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纯电动车用开关磁阻电机的研究

发表时间：2021/6/1 来源：《论证与研究》2021年4期作者：于游深

[导读] 摘要：针对国内外开关磁阻电机的研究现状，对纯电动车用开关磁阻电机的发展现状及其对策进行分析与研究。首先，对纯电动车用开关磁阻电机的发展现状及其对策的分析与研究。其次，根据纯电动车用电机的技术参数和性能指标，总结纯电动车用开关磁阻电机的关键技术及难点。最后提出纯电动车用开关磁阻电机的技术难题及解决策略。

                                                             于游深
                                     （商丘工学院机械学院河南商丘 476000）
        摘要：针对国内外开关磁阻电机的研究现状，对纯电动车用开关磁阻电机的发展现状及其对策进行分析与研究。首先，对纯电动车用开关磁阻电机的发展现状及其对策的分析与研究。其次，根据纯电动车用电机的技术参数和性能指标，总结纯电动车用开关磁阻电机的关键技术及难点。最后提出纯电动车用开关磁阻电机的技术难题及解决策略。
        关键词：纯电动车；开关磁阻电机；效率特性；续航能力
        目前市面上应用于电动汽车的电机主要包括直流电机、异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机四种类型[1]。其中开关磁阻电机是当前纯电动车领域新生的一种电机，其结构非常简单坚固、使用的可靠性高、自身的质量轻、加工制造的成本低、运转工作的效率高、试验过程中产生的温升低、维修性也非常好，安全性高。但由于对开关磁阻电机的核心技术掌握不足，开关磁阻电机在我国纯电动车领域的应用还比较匮乏，没有实现推广使用。
        1 纯电动车用电机的技术参数和性能指标分析
        如图1所示是一种开关磁阻电机，主要由定子绕组、定子铁芯、转子铁芯组成，结构非常简单。开关磁阻电机是当前纯电动车领域新生的一种电机，和直流电机、异步电机、永磁同步电机相比，开关磁阻电机结构非常简单坚固、使用的可靠性高、自身的质量轻、加工制造的成本低、运转工作的效率高、试验过程中产生的温升低、维修性也非常好，安全性高，不使用稀土材料，未来开关磁阻电机将是纯电动车领域的最佳选择。

图1 开关磁阻电机

        1.1纯电动轿车电机技术参数和性能指标
        奇瑞小蚂蚁 2021款 15万蚁粉款蚁潮版、比亚迪汉 2020款 EV 超长续航版豪华型、奔驰EQC 2020款 EQC 350 4MATIC三款车型电机技术参数和性能指标对比结果见表1所示。
        表1纯电轿车电机技术参数对比

        2 开关磁阻电机关键技术问题及其技术难点
        开关磁阻电机的关键技术问题主要有效率特性、额定电压、续航里程等。
        2.1开关磁阻电机的效率特性
        开关磁阻电机需要根据不同的指标要求满足动力性指标，包括最高车速、最大加速能力、爬坡能力。根据纯电动汽车的最高车速可以计算出开关磁阻电机的功率，开关磁阻电机的功率P可以根据以下公式进行计算得到：

        2.2开关磁阻电机的额定电压
        开关磁阻电机的额定电压值决定了整车在相同输出功率的情况下所需配置蓄电池的数量，当开关磁阻电机的额定电压越低，整车在相同输出功率的情况下所需配置蓄电池的数量，当开关磁阻电机的额定电压越高，整车在相同输出功率的情况下所需配置蓄电池的数量[2]。
        2.3开关磁阻电机的续航里程
        续航里程是所以纯电动汽车最核心的技术，一辆车的续航里程的大小直接决定了纯电动汽车的使用特性和经济特性。影响开关磁阻电机续航里程最大的原因就是与开关磁阻电机配套使用的蓄电池的的容量以及蓄电池的使用寿命。
        2.4开关磁阻电机技术难点
        续航里程是目前最难攻克的问题，如果能解决蓄电池的问题以及续航里程，那将是又一次工业革命的诞生。与开关磁阻电机同时使用的蓄电池单位重量储存的电能太少，使用成本偏高，充电技术、续航里程、是目前开关磁阻电机亟待解决的关键技术难点，同时也包括对报废蓄电池的处理以及对电网系统的优化。
        3 开关磁阻电机技术难题的主攻方向及解决对策
        3.1技术难题的主攻方向
        开关磁阻电机的的技术最大难题就是续航里程问题，这将是未来整个汽车领域的主攻方向，如果解决了续航里程问题，开关磁阻电机将为人们的生活带来巨大的改变，也将对地球的生态环境做出巨大的贡献。
        3.2 技术难题的解决对策
        由于蓄电池的使用寿命有限，同时属于不可回收利用的资源。为解决目前开关磁阻电机所面临的关键问题及其技术难度，未来的研究方向以及解决策略主要是以下几个方面。
        3.2.1采用动力电池
        动力电池应该满足高安全性、大比能量、高比功率、较长的使用寿命、较低的生产制造成本、较高的能量转换效率等六大功能指标和经济指标。
        3.2.2采用超级电容器
        超级电容器的优势是质量比功率高、循环寿命长，弱点是质量比能量低、购置价格贵，但是循环寿命长达50万～100万次，故单次循环价格不高，与铅酸电池、能量型锂离子电池并联可以组成性能优良的动力电源系统。
        3.2.3采用铅酸电池
        采用铅酸电池生产技术成熟，安全性好，价格低廉，废电池易回收再生。
        3.2.4采用以磷酸铁锂为正极的锂离子电池
        以磷酸铁锂为正极的锂离子电池负极为碳、正极为磷酸铁锂的锂电池综合性能好：安全性较高，不用昂贵的原料，不含有害元素，循环寿命长达2000次，并已克服了电导率低的缺点。能量型电池的质量比能量可达120Wh/kg，与超级电容器并联使用，可以组成性能全面的动力电源。功率型的质量比能量也有70～80Wh/kg，可以单独使用而不必并联超级电容器。
        3.2.5采用以钛酸锂为负极的锂离子电池
        以钛酸锂为负极的锂离子电池在充电-放电中体积变化极小，保证了电机机构稳定和电池的长寿命；钛酸锂电极点位较高（相对于Li+/Li电极为1.5V），在电池充电时可以不生成锂晶枝，保证了电池的高安全性。但也因钛酸锂电极电位较高，即使与电极电位较高的锰酸锂正极配对，电池的电压也仅约2.2V，所以电池的比能量只有约50～60Wh/kg。即使如此，这种电池高安全性，长寿命的突出优点，也是其他电池无可比拟的。
        4结论
        本文主要通过对比国内外开关磁阻电机的研究现状，对纯电动车用开关磁阻电机的发展现状及其对策进行分析与研究，分析了纯电动车用开关磁阻电机的关键技术及难点，提出了纯电动车用开关磁阻电机的技术难题及解决策略。
        参考文献：
        [1]耿春杰,李昕涛.电动汽车用开关磁阻电机调速控制系统的设计与研究[J].电子测试,2020(19):122-123.
        [2]渠苏东. 开关磁阻电机无位置传感器控制研究[D].中国矿业大学,2020.
        作者简介：于游深，男，本科，纯电动车用开关磁阻电机的研究。