特斯拉汽车的电驱动系统有何优缺点?插图

(1)特斯拉汽车的动力系统

不同于传统的汽油动力车,特斯拉汽车的动力系统主要由四个部分组成:

  • 储能系统(Energy Storage System-ESS)
  • 功率电子模块(Power Electronics Module-PEM)
  • 电动机(Electric Motor-EM)
  • 顺序手动变速箱(Sequential Manual Transmission-SMT)

特斯拉汽车的电驱动系统有何优缺点?插图1

储能系统ESS由6,831块锂离子电池组成,输出直流电DC,是电动车的动力之源。储能系统输出的直流电经过功率电子模块PEM逆变成交流电AC,为交流电动机供电。由此可见,特斯拉汽车是属于交流调速系统

(2)特斯拉汽车的交流调速系统
由于储能系统ESS输出的是直流电,要想为交流电动机供电,必须首先将直流电逆变为交流电,这一功能是由功率电子模块PEM完成。特斯拉汽车的功率电子模块使用72个绝缘栅双极晶体管(IGBT)将直流电转换为交流电。除了控制充电和放电速率,功率电子模块还控制电压等级、电机的RPM(每分钟转数)、转矩和再生制动系统。该制动系统通常通过制动捕获动能,并将其反馈传输回ESS。电池组、功率电子模块和电机系统的效率和集成能够达到85至95%,从而使马达输出可达185千瓦的功率

特斯拉汽车的电驱动系统有何优缺点?插图2

「The Roadster’s charging port
Image © 2006 Tesla Motors, Inc. All rights reserved.」

特斯拉汽车之所以采用交流调速系统而不采用直流调速系统,是因为交流调速系统具有如下优点

  • 交流电机结构简单,便于日常维护;
  • 交流电机坚固耐用、重量轻,需要动态响应高的场合(精密、高速控制)时优势显著;
  • 调速的动态性能好,经济可靠;
  • 功率因数高、谐波小;
  • 电机效率高、节能效果好(相比直流综合节电率在15-25%)。

虽然交流调速传动有优点,但它也存在以下不足之处有待提高:

  • 线路复杂,控制难度大;
  • 交流变频调速装置初期投入成本略高。

但这对于特斯拉都不是问题啦。

(3)特斯拉汽车的电动机

特斯拉汽车的心脏是它的3相,4极感应电动机,它的重量只有70磅。根据特斯拉的声明和独立测试,特斯拉汽车可在约四秒加速到60英里每小时,最高速度能达到大约130英里每小时。特斯拉汽车甚至可以在非常低的转速产生较大的扭矩,并使电动机维持在大马力状态,它可以达到13000转,这是大多数内燃机无法做到的。

特斯拉汽车的电驱动系统有何优缺点?插图3

「The Roadster motor.

Image © 2006 Tesla Motors, Inc. All rights reserved.」

特斯拉汽车的感应电动机是其专利产品,专利文件参考如下:

http://images3.freshpatents.com/pdf/US20130069476A1.pdf

特斯拉汽车的电驱动系统有何优缺点?插图4

该感应电动机的介绍如下:

特斯拉汽车的电驱动系统有何优缺点?插图5

特斯拉汽车主要对电动机的转子进行了一些列的改进,以使其能够实现特斯拉汽车的要求,其专利转子如下所示

特斯拉汽车的电驱动系统有何优缺点?插图6

参考资料:

[1] Tesla Motors, Inc. patents list (updated weekly)

[2] Tesla Motors

[3] HowStuffWorks “How the Tesla Roadster Works”

[4] Model S Features

[5] Lyons D, Straubel J B, Shahoian E, et al. Rotor Design for an Electric Motor: U.S. Patent Application 13/683,146[P]. 2012-11-21.

— 完 —

本文作者:FrancisQu

【知乎日报】
你都看到这啦,快来点我嘛 Σ(▼□▼メ)

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延伸阅读:
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