王麗琴 孔博

摘 要：純電動汽車是進入21世紀以來誕生的新產(chǎn)物，符合當今社會對于節(jié)能環(huán)保方面的需求。因此具有廣闊的發(fā)展前景。對于純電動汽車而言，其驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)是最核心的要素，在全車的配置當中具有舉足輕重的作用，它直接關(guān)系到全車的性能和質(zhì)量。本文針對純電動汽車驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)這一課題展開討論，為純電動汽車驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)提出一些有效的建議。

關(guān)鍵詞：純電動汽車；驅(qū)動電機；控制系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.045

0 引言

“純電動汽車”對于今天的人來講早已不再陌生，它有諸多優(yōu)勢，比如加速性能好、功率大、環(huán)保節(jié)能等，非常符合時代對于交通方式的變革需求。而驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)，直接關(guān)系到純電動汽車的性能和質(zhì)量，純電動汽車的設(shè)計和維護和保養(yǎng)非常重要，因此關(guān)于純電動汽車驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)是當代研究領(lǐng)域重點討論的內(nèi)容。

1 純電動汽車驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

1.1 純電動汽車對驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)的要求

不同于燒汽油或柴油的傳統(tǒng)汽車，純電動汽車是完全以電能為驅(qū)動力的。通過驅(qū)動電機來推動車輛前進，在控制系統(tǒng)方面也有著一些特殊之處。迄今為止，電動汽車驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)有多種要素組成而成，它們分別為：電動機、控制器、功率電子裝置、傳感器等多項內(nèi)容。其中，驅(qū)動電機的主要功能在于將蓄電池中的電能轉(zhuǎn)換成機械能，以及通過對于蓄電池的制動，對于車輛的動能進行反饋。電動汽車對驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)主要涉及以下幾項內(nèi)容：

第一，驅(qū)動電機要求調(diào)速范圍較寬。電機能在四象限內(nèi)工作。

第二，驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)必須以轉(zhuǎn)矩作為控制目標。轉(zhuǎn)矩必須符合迅速且波動較小的要求。

第三，要確保車輛加速較敏捷和高速時保持速度恒定。為此，必須在電機低速時有大的轉(zhuǎn)矩輸出和較大的過載倍數(shù)，要求電機高速區(qū)處有一定的功率輸出。這是純電動汽車相對于汽油車或柴油車的明顯優(yōu)勢。由于內(nèi)燃機的自身特性，其傳動比無法直接調(diào)節(jié)，必須通過變速箱來進行調(diào)節(jié)。

第四，驅(qū)動系統(tǒng)要有較高的工作效率，運行可靠，具備完善的電磁兼容性，且維護成本較低等。

1.2 對電機的分析

在電動汽車上所協(xié)調(diào)工作驅(qū)動電機涵蓋的內(nèi)容有：直流電機、交流感應(yīng)電機、開關(guān)磁阻電機、永磁同步電機等。其中，直流電機是傳統(tǒng)的電機類型，運用較可靠，控制較簡便。但它的缺陷也非常明顯：維護較麻煩，維護成本較高。而交流異步電機的維護成本較低，然而在驅(qū)動系統(tǒng)的控制上較繁瑣，在較大范圍內(nèi)的恒功率調(diào)速很難實現(xiàn)。相較于前二者，永磁同步電機的功率密度很大，與此同時增大了驅(qū)動系統(tǒng)的電流消耗，而且永磁體具有退磁現(xiàn)象的特征。開關(guān)磁阻電機相對而言效率較高且成本較低，但其電機驅(qū)動系統(tǒng)存在轉(zhuǎn)矩脈動，噪音較大且結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，可靠性較低。目前，國內(nèi)絕大多數(shù)純電動汽車采用的驅(qū)動電機均為交流異步電機。

