微型電動汽車在因其舒適，價格低廉使用成本比較低，在城鄉(xiāng)市場大受歡迎。從2010年產(chǎn)銷量不足2萬輛，到2014年產(chǎn)銷量接近20萬輛，五年時間市場份額增長將近10倍，近幾年微型電動車的發(fā)展可謂迅猛，產(chǎn)銷量一片叫好。從誕生之日起，各種質(zhì)疑聲接踵而至，整車的安全性、合法性、生產(chǎn)資質(zhì)等等各方面的聲音在質(zhì)疑這一新生的產(chǎn)業(yè)。更有專家妄斷低速電動汽車就是“垃圾技術(shù)”，任何的產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都有自己的規(guī)律，交通工具的發(fā)展也是如此，道路的改善必將推動交通工具的升級，新型交通工具的出現(xiàn)，又會反作用于道路硬件條件的提升。但是交通工具在存在形式只有最合適沒有先進(jìn)與落后之分。如果說微型電動汽車是“垃圾技術(shù)”，按照這種邏輯，存在了一百多年的自行車更應(yīng)該淘汰出局。微型電動汽車從誕生的時候并沒有得到政策資金的照顧，然而順應(yīng)了市場的需求規(guī)律，在價格能接受的情況下，由簡單入手，然后逐步通過技術(shù)資金來提升產(chǎn)品品質(zhì)，進(jìn)一步形成適合這一級市場的產(chǎn)品。經(jīng)過短短5年多時間的發(fā)展，作為微型電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)，經(jīng)歷了三次技術(shù)升級，性能越來越穩(wěn)定，適應(yīng)性也越來越好。

微型電動汽車發(fā)展到現(xiàn)在，驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)升級主要經(jīng)歷了三次重大的技術(shù)改造。分別是第一代嫁接場地車驅(qū)動技術(shù)，直接將場地車的串勵控制器及電機(jī)裝到小汽車車殼里面；第二代開始針對小型電動汽車的結(jié)構(gòu)和特性，有針對性的設(shè)計驅(qū)動系統(tǒng)，更具有調(diào)速換向優(yōu)勢的他勵電機(jī)及控制器逐漸替換掉串勵系統(tǒng)安裝在微型電動汽車?yán)锩妫坏谌?qū)動系統(tǒng)更接近電動汽車的要求，對于小型電動汽車的使用特性，交流電控驅(qū)動系統(tǒng)顯得更加適合，控制器及電機(jī)的穩(wěn)定性越來越強(qiáng)，控制算法和控制策略也更加先進(jìn)?？刂破鞯纳墦Q代也客觀的反映出小型電動汽車作為一個新興產(chǎn)業(yè)，逐漸由不成熟走向成熟，由低門檻向高端制造在一步步邁進(jìn)。

1、串勵電機(jī)控制器

2002年左右房地產(chǎn)經(jīng)過前期醞釀，逐漸開始迸發(fā)活力。為了顯現(xiàn)出樓盤建設(shè)的高端大氣上檔次，有些地產(chǎn)公司便引入了不燒油又沒有噪音的電動車，早期進(jìn)入中國的場地車也叫看房車或者高爾夫球車，因其使用方便，維護(hù)簡單，無噪音無排放，很受一些地產(chǎn)企業(yè)歡迎。此階段的電動車還不能嚴(yán)格意義上叫微型電動車，這類電動車所用的驅(qū)動系統(tǒng)為串勵電機(jī)和控制器。典型的結(jié)構(gòu)就是斬波器加上一個換向器，形成一個控制器總成。

