这种三电方案可以用一个句话来概括:通过按需配置,特性匹配地有序掌控电动车车辆能源.按需配置就是车辆需要消耗多少电能就在车上放置多少电能.特性匹配是指车辆能源处理(功率,转矩)特性曲线要跟车辆运动特性相符.有序掌控能源是指合理地利用机电磁基础理论,找到一种最佳的能源方案.目前中国电单车存量3.5亿辆,摩托车存量1亿辆.如果这些出行需求能够使用廉价便宜的纯电动汽车来满足.假定三分之一的摩托车,电单车改为纯电动车,那么至少有1.5亿辆市场规模.假设一辆不存在里程焦虑的宝骏E100,其售价在3万元以内.百公里电耗9度电费5.4元,首付20%,即6000元不到一个月工资.车辆保险只有现在普通家用汽车的三分之一(全保1500元一年以内).那么这样的交通工具相比较摩托车,电单车来说是很有竞争力的.宝骏E100的配置如下,以裸车售价3.8万宝骏E1002019款250km智行版为参考.这一款车用市场最低价是3.8万.其中电池24度,按当前电池成本800~1000元每度计算.其电池成本在1.92万~2.4万.也就是说电池成本才是这辆车的占比最大的.如果电池容量降为一半.即续航里程为125公里.那么车辆售价可以在3万元以内.在使用双电压换电的模式下.行驶到半路出现电量不足,或出行距离超过125公里.可以租用12~24度电池.这样的短的续航里程,如果用来替代电单车,摩托车是足够的.用来替代二手燃油车也是足够的,行驶几十万辆的二手燃油车,售价不过几万,但是频繁的保养维修可以不说,燃油车即便按最低4l百公里燃料计算,一年2万公里,6.8元每升.每年需要5000元燃料,而电动车仅需要1080元(当然燃油车是4座,但4升已是最低油耗).由上面的分析得到,一辆没有里程焦虑的125公里巡航以上的3万宝骏E100是有市场价值的.即便是当前售价4~6万其销量也还行.那么一辆没有里程焦虑,充电难题的宝骏E100是怎么实现的呢?有什么技术能够实现?宝骏E100的电动机是峰值30KW.不考虑现有车型三电(电池,电控和电机是什么样的).通过重新设计宝骏E100的三电系统,可以实现没有里程焦虑,充电难题的新宝骏E100.将三相异步电动机选为峰值30KW.原宝骏是永磁同步电动机.改为过载,超温能力更好的牢固可靠三相异步电动其成本会降低.至于效率相差不到5个百分点,也就是每百公里续航缩减量少于5公里.但电机可以实现自冷风冷不需要额外温控.电池系统采用最低12度,125公里以上续航.其中12度是车载固定电池,此外车主可以自主选择12度可以替换电池模组,最多两个模组.即车载空间可以最多安装12度固定电池+24度可替换电池.续航在375公里.电控是实现这样的系统的关键.新宝骏E100的电控原理图如下图1中,有50V电池4个模组.每个模组电池容量是3度,采用磷酸锂铁电池,能量密度在160wh/kg以上,每个电池组重量在18公斤左右.50V60AH电池组.充放电是均衡的.车载电池组充电倍率在0.5C以内,放电倍率可以高达3C.可替换电池组充电倍率0.25C,放电倍率1C.图1中开关器件选用价格低廉的MOSFET,如果选用100V60AMOSFET,那么需要三套如图1所示的主回路并联到三相电机绕组.每套主回路功率是12KW,三套并联是36KW.足够的余量.并且将其中两套的储能部件改为超级电容,利用超级电容的高功率密度作为加速时的功率放电.可以将电池组的放电倍率降低到1C.三电平逆变器的控制电路和逻辑目前市面还没有成熟产品,这是设计的难处.但当这个技术的普及,控制电路的成本也较低廉.这是一个三相异步电动机,当电机是六相异步电动机,九相异步电动机时.主回路翻倍即可.而电机峰值功率也会翻倍成为30KW,90KW.同时,这样的电控模式可以将圆柱形电动机应用到电动车上,通过合理的补能方式解决里程焦虑,充电难题.这才是这种电控方式魔力所在.1989年Isao提出了将电机定子绕组打开,将两个将两个逆变器从绕组两端分别供电的结构如图2所示电动机需要根据车辆的运动特性来需求调配电力.所以呢,什么样的电机驱动系统才是最佳的电控系统呢?异步(同步)电动机定子需求的是正弦波.而电池供给的直流小幅波动电压(电池电量不同会有偏移).这就要求逆变器使用高速开关器件(IGBT,GTO,MEOST)将电池电能调配成正弦波.这正弦波是不同电压,不同频率的.根据"solartoservice"(太阳能到服务人们生产生活的效率)的三个效率,及电动车电能使用调配补能方式的分析中,我们知道,60V以内的安全电压适用于补能方式补充.所以有了一个双电压的方案.