，使用過程中不需要維護，無需加酸加水，電池使用壽命長，一般可使用三年。

2、變頻控制器採用美國進口DSP控制晶片，相當於微電腦控制，性能穩定，以頻率控制電能，為目前國內領先技術，該控制器由本公司自主研發生產，質量及保養維修都得到保障，使用及維護成本低。

3、採用交流變頻電機作為驅動器，性能穩定，抗過載能力強，不燒電機，爬坡動力強勁。行駛時起步平穩，提速快，噪音低，令乘客倍感舒適。

優勢

電動汽車交流變頻電機採用與普通異步電機不同的特殊電磁結構最佳化設計，使電機轉矩、功率、效率在寬轉速範圍內達到最優。此系列電機具有其它同類電機在低壓時所不具有的效率高、峰值功率大、過載能力強、性能穩定可靠、結構緊湊、小型輕巧、免維護等電動車輛用驅動電機的性能特點，系列低壓交流變頻電機基速以下恆轉矩運行，滿足電動車輛快速啟動、加速、爬坡及頻繁起動要求，基速以上恆功率運行、使電機高速運行時獲得較大扭矩，使電動車輛獲得很好的高速性能。可以滿足電動車輛各種工況運行要求。同時在下坡、高速滑行及剎車時作為發電機提供能量回饋對電池充電，提高車輛續航里程。電機及控制器系統主要用於小型電動車輛、電動高爾夫球車、電動觀光遊覽車等的驅動。

優勢：

1、大扭矩（過載能力強，特別在低速大負載時更能滿足電動車輛爬坡及加速性能）。

2、寬調速（較直流電機工作速度更高，更符合電動車輛速度性能要求）。

電動汽車

3、高效率、高密度（與直流電機比較體積更小、重量更輕，效率更高）。

4、全封閉式鋁合金外殼（提高散熱性能和防護等級）。

5、結構緊湊、小型輕巧（滿足電動車輛對安裝空間的嚴格要求）。

6、免維護，使用壽命長（基本可達到與整車使用壽命同步）。

技術

電動叉車使 用時會存在交流技術兩個問題：即80V的低系統電壓及相應較高的電流；直流交流轉換時的能量損耗。為了解決這兩個問題，最初很多廠商將直流改成了交流，但 是這種交流動力技術的主要用於防爆環境下的直流叉車的改型，且價格十分昂貴。後來研發出了BT前移式叉車，這種叉車也是採用了交流動力，但是不僅還解決了 以前電動叉車存在的問題，還降低了硬體的成本。

直接交流轉換時的能量損耗解決辦法只需通過先進電子系統即可實現，因為能量損耗主要是直流碳刷部分的能量損耗。

以前的交流動力叉車價格昂貴，主要是維修硬體部分很貴，而為了降低硬體成本，現在的BT前移式電動叉車選 用了半導體元件，硬體成本比以前降低不少，而且隨著電子元件價格的不斷下降，其硬體成本也呈下降趨勢，BT前移式叉車價格低最關鍵的因素是整車設計都基於 支流技術交流電動機的高制動扭矩是關鍵。而且交流電動機的制動能力還具有加速能力，行駛方向改變還可以改變電氣制動。通過對電動機尺寸的仔細研究，制動扭矩要比加速扭距要大得多，這樣交流電機的電氣制動效果會比直流電動機強。

電動汽車

BT前移式叉車使用的是泊車制動系統，已經取代了普通的行車制動。利用泊車制動系統，這樣無論是剎車踏板剎車，還是轉換行駛方向剎車，電動機均會停轉，這樣剎車襯就不會磨損的很厲害。

高效的制動意味著傳統的制動系統可被大大簡化、在BT的前移式叉車中，普通的行車制動已被泊車制動替代。不論駕駛者通過剎車踏板剎車，還是轉換行駛方向剎車，電動機均會停轉並且產生類似發電機的作用。這意味著剎車襯的磨損降至最低。