作為動力驅(qū)動系統(tǒng)的串勵電機(jī)，其特性就是啟動轉(zhuǎn)矩比較大，在連接形式上，轉(zhuǎn)子與定子線圈串聯(lián)，轉(zhuǎn)子與定子電流相同，低轉(zhuǎn)速情況下，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)形成的反電動勢小，流過電流大，能夠輸出較大的轉(zhuǎn)矩，一旦轉(zhuǎn)速上升，反電動勢增加，流過電流減小，相應(yīng)輸出轉(zhuǎn)矩變小，整個機(jī)械特性顯得比較軟。具體的表現(xiàn)就是車上人少的時候速度能提的比較高，一旦車上人多的時候，為了維持大的輸出扭矩，整個車速就會降下來。整個系統(tǒng)的調(diào)速主要是由斬波器的調(diào)壓來進(jìn)行調(diào)速，換向的時候由于串勵電機(jī)的自身特性，需要在斬波器旁邊安裝一個價格不菲的換向器接，由于換向電流都比較大，如果控制器的控制策略或軟件算法跟硬件平臺不過關(guān)，經(jīng)常會引起換向接觸器的燒毀，接觸器的觸點粘合，甚至?xí)龤щ姍C(jī)。因其低轉(zhuǎn)速的優(yōu)良轉(zhuǎn)矩輸出特性，過載能力強(qiáng)，低速輸出轉(zhuǎn)矩大，所以在運貨車、場地車這些場合運用的比較多。最早在沒有現(xiàn)成的動力驅(qū)動系統(tǒng)的情況下，微型電動車出現(xiàn)直接將此類動力系統(tǒng)直接引入，在應(yīng)用的過程中出現(xiàn)相應(yīng)的續(xù)航里程無法上去，沒有能量回饋，經(jīng)常性的倒車換向會引起接觸器粘連，整個機(jī)械特性比較軟，調(diào)速性能不是很適合微型電動汽車，這種動力系統(tǒng)存在了一定的時間就慢慢淡出微型電動汽車的配件領(lǐng)域。但是在場地車?yán)涇嚨热菀走^載的應(yīng)用場合依然有很強(qiáng)的生命力。在此階段也誕生了一大批控制器生產(chǎn)企業(yè)。

2、他勵電機(jī)控制器

由于串勵電機(jī)及控制器在最早出現(xiàn)的微型電動汽車上的使用已經(jīng)顯現(xiàn)出一定的弊端，特別是調(diào)速性能和電機(jī)的機(jī)械特性不是很適合微型電動汽車的車況，國內(nèi)最早一批做電動車的廠家和做控制器的廠家開始著手動力系統(tǒng)的升級。與此同時，隨著國家對農(nóng)村建設(shè)的投入，如村村通，農(nóng)村道路水泥化等等各項措施的推進(jìn)，新農(nóng)村建設(shè)的直接結(jié)果是極大的改善了農(nóng)村的交通道路狀況，城鎮(zhèn)化的加快，城鄉(xiāng)道路硬件建設(shè)的進(jìn)一步提升。農(nóng)村城鎮(zhèn)居民的收入也在不斷的持續(xù)增加，對出行交通工具有了更進(jìn)一步的要求，低使用成本，低購買成本的微型電動汽車成為農(nóng)村城鎮(zhèn)居民的首選，微型電動汽車需求市場進(jìn)一步擴(kuò)大。在城鎮(zhèn)農(nóng)村事實上已經(jīng)形成了家庭擁有小轎車的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和運行的客觀條件。傳統(tǒng)燃油車的維護(hù)成本不斷增加，油價的不斷上漲，在這種情況下，迫切需要價格低廉，維護(hù)成本低的交通工具。

