電動(dòng)汽車(chē)用永磁電機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制探究

程毅

摘 要：汽車(chē)是人們出行和貨物運(yùn)輸?shù)闹匾煌üぞ?。近年?lái)，受能源緊張和環(huán)境污染等問(wèn)題的影響，電動(dòng)汽車(chē)成為國(guó)內(nèi)外汽車(chē)行業(yè)的研究重點(diǎn)。在電動(dòng)汽車(chē)所使用的各類(lèi)電機(jī)中，永磁電機(jī)由于具有效率高、可靠性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。文章首先概述了電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀，隨后分析了電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特點(diǎn)及類(lèi)型，最后就永磁同步電機(jī)控制方法進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；永磁電機(jī)；驅(qū)動(dòng)控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TM351 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）08-0070-01

電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)源于車(chē)載電源，大力推廣電動(dòng)汽車(chē)的使用，能夠有效環(huán)節(jié)石油能源短缺和大氣污染嚴(yán)重等問(wèn)題。我國(guó)自2001年開(kāi)始著手進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē)的研究，盡管電動(dòng)汽車(chē)相關(guān)技術(shù)的研究與國(guó)際前沿水平仍有差距，但是也在多個(gè)方面取得了成就。永磁同步電機(jī)雖然滿(mǎn)足了電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)要求，但是永磁體價(jià)格昂貴、永磁電機(jī)弱磁難等問(wèn)題尚未得到很好的解決，需要在下一步的工作中進(jìn)行重點(diǎn)研究。

1 電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀

自上世紀(jì)末期能源危機(jī)爆發(fā)以來(lái)，世界各國(guó)都開(kāi)始在各個(gè)行業(yè)尋找石油、煤炭等能源的替代資源。在汽車(chē)領(lǐng)域內(nèi)，日本是最早開(kāi)始進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē)研究的國(guó)家，也是目前電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)較為成熟的國(guó)家之一。早在1997年，日本豐田汽車(chē)公司就推出了世界上第一款混合動(dòng)力轎車(chē)，雖然該款轎車(chē)并不是真正意義上的電動(dòng)汽車(chē)，但是在世界范圍內(nèi)拉開(kāi)了電動(dòng)汽車(chē)研究的帷幕。隨后，美國(guó)、挪威、中國(guó)等國(guó)家開(kāi)始加入到電動(dòng)汽車(chē)研究的隊(duì)伍中，并在各個(gè)領(lǐng)域取得了成績(jī)。

我國(guó)人口數(shù)量龐大，加上近年來(lái)國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平不斷增長(zhǎng)，汽車(chē)保有量也逐年上漲。為了降低傳統(tǒng)能源汽車(chē)對(duì)環(huán)境造成的破壞，我國(guó)在2006年頒布了《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》，其中明確將電動(dòng)汽車(chē)研究列入高新技術(shù)研發(fā)行列。截至目前，像比亞迪、奇瑞、長(zhǎng)安等汽車(chē)公司，都在新能源汽車(chē)領(lǐng)域取得了較大的研究突破。例如，2009年比亞迪推出的E6純電動(dòng)出租車(chē)，百公里耗電僅為20度，成本花費(fèi)僅為傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的1/4。

2 電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特點(diǎn)及類(lèi)型

作為電動(dòng)汽車(chē)的核心部件，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不僅要保證電動(dòng)汽車(chē)像正常燃油車(chē)輛一樣具備高速行駛能力，而且要滿(mǎn)足頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)和緊急剎車(chē)等駕駛要求。具體來(lái)說(shuō)，電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具備以下要求[1]：

（1）提供足夠的動(dòng)力，在短時(shí)間內(nèi)為電動(dòng)汽車(chē)提供最大的動(dòng)力輸出，例如百公里加速和極限爬坡等?？紤]到系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，還要求電機(jī)具備過(guò)載能力，通常其過(guò)載限定值為正常狀態(tài)下的5倍左右；（2）要具備較好的系統(tǒng)穩(wěn)定性，尤其是在雨雪、高溫、顛簸路面等惡劣環(huán)境下，要保證電動(dòng)汽車(chē)具備良好的環(huán)境適應(yīng)能力；（3）要提供給司乘人員良好的駕車(chē)體驗(yàn)，包括行車(chē)穩(wěn)定性和舒適度等。