1.3 對功率電子裝置的分析

現(xiàn)階段，常用的驅(qū)動控制系統(tǒng)元器件主要包括GTO、BJT、MOSFET、IGBT、MCT 等。而IGBT是一種較為理想的驅(qū)動控制系統(tǒng)元器件。它具有BJT與 MOSFET兩者共同的優(yōu)勢，工作頻率較高，可達 10 ～ 20 kHz。除此之外，在電壓阻斷峰值、門極驅(qū)動功耗率等方面也都具有明顯的優(yōu)勢，在純電動汽車上面具有普及推廣的有效價值。而IGBT 的低壓變頻裝置的極限容量可以達到380 V 級，540 kV·A，這項系統(tǒng)是目前為止電動汽車變頻驅(qū)動系統(tǒng)中優(yōu)先考慮的開關(guān)器件。

1.4 對控制技術(shù)的分析

電機的各種控制技能的實現(xiàn)條件包括標量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、矢量或磁場定向控制、磁鏈控制等多個內(nèi)容。

矢量控制是一種較為理想的控制技術(shù)，其理論發(fā)展也較為成熟完善，可以對于電機參數(shù)進行較精確的辨認。目前，變結(jié)構(gòu)控制（ VSC）也在純電動汽車的控制技術(shù)方面異軍突起，具有明顯的后發(fā)優(yōu)勢。它尤其是在系統(tǒng)參數(shù)不確定、外部擾動和噪聲等方面具備了明顯的優(yōu)勢，有效地避免抖振、以及轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動大等方面的各種的問題。除此之外，當代所研發(fā)出來用于試驗和運用的控制技術(shù)還有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯等全新的手段。它們的推廣運用，將有效地與那些傳統(tǒng)點控制方法形成互補，尤其提高了電機效率，在電機參數(shù)的自動測量、自動整定時系統(tǒng)工作的調(diào)整等方面都具有不可替代的優(yōu)勢。

2 純電動汽車驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢

在我國以后的純電動汽車驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢中，主要體現(xiàn)于以下幾個方面：

2.1 變速箱的運用

傳統(tǒng)意義上來講，純電動汽車由于其在發(fā)動機牽引特性上的優(yōu)勢，是不需要變速箱的。但多項試驗研究表明，在純電動汽車上面加裝變速箱，對于車輛牽引效率的進一步優(yōu)化是有好處的。所以未來會有更多的純電動汽車會加裝變速箱。

2.2 電機的功率密度的提高

電機在實際運作環(huán)節(jié)中，除了具備滿足工況的狀態(tài)，也受到了電動汽車空間的要素的調(diào)控，面積變小，重量減少，這樣的現(xiàn)狀充分降低了整車的負荷，同時也降低了投資從成本，提高了電機的工作運行效果，確保了電機的安全性、可靠性。

2.3 驅(qū)動控制系統(tǒng)向一體化、集成化方向發(fā)展

迄今為止，驅(qū)動控制系統(tǒng)向一體化、集成化方向發(fā)展是電動汽車控制系統(tǒng)的主要技術(shù)發(fā)展方向，隨著電動控制系統(tǒng)集成化技術(shù)模式的實現(xiàn)，把低壓 DC-DC 變換器、電機控制器、整車控制器、發(fā)動機控制器、變速箱控制器等元素統(tǒng)一利用一體化集成技術(shù)，將是未來電控系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。

2.4 控制策略智能化

對于電機的控制除了基本的控制形態(tài)，還涵蓋其他控制形態(tài)，比如保護控制、自發(fā)診斷控制、故障監(jiān)控等多項內(nèi)容，以達到控制策略智能化方面的要求，這也代表著未來控制策略智能化的全新趨勢。

3 結(jié)語

伴隨著純電動汽車開始進入千家萬戶，其驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)也日益成為一個熱門的課題，我們迫切需要在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運行目標，目前我們通過開展大量的研究，在這方面已經(jīng)形成了一整套的理論體系，但仍然存在著一些需要進一步完善的地方。未來純電動汽車的驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)還會隨著科技水平的不斷提升，發(fā)展前景更加廣闊。

參考文獻：

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