經(jīng)過電動汽車廠家和做控制器的企業(yè)聯(lián)合努力，曾經(jīng)用在小型高爾夫球車上的動力系統(tǒng)相對比較適合微型電動汽車上，首先小型高爾夫球車一般為4座或6座，跟微型電動汽車比較接近。就這樣小型高爾夫球車上的他勵電機(jī)和控制器作為動力系統(tǒng)被用在微型電動汽車上面。然而小型高爾夫球車的使用工況跟汽車相比畢竟有很大的區(qū)別，從這時開始控制器生產(chǎn)廠家開始跟整車廠家緊密結(jié)合，根據(jù)整車的使用工況來確定定制控制器的控制方式和控制策略。而他勵電機(jī)的結(jié)構(gòu)也決定了它比串勵電機(jī)更有優(yōu)勢，他勵電機(jī)的勵磁線圈和轉(zhuǎn)子線圈分別單獨供電，在控制方式上能夠?qū)崿F(xiàn)勵磁線圈弱磁控制，使電機(jī)能夠在超過額定速度的寬范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速，調(diào)速范圍比串勵電機(jī)更有優(yōu)勢。勵磁線圈的單獨供電，使得電機(jī)在車輛進(jìn)行剎車、下坡的工況下能夠比較容易的實現(xiàn)能量回收，能夠有效的延長續(xù)航里程。在換向的時候只需要利用電子方式改變轉(zhuǎn)子電流方向即可進(jìn)行換向，不需要外接換向接觸器，成本上更具有優(yōu)勢。他勵控制器和電機(jī)進(jìn)入到微型電動汽車驅(qū)動領(lǐng)域，進(jìn)口品牌的控制器開始被國產(chǎn)控制器追趕并超越。

在這一階段不得不提山東時風(fēng)集團(tuán)，以敢為人先的精神提出造電動汽車，率先在電動汽車上面采用了他勵電機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng)，使微型電動汽車的續(xù)航里程大幅度提高，使用成本更進(jìn)一步降低，微型電動汽車的市場接受程度進(jìn)一步增強(qiáng)。時風(fēng)本身具有農(nóng)用車的渠道優(yōu)勢，使微型電動車在農(nóng)村市場的推廣更為順利。作為一個標(biāo)桿企業(yè)，也帶動了山東省內(nèi)的全民造車的高潮，山東省一躍成為全國最大的微型電動車產(chǎn)銷地。市場的需求因為山東省的示范作用被進(jìn)一步擴(kuò)大，同時帶動河北、河南、江蘇、浙江等地的電動車的發(fā)展。

經(jīng)過幾年的發(fā)展，以他勵控制器為核心的配套廠家也發(fā)展起來，比如珠海英搏爾，西安仁安電控等。就技術(shù)而言他勵控制器在控制策略軟件算法層面以及電力電子技術(shù)的理解深度，對工程師提出更高的要求，特別是硬件平臺的穩(wěn)健可靠，使技術(shù)門檻相對有所提高?？刂破魃a(chǎn)廠家開始出現(xiàn)分水嶺，有很多生產(chǎn)串勵控制器的廠家到現(xiàn)在依然沒有突破他勵控制器的技術(shù)壁壘。他勵電機(jī)作為直流電機(jī)應(yīng)用在微型電動汽車上雖然比串勵電機(jī)有一定的優(yōu)勢，但是不足很快就顯現(xiàn)出來，出現(xiàn)一系列的問題，主要表現(xiàn)在四個方面。第一、需要根據(jù)電動車行駛的里程定期更換碳刷，維護(hù)起來很麻煩。第二、因為是直流電機(jī)，換向過程中容易出現(xiàn)電火花，不安全。第三、電機(jī)封閉情況，發(fā)熱情況不容樂觀。第四、使用的皮實性并不能很好的滿足車況的要求。未定電動汽車用戶逐漸在使用的過程中逐漸認(rèn)識到這些短板，相關(guān)的整車生產(chǎn)廠家也逐步的意識到他勵電機(jī)和控制這種動力系統(tǒng)會增加很多售后成本。

隨著國家多電動汽車事業(yè)的支持，特別是發(fā)達(dá)國家對電動汽車相關(guān)核心部件的研發(fā)投入，電機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展。效率更高，功率密度更大的永磁同步電機(jī)、直流無刷電機(jī)、低壓交流異步電機(jī)的技術(shù)不斷完善。這類電機(jī)拖動系統(tǒng)開始進(jìn)入微型電動汽車動力驅(qū)動視野。微型電動汽車的動力驅(qū)動系統(tǒng)開始進(jìn)入發(fā)展的第三階段，并且出現(xiàn)分支。