按这个方向去优化纯电动汽车的电驱系统,并给出一个可行的控制方案.新三电方案的思路.图1的双逆变器异步(同步)电动机控制原理是一种推拉式供电方式,有利于提高电机供电电压.此外还有人提出过双定子绕组,双转子电机等等.这些都是可以用来作为双电压系统的方式.但这些方式中,有且只有一种在一定工况下是最优的.因电能的使用方式千变万化,条条道路通北京,目前作者也无法判断哪一种电池+逆变器+电机是新能源汽车电控的最佳控制方式,只是利用所有时间去深入浅出学习这方面的知识.目前找到的电机+电控+电池的电控方案比较好的方式如下,我认为这种方式仍有很大的优化空间,分享出来给广大专业人员参考,抛砖引玉.根据刘凤君著作"多电平逆变技术及其应用"课本.异步电机两端的逆变器可以是三相两电平SPWM逆变器,也可以是三相三电平或多电平逆变器.交流电机两端的逆变器桥臂是可以对称,也可以是非对称的,每一相绕组逆变器两端直流电压可以是相等,也可以不相等.这样的技术原理给电动车电控设计带来了极大的方便.为了最简单易于理解,我们设定4个电池组供电都是额定电压50V直流.逆变器是三电平三相逆变器.在这样的设计下主回路如下图在图5中50V额定电池电压,加在一个等效电机绕组两端的线电压峰谷差是200V,故电机线电压等效有效值约为141V.当电机额定是70KW最高电机线电流在300A以内.这是较经济的电机电流.也就是说,这种控制方案中单个三相电机做到70KW是经济可行的.在所有的电机控制课本中,交流直流电机的调速的本质是什么?如何从调速的本质优化电动车电控方案?在学习时,这两个问题带来了解决问题的方向.根据郑萍"电机机电能量转换原理"调速属于机电换能器.在这本书中,尽管用数学很详尽地解释了机电能量转换关系.却没有给出电机调速的本质.通过学习总结得出:电动机调速的本质是能量有序地转换为变化的磁场,通过磁力作用到机械形变.那么如何通过这样的本质特性优化电机调速,并形成一种较优的电动车电控方案呢?如图7,所有的电机都是利用导体产生变化的磁场获得动力.如何有序地掌控能量,如何合理地调速成为电动车电控的关键.电场和磁场的变化耦合的最佳形式是正弦波式变化.故交流电动机调速也是最佳的.通过工况匹配,对现有技术的筛选.得到三相同步或异步电动机是最佳的.但目前电动车电控方案存在一个很大的问题,有序的能量变换方式不是最佳的.当前的三相异步电机控制方案中,电池里的负电荷从负极出发,经过SPWM变换,到达电机实现电磁耦合能量变化,然后从正极回来锂离子上,实现电荷中和.这个负电荷走完了一整个闭环回路.如8中,负电荷只需要经过一半的路径.这样的路径短了之后呢?负电荷走的路短,消耗的能量就少了.如图9是一个单相电感,两边是变化的有序正弦波电压,能量可以从左右两边的电池向电机绕组移动,也可以在制动时将能量反馈给电池.当然也可以在左右电池流动.当这是单相的时候,其优势不能发挥.当3~9相并实现变相变极的时候,你就会发现这是一种有序控制电磁能量的较佳方式.如10所示.4个独立的50V电池组,若干逆变器组和一个九相异步电动机.我们假定每相绕组功率在5~10KW,那么九相可以得到45~90KW的总功率.而通过控制每一相的电压,电位角,及串接接线方式.我们就能够得到一个变相变极的调速方式.外加简单调频,就可以得到超越现在所有电动车电控方案的调速方式.这种调速方式的调速性能不只是调速性能好,更多的是实现了能量的有序控制.此外,如果优先实现将其中一个或多个电池组电量用完,可以停车就更换电池组.以一辆百公里10~20度耗电量的车辆计算,每行驶一百公里,更换掉其中一个电量最少的电池组.那么其更换电池的重量较轻,便捷性超过加油.从而解决了电动车的里程焦虑,充电难题.然而,这种电控方式的还会带来更多的变化,尤其是电动机.我曾花非常多的时间去学习电动机构造设计,认为圆柱形电动机比轮毂电机更适合电动车,因圆柱形电机可以将定子绕组融入车身,成为为车体的一部分且传动结构也较轮毂电机简单,更重要的是其散热性能更高.轴向电机的高功率密度是电磁耦合面更宽,而圆柱形电机可以超越轴向电机的功率密度.比如,如果我们将一个30KW的三相异步电动机设计成长达1米的,细长圆柱电机.定子是壳体与车身融为一体,定子是车轴与传动融为一体.而双逆变器开绕组的接线方式可以让电控及整车布局更加节省空间.将电机做成圆柱形还能节省电缆.目前市面上没有这样的产品,更多是长宽接近的矩形电机,大直径电机扭矩更高.以上内容是作者一年多前的笔记心得整理得来.还有更多已初步形成想法在未来跟读者分享.