和直流電機相比，交流電機在行駛與制動上的效率很高，剎車時，電機就會反向轉動，這樣交變電壓的頻率就會下降，且電機就會放電，產生能量。因此剎車越強，再生能量就越多。

BT前移式叉車能量消耗最大，因此設計時則會考慮到行駛部分的能量再生，而且還不會增加系統的複雜性，也不會增加成本。

為了能保證回收的能量能得已合理運用，最簡單的做法則是回充至上電瓶以延長使用時間。從而可以提高前移式叉車的整體性能。

電動叉車使用交流技術，不僅可以提高叉車的整體性能，還能減少故障或者零部件的更換頻率，這樣大大增強了其可靠性。

交直流對比

如果採用直流電瓶作為儲能裝置，儲、供電性能較差，容量不大，充電時間長，導致車輛續行里程短，同時使用過程中需要不斷維護，長期使用需要不斷加酸加水，使用成本高，頻繁加酸加水導致電瓶使用壽命短，一般使用一年左右必須更換。

與此同時，直流電機作為驅動器，直流電機必須與電瓶匹配，由於直流電機自身帶碳刷，在長期使用過程中碳刷磨損嚴重，需要定期檢查更新，使用維護費用高。直流電機過載能力較差，在超負荷運轉時容易燒毀電機，同時由於直流電機高速運轉時功率衰減快，導致車輛爬坡能力弱。

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相比之下陸地方舟交流變頻電動汽車卻有著獨天獨厚的技術優勢，在運行的過程中性能穩定，抗過載能力強，不燒電機，爬坡動力強勁。行駛時起步平穩，提速快，噪音低，令乘客倍感舒適。在配置上陸地方舟自行研發生產的“高效變頻電驅動系統集成技術”、“DSP電驅動控制系統集成”、“電動汽車動力電池管理系統”，更能讓陸地方舟電動汽車能源轉換率高達92%，比直流電動汽車提高了1/3至1/4，有效的讓車輛走得更遠，跑的更快，充分體現出了陸地方舟電動汽車在國內的龍頭地位。

◆採用交流變頻電機作為驅動器，

直流與交流電動汽車主要性能比較表

主要配置	陸地方舟; 智慧型交流電動車	其他廠家; 直流電動汽車車
電源	車用高能密封動力電池、免維護; 12V×6=72V	普通電瓶：需加水、加酸液; 6V×6=36V; 或6V×8=48V
電機	6KW交流電機; 動力更強勁（可達105 NM）	2-3KW直流電機; 45-68 NM
電控系統	智慧型DSP數字; 變頻調速控制系統	直流調速器
車身底盤	專業汽車底盤; 螺旋彈簧+筒式減震（專利技術）	高爾夫車底盤; 板簧式減震 或 無減震
可靠性能	使用交流變頻器，具有過熱過載保護	電機過載易燒、怕水、常換碳刷
使用維護; 費用	低; 能量利用率92%	高; 能量利用率72%
最大爬坡度	≦45%; 爬坡力強，制動穩定	≦25%
驅動特點	低速恆扭矩、高速恆功率	低轉速大扭矩
控制方式	交流變頻控制，無須設定功率，變化適應大，低能耗，效率高	無法實現大功率變頻控制，依靠變阻箱，能量消耗大
車燈設計	汽車式燈頭，美觀大方; 獨立12V電源供電	小燈頭; 共用電瓶電源
續使里程	≦140km	≦100km
最高時速	45km/h 無級調速; 可行駛於複雜路況	25km/h; 行駛於平坦路況
充電時間	6-8小時	8-12小時

發展前景

在當前全球汽車工業面臨金融危機和能源環境問題的巨大挑戰的情況下，發展電動汽車，實現汽車能源動力系統的電氣化，推動傳統汽車產業的戰略轉型，在國際上已經形成了廣泛共識。目前，我國已出台許多政策，扶持和引導電動汽車行業的快速發展，政府意欲加速提高國內電動車產業的競爭力，縮短成熟期，實現對國外汽車工業的“彎道超車”。電動汽車的發展步入關鍵時期，機遇與挑戰並存。

電動汽車

一、電動汽車的定義和特點

新能源汽車包括混合動力汽車、純電動汽車（BEV，包括太陽能汽車）、燃料電池電動汽車、氫發動機汽車、其他新能源（如高效儲能器、二甲醚）汽車等各類別產品。 電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛。所以混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池電動汽車都被歸為電動汽車。

