如果本文所寫三電方案將產業化，實踐證明有成本優勢，那么三年之后，每家每戶都可以有一輛純電動汽車。這種三電方案比目前特斯拉、比亞迪等技術更先進。

這種三電方案可以用一個句話來概括：通過按需配置，特性匹配地有序掌控電動車車輛能源。按需配置就是車輛需要消耗多少電能就在車上放置多少電能。特性匹配是指車輛能源處理（功率、轉矩）特性曲線要跟車輛運動特性相符。有序掌控能源是指合理地利用機電磁基礎理論，找到一種最佳的能源方案。

我們先從微型車說起，介紹這種三電控制方案，當然重型卡車，超大功率工程車同樣適用該種新三電方案。

目前中國電單車存量3.5億輛，摩托車存量1億輛。如果這些出行需求能夠使用廉價便宜的純電動汽車來滿足。假定三分之一的摩托車、電單車改為純電動車，那么至少有1.5億輛市場規模。

什么樣的純電動汽車才能夠替代摩托車、電單車呢？

假設一輛不存在里程焦慮的寶駿E100，其售價在3萬元以內。百公里電耗9度電費5.4元，首付20%，即6000元不到一個月工資。車輛保險只有現在普通家用汽車的三分之一（全保1500元一年以內）。那么這樣的交通工具相比較摩托車、電單車來說是很有競爭力的。

寶駿E100的配置如下，以裸車售價3.8萬寶駿E100 2019款 250km 智行版為參考。

這一款車用市場最低價是3.8萬。其中電池24度，按當前電池成本800~1000元每度計算。其電池成本在1.92萬~2.4萬。也就是說電池成本才是這輛車的占比最大的。如果電池容量降為一半。即續航里程為125公里。那么車輛售價可以在3萬元以內。在使用雙電壓換電的模式下。行駛到半路出現電量不足、或出行距離超過125公里。可以租用12~24度電池。

這樣的短的續航里程，如果用來替代電單車、摩托車是足夠的。用來替代二手燃油車也是足夠的，行駛幾十萬輛的二手燃油車，售價不過幾萬，但是頻繁的保養維修可以不說，燃油車即便按最低4l百公里燃料計算，一年2萬公里，6.8元每升。每年需要5000元燃料，而電動車僅需要1080元（當然燃油車是4座，但4升已是最低油耗）。

由上面的分析得到，一輛沒有里程焦慮的125公里巡航以上的3萬寶駿E100是有市場價值的。即便是當前售價4~6萬其銷量也還行。

那么一輛沒有里程焦慮，充電難題的寶駿E100是怎么實現的呢？有什么技術能夠實現？

寶駿E100的電動機是峰值30KW。不考慮現有車型三電（電池、電控和電機是什么樣的）。通過重新設計寶駿E100的三電系統，可以實現沒有里程焦慮、充電難題的新寶駿E100。

將三相異步電動機選為峰值30KW。原寶駿是永磁同步電動機。改為過載、超溫能力更好的牢固可靠三相異步電動其成本會降低。至于效率相差不到5個百分點，也就是每百公里續航縮減量少于5公里。但電機可以實現自冷風冷不需要額外溫控。

電池系統采用最低12度，125公里以上續航。其中12度是車載固定電池，此外車主可以自主選擇12度可以替換電池模組，最多兩個模組。即車載空間可以最多安裝12度固定電池+24度可替換電池。續航在375公里。

電控是實現這樣的系統的關鍵。新寶駿E100的電控原理圖如下

圖 1 新寶駿E100電控主回路圖示

圖1中，有50V電池4個模組。每個模組電池容量是3度，采用磷酸鋰鐵電池，能量密度在160wh/kg以上，每個電池組重量在18公斤左右。50V60AH電池組。充放電是均衡的。車載電池組充電倍率在0.5C以內，放電倍率可以高達3C。可替換電池組充電倍率0.25C，放電倍率1C。

