一、電動汽車的系統組成

一般地，如果把電動汽車看生是一個大系統，則系統主要由電力驅動子系統、電源子系統和輔助子系統組成。下圖

表示一種典型的電動汽車系統組成，圖中雙線表示機械連線；粗線表示電氣連線；細線表示控制訊號連線；線上的箭頭表示電功率或控制訊號的傳輸方向。來自加速踏板的訊號輸入電子控制器並透過控制功率變化器來調節電動機輸出的轉矩或轉速，電動機輸出的轉矩透過汽車傳動系統驅動車輪轉動。充電器透過汽車的充電介面向蓄電池充電。在汽車行駛時，蓄電池經功率變換器向電動機供電。當電動汽車採用電制動時，驅動電動機執行在發電狀態，將汽車的部分動能回饋給蓄電池對其充電，並延長電動汽車的續駛里程。

二、電動驅動系統要求

電力驅動系統是電動汽車的核心，也是區別於內燃機汽車的最大不同點。電動汽車對驅動系統的要求很高。一般認為,驅動系統應符合下列要求：

1）瞬時功率大，短時過載能力強，以滿足爬坡及加速的需要；

2) 調速範圍寬廣；

3) 在執行的全部速度範圍和負載範圍內，具有較高的效率。也就是在電機所有工作範圍內綜合效率高, 以儘量提高電動汽車一次續駛里程；

4) 可靠性高，使用方便簡單，價格低廉；

5) 功率密度高，體積小，質量輕。

一般地，驅動系統由電氣和機械系統組成。電氣系統由電子控制器，功率變換器、驅動電動機組成；機械系統由機械傳動裝置和車輪組成。驅動系統的功能是將儲存在蓄電池中的電能高效地轉化為車輪的動能進而推進汽車行駛，並能夠在汽車減速制動或者下坡時，實現再生制動。結構如下圖

驅動電動機的作用是將電源的電能轉化為機械能，透過傳動裝置驅動或直接驅動車輪。早期，電動汽車上廣泛採用直流串激電動機，這種電動機具有“軟”的機械特性，與汽車的行駛特性非常適應。但直流電動機由於存在換向火花，比功率較小，效率較低，維護保養工作量打等缺點，隨著電動機技術和電動機控制技術的發展，正在逐漸被直流無刷電動機（BCDM）、開關磁阻電動機（SRM）和交流非同步電動機所取代。

電子控制器即電動機調速控制裝置是為電動汽車的變速和方向變換等設定的，其作用是控制電動機的電壓或電流，完成電動機的驅動轉矩和旋轉方向的控制。在早期的電動汽車上，直流電動機的調速採用串接電阻或改變電動機磁場線圈的匝數來實現。因其調速是有級的，且會產生附加的能量消耗或使用電動機的結構複雜，現在已很少使用。目前，電動汽車上應用較廣泛的是閘流體斬波調速，透過均勻地改變直流電動機的端電壓，控制電動機的電流，來實現電動機的無級調速，在電力電子技術的不斷髮展中，它也逐漸被其他電力電晶體（如GTOMOSFET，BTR及IGBT等）斬波調速裝置所取代。

電動汽車用的功率變換器用做DC-DC轉換和DC-AC轉換。DC-DC轉換器又稱直流斬波器，用於直流電動機驅動系統。兩象限直流斬波器能把蓄電池的直流電壓轉換為可變的直流電壓，並能將再生制動能量進行反向轉換。DC-AC轉換器通常稱作逆變器，用於交流電動機驅動系統，它將蓄電池的直流電轉換為頻率和電壓均可調的交流電。電動汽車一般只是用電壓輸入式逆變器，因為其結構簡單且又能進行雙向能量轉換。而且，通常採用的是SPWM（正弦波SPWM）逆變器。其原理是將正弦調製波與三角載波比較，得到相應的PWM脈衝序列。SPWM的優點在於它的演算法簡單，而且容易實現。