3、交流電機(jī)控制器

從2013年下半年開始，交流控制器開始進(jìn)入微型電動汽車的動力驅(qū)動系統(tǒng)。并且出現(xiàn)分支。在這個時期，市場需求更進(jìn)一步的擴(kuò)大，整個市場呈現(xiàn)井噴式的發(fā)展，微型電動汽車為廣大老百姓所接受。并且消費者對整車的舒適度，整車的質(zhì)量等方面開始提出要求。國家層面開始對微型電動車這一新興產(chǎn)業(yè)側(cè)目而看，各方面的質(zhì)疑聲也加速了整車廠對工藝的改進(jìn)。許多廠家也是在這一時期進(jìn)行整頓，產(chǎn)線上四大工藝，使整車的制造水平有了很大的提升，整車的質(zhì)量狀況跟相同體量車型的傳統(tǒng)燃油車的質(zhì)量越來越接近，甚至有的已經(jīng)達(dá)到同等的質(zhì)量水平。

微型電動汽車動力系統(tǒng)的升級，極大的提升了整車的性能和使用舒適度，也讓現(xiàn)有鉛酸電池的續(xù)航能力得到更進(jìn)一步的挖掘，整車的技術(shù)含量也更進(jìn)一步提升。微型電動汽車普遍使用的電壓等級為48V、60V、72V、96V、144V這幾個等級，其中以72V最為主流，低電壓大功率的電機(jī)控制，對電力電子技術(shù)在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用提出了更為苛刻的要求，技術(shù)門檻更進(jìn)一步提升，使得在這一領(lǐng)域掌握核心技術(shù)的廠家更進(jìn)一步減少。也使得技術(shù)能力出眾的整車公司體突破重重障礙登上工信部汽車生產(chǎn)目錄，能夠上牌拿到政府新能源汽車推廣補(bǔ)貼。

交流電機(jī)控制器根據(jù)控制目標(biāo)電機(jī)主要分為交流異步、永磁同步和永磁直流無刷三類：

(1)交流異步

交流異步電機(jī)控制器主要是用于控制交流異步電機(jī)。這種電機(jī)發(fā)展時間最為長久，工藝也最成熟。無論在可靠性還是穩(wěn)定性還是在環(huán)境適應(yīng)能力上沒有電機(jī)能與之相媲美。其工作原理是依靠電機(jī)定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)圓形磁場來感應(yīng)轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場并不同步存在轉(zhuǎn)速差。正是因為交流異步電機(jī)的自身結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)的原理較為復(fù)雜，使得交流異步電機(jī)在控制的時候顯得很復(fù)雜。特別是下坡、剎車這些進(jìn)行能量回收的階段，軟件控制策略相相當(dāng)復(fù)雜。在工業(yè)應(yīng)用方面主要是用變頻器來進(jìn)行交流異步電機(jī)的調(diào)速和控制，在這些場合電壓等級高，功率小，電流小控制起來相對比較容易，在控制策略上普遍采用的是VVVF控制即電壓頻率比值固定的方式，而且由于市場的原因在此類變頻器應(yīng)用場合的市場接受不良率在5%以內(nèi)。

交流異步電機(jī)應(yīng)用于電動汽車的時候，特別是微型電動汽車上面，主流的電池電壓在72V，電壓資源非常寶貴，在這種情況下傳統(tǒng)的變頻器已經(jīng)不再適合。低電壓大電流的使用特性，需要對控制器完全重新定義結(jié)構(gòu)，在控制策略上更要選擇更為先進(jìn)的空間矢量控制。從這方面來講，傳統(tǒng)的變頻器廠家做微型電動汽車控制器相對于新來者并沒有壓倒性的優(yōu)勢。汽車核心配件的應(yīng)用要求的特殊性，交流異步電機(jī)控制器在微型電動汽車上的應(yīng)用也能直接推動變頻器的發(fā)展。在變頻器行業(yè)5%以內(nèi)的不良率是汽車核心配件不能接受的。