3 電動(dòng)汽車(chē)永磁同步電機(jī)控制方法

結(jié)合近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的研究表明，電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能的高低，一方面與電動(dòng)汽車(chē)所選用的電機(jī)質(zhì)量有關(guān)，另一方面也和驅(qū)動(dòng)控制策略有密切聯(lián)系。要想保證電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)永磁電機(jī)的性能得到最優(yōu)化發(fā)揮，必須要同時(shí)協(xié)調(diào)好兩方面的因素。目前來(lái)說(shuō)，永磁電機(jī)的控制方式主要分為矢量控制和弱磁控制，國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制也是基于上述兩種形式進(jìn)行的[2]。

3.1 永磁電機(jī)的矢量控制

早期的矢量控制采用的是異步電機(jī)，主要作用是防止交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制出現(xiàn)問(wèn)題。其主要依據(jù)是使用坐標(biāo)變換方法將相電流分解為與勵(lì)磁對(duì)應(yīng)的直軸電流和與轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的交軸電流，實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁磁場(chǎng)和電磁轉(zhuǎn)矩的解耦控制。隨著永磁電機(jī)理論研究的不斷深入，矢量控制理論的內(nèi)容也得到了極大的豐富，并且在多個(gè)行業(yè)（伺服控制、智能機(jī)器等）得到了廣泛應(yīng)用。永磁電機(jī)由于自身結(jié)構(gòu)的影響，在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)差，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁恒定，因此在永磁同步電機(jī)上采取矢量控制方式，能夠極大的簡(jiǎn)化電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)控制的難度。

3.2 永磁電機(jī)的弱磁控制

在凸式永磁同步電機(jī)中，弱磁控制根據(jù)調(diào)節(jié)方式的不同，又被分為前饋式開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)和反饋式閉環(huán)調(diào)節(jié)，雖然兩種調(diào)節(jié)方式的控制策略不盡相同，但是所達(dá)到的弱磁控制目的基本類(lèi)似。在弱磁控制工程技術(shù)上的問(wèn)題上，許多學(xué)者提出了具體的方案，一個(gè)方向是電機(jī)本體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化：通過(guò)對(duì)電機(jī)本體設(shè)計(jì)中參數(shù)的研究和改進(jìn)；內(nèi)置式永磁電機(jī)提高凸極比，優(yōu)化磁路，提升弱磁性能。另一個(gè)主要方向即弱磁控制策略的不斷完善。

4 基于電壓反饋驅(qū)動(dòng)控制策略

現(xiàn)階段，日本、美國(guó)等國(guó)家在進(jìn)行永磁電機(jī)調(diào)控時(shí)，一般選用電壓反饋法，這種方法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在計(jì)算量較小，且精度較高。但是由于電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行環(huán)境的硬性，電壓反饋法對(duì)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)的的依賴(lài)性較大。實(shí)驗(yàn)表明，電動(dòng)汽車(chē)永磁電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)的溫度升高、磁路飽和等現(xiàn)象，都會(huì)使電機(jī)參數(shù)發(fā)生改變。因此，需要在采取電壓反饋法的基礎(chǔ)上，進(jìn)行前饋弱磁電流計(jì)算，以修正電壓控制策略，確保電機(jī)運(yùn)行使保證動(dòng)態(tài)性能良好。

參考文獻(xiàn)

[1]田文奇，和敬涵，姜久春，等.基于自適應(yīng)變異粒子群算法的電動(dòng)汽車(chē)換電池站充電調(diào)度多目標(biāo)優(yōu)化[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012（11）：25-29.

[2]邵艾博.可再生能源和電動(dòng)汽車(chē)一體化管理對(duì)多模微電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響分析[D].華中科技大學(xué)，2015.