圖1中開關器件選用價格低廉的MOSFET，如果選用100V60A MOSFET，那么需要三套如圖1所示的主回路并聯到三相電機繞組。每套主回路功率是12KW，三套并聯是36KW。足夠的余量。并且將其中兩套的儲能部件改為超級電容，利用超級電容的高功率密度作為加速時的功率放電。可以將電池組的放電倍率降低到1C。

三電平逆變器的控制電路和邏輯目前市面還沒有成熟產品，這是設計的難處。但當這個技術的普及，控制電路的成本也較低廉。

這是一個三相異步電動機，當電機是六相異步電動機，九相異步電動機時。主回路翻倍即可。而電機峰值功率也會翻倍成為30KW、90KW。同時，這樣的電控模式可以將圓柱形電動機應用到電動車上，通過合理的補能方式解決里程焦慮、充電難題。這才是這種電控方式魔力所在。

新三電方案原理說明

1989年 Isao 提出了將電機定子繞組打開，將兩個將兩個逆變器從繞組兩端分別供電的結構如圖2所示

圖 2 雙逆變變頻與異步電動機較早電控圖示

電動機需要根據車輛的運動特性來需求調配電力。所以呢，什么樣的電機驅動系統才是最佳的電控系統呢？

調配電力能力跟車輛需求特性匹配的電控系統。

異步（同步）電動機定子需求的是正弦波。而電池供給的直流小幅波動電壓（電池電量不同會有偏移）。這就要求逆變器使用高速開關器件（IGBT,GTO,MEOST）將電池電能調配成正弦波。這正弦波是不同電壓，不同頻率的。

根據"solar to service"（太陽能到服務人們生產生活的效率）的三個效率，及電動車電能使用調配補能方式的分析中，我們知道，60V以內的安全電壓適用于補能方式補充。所以有了一個雙電壓的方案。

按這個方向去優化純電動汽車的電驅系統，并給出一個可行的控制方案。新三電方案的思路。

圖1的雙逆變器異步（同步）電動機控制原理是一種推拉式供電方式，有利于提高電機供電電壓。此外還有人提出過雙定子繞組，雙轉子電機等等。這些都是可以用來作為雙電壓系統的方式。但這些方式中，有且只有一種在一定工況下是最優的。

因電能的使用方式千變萬化，條條道路通北京，目前作者也無法判斷哪一種電池+逆變器+電機是新能源汽車電控的最佳控制方式，只是利用所有時間去深入淺出學習這方面的知識。

目前找到的電機+電控+電池的電控方案比較好的方式如下，我認為這種方式仍有很大的優化空間，分享出來給廣大專業人員參考，拋磚引玉。

圖 3 簡單48V電控主回路a）和控制回路b）示意圖

我們設定Ud/2為48V~60V。暫定額定值為50V

圖 4 工況1方案48V系統逆變器輸出電壓

根據 劉鳳君 著作《多電平逆變技術及其應用》課本。異步電機兩端的逆變器可以是三相兩電平SPWM逆變器，也可以是三相三電平或多電平逆變器。交流電機兩端的逆變器橋臂是可以對稱，也可以是非對稱的，每一相繞組逆變器兩端直流電壓可以是相等，也可以不相等。

這樣的技術原理給電動車電控設計帶來了極大的方便。

為了最簡單易于理解，我們設定4個電池組供電都是額定電壓50V直流。逆變器是三電平三相逆變器。

在這樣的設計下主回路如下圖

圖 5 三電平雙逆變器異步電機開繞組主回路圖示

在圖5中50V額定電池電壓，加在一個等效電機繞組兩端的線電壓峰谷差是200V,故電機線電壓等效有效值約為141V。當電機額定是70KW最高電機線電流在300A以內。這是較經濟的電機電流。也就是說，這種控制方案中單個三相電機做到70KW是經濟可行的。