美國的特斯拉將交流異步電機(jī)成功的應(yīng)用于電動汽車，使電動汽車表現(xiàn)出優(yōu)異的特性更是促進(jìn)人們重新認(rèn)識交流異步電機(jī)。微型電動汽車經(jīng)過三次控制器升級，目前普遍使用的是交流異步電機(jī)，控制策略的提升，高功率密度的電力電子器件的應(yīng)用，微型電動汽車更是表現(xiàn)出一定的優(yōu)異性。眾泰云100、御捷、時風(fēng)、雷丁、大陽等等廠家使用的都是該類制器。

(2)永磁同步和永磁直流無刷

永磁同步和永磁直流無刷電機(jī)在結(jié)構(gòu)上比較接近，運行原理上也比較接近。轉(zhuǎn)子作為永磁體，定子通過控制器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場來拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在運行的過程中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場速度同步。永磁同步電機(jī)需要控制器產(chǎn)生三相純正弦波合成圓形磁場來拖動轉(zhuǎn)子磁極。而永磁直流無刷電機(jī)只需要控制器進(jìn)行正確的電平換相產(chǎn)生多邊形磁場拖動轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)，這也導(dǎo)致直流無刷電機(jī)與生俱來的低轉(zhuǎn)速能感覺到抖動的缺點，目前這一缺點經(jīng)過控制上的優(yōu)化有多改進(jìn)。這兩種電機(jī)的材料結(jié)構(gòu)特性使得電機(jī)在控制過程中更容易實現(xiàn)剎車、下坡情況下的能量回收能在一定程度上延長續(xù)航里程。這兩種電機(jī)由于采用了高磁密度的稀土永磁材料，電機(jī)在運行過程中損耗小，整機(jī)效率會比交流異步電機(jī)高出很多，相同功率等級下機(jī)座型號也會小一些。

目前永磁同步電機(jī)在高速電動車上面應(yīng)用的比較多，最具有代表的便是比亞迪秦，永磁直流無刷電機(jī)的使用最具代表性的是新大洋與眾泰合作推出的知豆D系列車型。這兩種電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極都選用的是稀土永磁材料，稀土永磁材料可能會隨著使用時間的增加存在退磁的風(fēng)險，導(dǎo)致輸出力矩減小，熱損耗增加。特別是在低電壓大電流環(huán)境中，長時間的工作、半坡駐車會導(dǎo)致電機(jī)內(nèi)部溫度過高影響電機(jī)壽命甚至嚴(yán)重退磁。這些客觀存在的問題也是要經(jīng)過時間的檢驗。

在微型電動汽車方面并沒有大規(guī)模采用這兩種型號的電機(jī)，其主要原因目前稀土永磁材料的價格偏高，整體來講應(yīng)用于汽車領(lǐng)域的永磁同步電機(jī)和永磁直流無刷電機(jī)價格相對于同等功率的交流異步電機(jī)要高出很多。對于價格因素比較敏感的微型電動汽車并沒有充足的理由和時間來接納這兩種電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)。

結(jié)束語

從2010年開始到現(xiàn)在微型電動汽車一路走過風(fēng)風(fēng)雨雨，這一路充滿質(zhì)疑聲，但是微型電動汽車在沒有國家補(bǔ)貼的情況下依然頑強(qiáng)成長。親民的價格，很低的使用成本，讓微型電動汽車成爆發(fā)式的增長。老百姓對出行質(zhì)量需求的提高是大勢所趨，汽車走進(jìn)千家萬戶更是綜合國力提升，人民生活水平提高的大潮流。微型電動汽車經(jīng)過短短5年的發(fā)展無論是在整車質(zhì)量還是在核心部件的升級上都有了質(zhì)的飛躍。核心部件的升級，新技術(shù)的應(yīng)用，證明微型電動汽車是有強(qiáng)大生命力的。在未來微型電動汽車極有可能就是我國下一波汽車工業(yè)浪潮風(fēng)口。

返回第一電動網(wǎng)首頁 >