三、電動汽車對於驅動電機的要求

　　目前對於電動汽車效能的評定，主要是考慮以下三個效能指標：

　　(1)最大行駛里程(km)：電動汽車在電池充滿電後的最大行駛里程；

　　(2)加速能力(s)：電動汽車從靜止加速到一定的時速所需要的最小時間；

　　(3)最高時速(km/h)：電動汽車所能達到的最高時速。

　　針對於電動汽車的驅動特點所設計的電機，相比於工業用電機有著特殊的效能要求：

　　(1)電動汽車驅動電機通常要求可以頻繁的啟動/停車、加速/減速、轉矩控制的動態效能要求較高；

　　(2)為了減少整車的重量，通常取消多級變速器，這就要求在低速或爬坡時，電機可以提供較高的轉矩，通常來說要能夠承受4-5倍的過載；

　　(3)要求調速範圍儘量大，同時在整個調速範圍內還需要保持較高的執行效率；

　　(4)電機設計時儘量設計為高額定轉速，同時儘量採用鋁合金外殼，高速電機體積小，有利於減少電動汽車的重量；

　　(5)電動汽車應具有最最佳化的能量利用，具有制動能量回收功能，再生制動回收的能量一般要達到總能量的10%-20%；

　　(6)電動汽車所使用的電機工作環境更加複雜、惡劣，要求電機在有著很好的可靠性和環境適應性，同時還要保證電機生產的成本不能過高。

四、電動車幾種常用的驅動電機

　1、直流電動機

　　在電動汽車發展的早期，大部分的電動汽車都採用直流電動機作為驅動電機，這類電機技術較為成熟，有著控制方式容易，調速優良的特點，曾經在調速電動機領域內有著最為廣泛的應用。但是由於直流電動機有著複雜的機械結構，例如：電刷和機械換向器等，導致它的瞬時過載能力和電機轉速的進一步提高受到限制，而且在長時間工作的情況下，電機的機械結構會產生損耗，提高了維護成本。此外，電動機運轉時電刷冒出的火花使轉子發熱，浪費能量，散熱困難，也會造成高頻電磁干擾，影響整車效能。由於直流電動機有著以上缺點，目前的電動汽車已經基本將直流電機淘汰。

2、交流非同步電動機

　　交流非同步電機是目前工業中應用十分廣泛的一類電機，其特點是定、轉子由矽鋼片疊壓而成，兩端用鋁蓋封裝，定、轉子之間沒有相互接觸的機械部件，結構簡單，執行可靠耐用，維修方便。交流非同步電機與同功率的直流電動機相比效率更高，質量約輕了二分之一左右。如果採用向量控制的控制方式，可以獲得與直流電機相媲美的可控性和更寬的調速範圍。由於有著效率高、比功率較大、適合於高速運轉等優勢，交流非同步機是目前大功率電動汽車上應用最廣的電機。目前，交流非同步電機已經大規模化生產，有著各種型別的成熟產品可以選擇。但在高速運轉的情況下電機的轉子發熱嚴重，工作時要保證電機冷卻，同時非同步電機的驅動、控制系統很複雜，電機本體的成本也偏高，相比較於永磁式電動機和開關磁阻電機而言，非同步電機的效率和功率密度偏低，對於提高電動汽車的最大行駛里程不利。

3、永磁式電動機

　　永磁式電動機根據定子繞組的電流波形的不同可分為兩種型別，一種是無刷直流電機，它具有矩形脈衝波電流；另一種是永磁同步電機，它具有正弦波電流。這兩種電機在結構和工作原理上大體相同，轉子都是永磁體，減少了勵磁所帶來的損耗，定子上安裝有繞組透過交流電來產生轉矩，所以冷卻相對容易。由於這類電機不需要安裝電刷和機械換向結構，工作時不會產生換向火花，執行安全可靠，維修方便，能量利用率較高。

　永磁式電動機的控制系統相比於交流非同步電機的控制系統來說更加簡單。但是由於受到永磁材料工藝的限制，使得永磁式電動機的功率範圍較小，一般最大功率只有幾十千萬，這是永磁電機最大的缺點。同時，轉子上的永磁材料在高溫、震動和過流的條件下，會產生磁性衰退的現象，所以在相對複雜的工作條件下，永磁式電機容易發生損壞。而且永磁材料價格較高，因此整個電機及其控制系統成本較高。