電動汽車之所以成為本世紀技術開發的寵兒，首先是因為電動汽車直接採用電機驅動，本身不排放污染大氣的有害氣體，即使按所耗電量換算為發電廠的排放，除硫和微粒外，其它污染物也顯著減少。發電廠大多建於遠離人口密集的城市，對人類傷害較少，而且發電廠的場所固定，有害排放物集中排放、清除較容易。由於電力可以從多種一次能源中獲得，如煤、核能、水力、風力、光、熱等，可以很好地解除人們對石油資源日見枯竭的擔心。其次，電動汽車能夠充分利用晚間用電低谷時富餘的電力充電，使發電設備得到充分利用，大大地提高了經濟效益。有關研究表明，同樣的原油經過粗煉，送至電廠發電、充入電池、由電池驅動汽車，其能量利用效率比經過精煉變為汽油，再經汽油機驅動汽車高，因此有利於節約能源和減少二氧化碳的排量。

二、電動汽車主要技術　1. 電機及控制系統 　純電動汽車以電動機代替燃油機，由電機驅動而無需自動變速箱。相對於自動變速箱，電機結構簡單、技術成熟、運行可靠。

傳統的內燃機能把高效產生轉矩時的轉速限制在一個窄的範圍內，這是為何傳統內燃機汽車需要龐大而複雜的變速機構的原因；而電動機可以在相當寬廣的速度範圍內高效產生轉矩，在純電動車行駛過程中不需要換擋變速裝置，操縱方便容易，噪音低。

與混合動力汽車相比，純電動車使用單一電能源，電控系統大大減少了汽車內部機械傳動系統，結構更簡化，也降低了機械部件摩擦導致的能量損耗及噪音，節省了汽車內部空間、重量。

電動汽車

電機驅動控制系統是新能源汽車車輛行駛中的主要執行結構，驅動電機及其控制系統是新能源汽車的核心部件（電池、電機、電控）之一，其驅動特性決定了汽車行駛的主要性能指標，它是電動汽車的重要部件。電動汽車中的燃料電池汽車FCV、混合動力汽車HEV 和純電動汽車EV 三大類都要用電動機來驅動車輪行駛，選擇合適的電動機是提高各類電動汽車性價比的重要因素，因此研發或完善能同時滿足車輛行駛過程中的各項性能要求，並具有堅固耐用、造價低、效能高等特點的電動機驅動方式顯得極其重要。

電動汽車的驅動電機目前有直流有刷、無刷、有永磁、電磁之分，再有交流步進電機等，它們的選用也與整車配置、用途、檔次有關。另外驅動電機之調速控制也分有級調速和無級調速，有採用電子調速控制器和不用調速控制器之分。電動機有輪轂電機、內轉子電機、有單電機驅動、多電機驅動和組合電機驅動等。

2. 純電動車的動力電池

動力電池是電動汽車的關鍵技術，決定了它的續行里程和成本。

1）純電動車所需的動力電池

用於電動車的動力電池應有的功能指標和經濟指標包括：（1）安全性；（2）比能量；（3）比功率；（4）壽命；（5）循環價格；（6）能量轉換效率。這些因素直接決定了電動車的合用性、經濟性。

2）超級電容器

超級電容器的優勢是質量比功率高、循環壽命長，弱點是質量比能量低、購置價格貴，但是循環壽命長達50萬～100萬次，故單次循環價格不高，與鉛酸電池、能量型鋰離子電池並聯可以組成性能優良的動力電源系統。

3）鉛酸電池

鉛酸電池生產技術成熟，安全性好，價格低廉，廢電池易回收再生。近些年來，通過新技術，其比能量低、循環壽命短、充電時發生酸霧、生產中可能有鉛污染環境等缺點在不斷克服中，各項指標有很大提高，不僅可更好地用作電動腳踏車和電動機車的電源，而且在電動汽車上也能發揮很好的作用。

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4）以磷酸鐵鋰為正極的鋰離子電池

負極為碳、正極為磷酸鐵鋰的鋰電池綜合性能好：安全性較高，不用昂貴的原料，不含有害元素，循環壽命長達2000次，並已克服了電導率低的缺點。能量型電池的質量比能量可達120Wh/kg，與超級電容器並聯使用，可以組成性能全面的動力電源。功率型的質量比能量也有70～80Wh/kg，可以單獨使用而不必並聯超級電容器。

5）以鈦酸鋰為負極的鋰離子電池

鈦酸鋰在充電-放電中體積變化極小，保證了電機機構穩定和電池的長壽命；鈦酸鋰電極點位較高（相對於Li /Li電極為1.5V），在電池充電時可以不生成鋰晶枝，保證了電池的高安全性。但也因鈦酸鋰電極電位較高，即使與電極電位較高的錳酸鋰正極配對，電池的電壓也僅約2.2V，所以電池的比能量只有約50～60Wh/kg。即使如此，這種電池高安全性，長壽命的突出優點，也是其他電池無可比擬的。