新三電電控方案可以命名為：調相調極變頻控制。這種方案將會未來廣泛應用在帶儲能裝置、或者高壓直流供電的電力拖動中。

在所有的電機控制課本中，交流直流電機的調速的本質是什么？如何從調速的本質優化電動車電控方案？

在學習時，這兩個問題帶來了解決問題的方向。根據鄭萍《電機機電能量轉換原理》

圖 6 機電換能器方框圖

調速屬于機電換能器。在這本書中，盡管用數學很詳盡地解釋了機電能量轉換關系。卻沒有給出電機調速的本質。

通過學習總結得出：電動機調速的本質是能量有序地轉換為變化的磁場，通過磁力作用到機械形變。

那么如何通過這樣的本質特性優化電機調速，并形成一種較優的電動車電控方案呢？

抓住兩個字"有序能量轉換"

圖 7 電機調速的本質

如圖7，所有的電機都是利用導體產生變化的磁場獲得動力。如何有序地掌控能量，如何合理地調速成為電動車電控的關鍵。

電場和磁場的變化耦合的最佳形式是正弦波式變化。故交流電動機調速也是最佳的。

通過工況匹配，對現有技術的篩選。得到三相同步或異步電動機是最佳的。

但目前電動車電控方案存在一個很大的問題，有序的能量變換方式不是最佳的。

為什么這樣說呢？

當前的三相異步電機控制方案中，電池里的負電荷從負極出發，經過SPWM變換，到達電機實現電磁耦合能量變化，然后從正極回來鋰離子上，實現電荷中和。這個負電荷走完了一整個閉環回路。

圖 8 雙逆變器三相電機開繞組理想電路

如8中，負電荷只需要經過一半的路徑。這樣的路徑短了之后呢？負電荷走的路短，消耗的能量就少了。

我們進一步簡化

圖 9 單相開繞組雙逆變器簡化電路

如圖9是一個單相電感，兩邊是變化的有序正弦波電壓，能量可以從左右兩邊的電池向電機繞組移動，也可以在制動時將能量反饋給電池。當然也可以在左右電池流動。當這是單相的 時候，其優勢不能發揮。當3~9相并實現變相變極的時候，你就會發現這是一種有序控制電磁能量的較佳方式。

圖 10 九相變相變極異步電動機控制主回路

如10所示。4個獨立的50V電池組、若干逆變器組和一個九相異步電動機。我們假定每相繞組功率在5~10KW，那么九相可以得到45~90KW的總功率。而通過控制每一相的電壓、電位角、及串接接線方式。我們就能夠得到一個變相變極的調速方式。外加簡單調頻，就可以得到超越現在所有電動車電控方案的調速方式。

這種調速方式的調速性能不只是調速性能好，更多的是實現了能量的有序控制。此外，如果優先實現將其中一個或多個電池組電量用完，可以停車就更換電池組。以一輛百公里10~20度耗電量的車輛計算，每行駛一百公里，更換掉其中一個電量最少的電池組。那么其更換電池的重量較輕，便捷性超過加油。從而解決了電動車的里程焦慮、充電難題。

然而，這種電控方式的還會帶來更多的變化，尤其是電動機。我曾花非常多的時間去學習電動機構造設計，認為圓柱形電動機比輪轂電機更適合電動車，因圓柱形電機可以將定子繞組融入車身，成為為車體的一部分且傳動結構也較輪轂電機簡單，更重要的是其散熱性能更高。軸向電機的高功率密度是電磁耦合面更寬，而圓柱形電機可以超越軸向電機的功率密度。

比如，如果我們將一個30KW的三相異步電動機設計成長達1米的，細長圓柱電機。定子是殼體與車身融為一體，定子是車軸與傳動融為一體。而雙逆變器開繞組的接線方式可以讓電控及整車布局更加節省空間。將電機做成圓柱形還能節省電纜。

如果沒有變相變極的調速，沒有采用開繞組雙逆變器。圓柱形電機沒有優勢。

目前市面上沒有這樣的產品，更多是長寬接近的矩形電機，大直徑電機扭矩更高。

以上內容是作者一年多前的筆記心得整理得來。還有更多已初步形成想法在未來跟讀者分享。

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