　4、開關磁阻電機

　　開關磁阻電機作為一種新型電機，相比其他型別的驅動電機而言，開關磁阻電機的結構最為簡單，定、轉子均為普通矽鋼片疊壓而成的雙凸極結構，轉子上沒有繞組，定子裝有簡單的集中繞組，具有結構簡單堅固、可靠性高、質量輕、成本低、效率高、溫升低、易於維修等諸多優點。而且它具有直流調速系統的可控性好的優良特性，同時適用於惡劣環境，非常適合作為電動汽車的驅動電機使用。

目前來說，非同步電機依然是最為適合的。隨著電力電子技術的日益成熟和控制方法的不斷進步，非同步電機系統結構堅固的優點將特別突出，而其不足將隨控

制方法的不斷改進得到彌補。長遠看，永磁無刷電機在電動汽車上會有較好的應用。隨著稀土永磁材料作為一個行業不斷髮展壯大，不論是成本，還是效能，永久磁鋼都有長足的進步。而多年來對永磁無刷電機的研究，也使得其製造方法和效能都得到了發展。因此，可以預言，永磁無刷電機在電動汽車中的應用前景廣闊

在電動汽車上，作為將電能轉化成機械能的動力部件，電動機及其控制裝置佔有重要的地位。目前而言，電動機驅動系統有四類

(1)直流電動機驅動系統，電動機控制器一般採用脈寬調製控制方式。這種電動機由轉子和定子組成，定子部分又主要由主磁極，機座，換向極和電刷裝置組成；轉子部分主要由電樞鐵心，電樞繞組，換向器三部分組成。這種電機調速效能好，在過載情況下也可以實現均勻平滑的無極調速，而且調速範圍比較寬。除此之外，直流電動機啟動力矩大，控制比較簡單，效率高，響應快。但是它有一個顯著地缺點就是由於存在電刷和換向器等易損件，故容易磨損，需要定期維修或更換。

(2)非同步電動機驅動系統，電動機控制器採用向量控制或者直接轉矩控制的變頻調速方式。這種電機是由氣隙旋轉磁場與轉子繞組感應電流相互作用產生電磁轉矩，從而實現電能量轉換成機械能的一種交流電動機。與其他電機相比，非同步電機結構簡單，製造、使用、維修方便，執行可靠性高，質量輕，成本低。但是它的使用有一個很大的侷限性就是它的轉速與旋轉磁場的同步轉速有固定的轉差率，故調速效能相對較差。

(3)交流永磁電動機驅動系統，主要包含兩類電動機：永磁同步電動機和無刷直流電動機驅動系統。其中永磁同步電動機具有高效、控制精度高，轉矩平穩性高，振動噪聲低的特點，在電動汽車驅動方面有很高的應用價值，永磁同步電動機與普通電動機相比有很多優點，比如，用永磁體代替勵磁繞組，從而省去了勵磁線圈，滑環和電刷，以電子換向實現無刷執行，執行更可靠。但是它的缺點就是其轉子為永磁體，無法調節，增加定子電流時會增加電機銅耗。

(4)開關磁阻電動機驅動系統。這種電動機由雙凸極的定子和轉子組成，其定子和轉子的凸極均由普通矽鋼片疊壓而成。

我理解題主問的是電驅動系統的結構佈置有哪些形式。它的結構佈置比較靈活，可以分為驅動電機中央驅動和電動輪驅動兩種形式。

①電機中央驅動形式是借鑑了傳統內燃機汽車的驅動形式，用一臺驅動電機驅動左右兩側車輪。這種形式的優點是與傳統汽車操作方式相同，安全可靠，但缺點也很明顯，就是效率比較低。Tesla Modle S用的就是下面圖中第二種形式。

②反觀電動輪驅動形式的體積和重量大大減少，效率明顯提高，但是控制系統複雜，成本高。電動輪又可以分為電機電動輪驅動和輪轂電機驅動。

下圖是雙電機電動輪驅動形式，兩個電機分別驅動兩邊車輪，轉彎時透過控制器控制車輪以不同的轉速行駛，從而省掉了差速器。

還有就是輪轂電機驅動，第一種是輪轂電機和固定速比的減速器裝在車輪轂裡，簡化了傳動系統，還有一種直接捨棄減速器，電機直接驅動車輪，電機的轉速就等於車輪轉速，這種形式要求電機在起步、加速時具有足夠的轉矩。