三、 國內外電動汽車發展現狀

目前，發展電動汽車，實現汽車能源動力系統的電氣化，推動傳統汽車產業的戰略轉型，在國際上已經形成了潮流。根據各大汽車公司發布的產品上市計畫，預計2012年前後將迎來國際電動汽車產業化發展的一次高潮。電動汽車一旦取得市場突破，必將對國際汽車產業格局產生巨大而深遠的影響。因此，順應國際汽車工業發展潮流，把握交通能源動力系統轉型的戰略機遇，堅持自主創新，動員各方面的力量，加快推動電動汽車產業發展，對搶占未來汽車產業競爭制高點、實現我國汽車工業由大變強和自主發展至關重要，也十分緊迫。

一是各國政府相繼發布電動汽車發展戰略和國家計畫，進一步為產業發展指明了方向。

美國歐巴馬政府實施綠色新政，把電動汽車作為國家戰略的重要組成，計畫到2015年普及100萬輛插電式混合動力電動汽車（PHEV）。日本把發展電動汽車作為“低碳革命”的核心內容，並計畫到2020年普及包括電動汽車在內的“下一代汽車”達到1350萬輛，為完成這一目標，日本到2020年計畫開發出至少17款純電動汽車、38款混合動力車。德國政府在2008年11月提出未來10年普及100萬輛純電動汽車和插電式混合動力汽車，並宣稱該計畫的實施，標誌德國將進入電動汽車時代。國家戰略的發布實施，對產業發展有著十分重要的導向作用，必將進一步加快國際電動汽車產業發展的進程。

二是動力電池得到高度重視，研發投入急劇增加，電動汽車技術瓶頸突破的預期大大增強。

美國總統歐巴馬2009年8月宣布安排24億美元支持PHEV的研發與產業化，其中20億美元用來支持先進動力電池的研發和產業化。日本政府提出“誰控制了電池，誰就控制了電動汽車”，並組織實施國家專項計畫，在2011年以前將投入400多億日元用於先進動力電池技術研究，2010年左右新型鋰電池將規模套用於下一代電動汽車。德國從今年起啟動了一項4.2億歐元的車用鋰電池開發計畫，幾乎所有德國汽車和能源巨頭均攜資加入。

三是各國政府加大政策支持力度，全力推進電動汽車產業化。

電動汽車

一方面，政府加大對消費者的政策激勵，加快電動汽車的市場培育。美國對PHEV實施稅收優惠，減稅額度在2500美元和15000美元之間。日本從2009年4月1日起實施新的“綠色稅制”，對包括純電動汽車、混合動力車等低排放且燃油消耗量低的車輛給予稅賦優惠，一年的減稅規模約為2100億日元，是現行優惠辦法減稅額的10倍。英國從2009年4月1日起執行新汽車消費稅，對純電動汽車免繳消費稅。法國對購買低排放（二氧化碳）汽車的消費者給予最高5000歐元的獎勵，對高排放汽車進行最高2600歐元的懲罰。另一方面，政府通過加大信貸支持等措施，鼓勵整車企業加快電動汽車產業化。美國政府對電動汽車生產予以貸款資助。2009年6月23日，福特、日產北美公司和Tesla汽車公司獲得80億美元的貸款，主要用於混合動力和純電動汽車的生產。歐盟在2009年上半年發放70億歐元貸款，支持汽車製造商發展電動汽車；此外，美國新的汽車燃油經濟性法規和歐盟新車平均二氧化碳排放法規，對汽車的技術要求大幅提高，如果不發展電動汽車技術，汽車製造商將很難達到新法規的要求。

四是純電動汽車得益於高性能鋰離子電池的發展套用，受到各國政府和各大汽車公司的重新重視，產業化步伐不斷加快。

日產汽車公司宣布2010年在美國和日本銷售純電動汽車，計畫於2012～2013年實現大規模上市，其量產車型“樹葉”已經正式發布。三菱、雷諾、豐田、寶馬等汽車公司也開發出小型純電動轎車，並計畫在2012年前後批量上市。美國、日本、法國、德國、以色列等國政府都制定了純電動汽車推廣計畫，電動汽車充電系統建設項目也陸續啟動。

隨著汽車造成的環境污染和石油危機日益嚴重，20世紀90年代以來，電動汽車研究開始受到重視。經過近20年的研究，已經在電動汽車關鍵技術、系統集成、試驗套用上實現了全面突破，目前世界上主要國家爭相開展產業化工作。

國外電動汽車研發成果

1993年美國政府組織企業和科研機構成立 “新一代汽車合作計畫”（PNGV），聯合開展電動汽車研究，法、德、日等已開發國家紛紛採取政府引導、企業和科研機構聯合的方式加強電動汽車開發研究。

1997年以來，豐田汽車公司推出兩代 “Prius”混合動力轎車，截止到2004年底，豐田汽車公司累計銷量25萬輛混合動力轎車，占全球混合動力汽車總數90%。

2000年本田公司的“Insight”混合動力轎車投放市場，2002年Civic混合動力汽車投放美國市場。

1999年以來，本田汽車公司先後推出“FCX V1、V2、V3、V4、”燃料電池汽車，進行可靠性、碰撞安全性、道路試驗等內容的認證試驗。

2001年以來，通用汽車公司先後推出了“Autonomy”、“Hy Wire”和“Sequel”三種燃料電池轎車，其中“Sequel”燃料電池轎車集成了燃料電池、線傳操控系統、輪轂電機和全鋁合金車身等先進技術，是一部走向實用化的燃料電池汽車。

國內電動汽車研發成果

“十五”計畫期間，中國科技部投入8.8億元全面啟動863電動汽車重大科技專項，制定了“三縱三橫”的總體研發布局：以混合動力電動汽車、純電動汽車、燃料電池汽車為“三縱”，以多能源動力總成控制、驅動電機、動力蓄電池為“三橫”，全面構築電動汽車的技術平台。

經過多年的探索與努力，我國在新能源汽車電池、電機、電控三大關鍵技術上相繼取得突破，並開始產業化。

清華大學和天津清源電動車輛有限公司研製純電動轎車和純電動客車均已通過國家質檢中心的型式認證試驗。

東風汽車(600006,股吧)（600006）公司與武漢理工大學等籌資創建東風電動車輛股份有限公司，開展混合動力汽車研發， 其開發的EQ6100HEV混合動力客車於2003年11月8日在武漢開始示範運行工作，已累計運行14萬多公里，載客15萬人次。

2004年一汽集團和豐田汽車公司簽署協定，計畫引進其“Prius”混合動力汽車技術，建設“綠色”汽車生產基地。

建立了電動汽車研發的國家技術標準平台、測試檢驗平台、政策法規平台和示範套用平台。到目前為止，電動汽車整車產品13項新標準已起草完成、5項標準修訂完成、6項關鍵零部件產品測試規範也已確定。測試電動汽車動力蓄電池、驅動電機、燃料電池發動機等部件的6個公共檢測中心和試驗平台已分別在北京、天津、上海、大連建立起來。

經過多年的技術研發、功能性樣車試驗、示範性套用，我國的電動汽車已經具備了初步產業化條件。

四、 中國電動汽車未來發展展望

中國正在緊張研討《電動汽車科技發展“十二五”專項規劃（草案）》，規劃的總體目標是全面掌握電動汽車核心技術，培育自主研發能力，發揮市場和資源優勢，形成有較強競爭力的電動汽車以及關鍵零部件工業體系。籌劃建設電動汽車充電站、加氫站等基礎設施，滿足電動汽車產業化發展需求，完善電動汽車標準體系，建立有利於電動汽車發展的環境，實現中國由“汽車大國”向“汽車強國”的轉變。

未來5年將是電動汽車從研發階段向產業化階段過渡的關鍵時期，也是中國將電動汽車產業做大做強的關鍵5年。根據規劃的總體思路，“十二五”期間將重點開展7個方面的工作。第一，堅持“三縱三橫”研發布局（即、以燃料電池汽車、混合動力電動汽車、純電動汽車三種車型為“三縱”，多能源動力總成控制系統、驅動電機及其控制系統、動力蓄電池及其管理系統三種共性技術為“三橫”）和“產業化研發”模式。第二，加大充電基礎設施科技創新力度，加快基礎設施建設。第三，加快技術標準研究，完善標準體系建設。第四，深化示範推廣，探索商業推動模式。第五，支持組建產業技術創新聯盟、承擔科技計畫任務。第六，完善公共平台，加強人才培養。第七，深化國際技術交流與合作，推動電動汽車國際化發展。