新能源汽車電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的研究

張雪

摘 要：電機驅(qū)動控制系統(tǒng)是新能源汽車的核心，直接影響車輛的加速時間、最高車速以及爬坡能力等。當(dāng)前，國內(nèi)外市場電機結(jié)構(gòu)多種多樣，性能也有所不同。本文主要分析了新能源汽車電動機性能應(yīng)具備的條件，進(jìn)一步探討了新能源汽車電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的研究設(shè)計。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；電機驅(qū)動控制系統(tǒng)；研究

隨著人們生活水平的提升，汽車行業(yè)也得以迅速發(fā)展，但是隨之而來的還有環(huán)境污染以及資源緊張問題，因此有必要對傳統(tǒng)汽車進(jìn)行改進(jìn)，以降低污染程度，推動汽車行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。在此環(huán)境背景下，新能源環(huán)保汽車研發(fā)而來，而電機驅(qū)動控制技術(shù)是汽車的關(guān)鍵，具有廢氣排放少、可回收能量多等優(yōu)勢，改善了能源結(jié)構(gòu)，應(yīng)用前景良好[1]。

1 新能源汽車電機的性能應(yīng)具備的條件

新能源汽車所用電動機除保證汽車行駛外，還應(yīng)保證汽車有良好的適應(yīng)性、舒適性以及充電后應(yīng)達(dá)到一定里程，因此其技術(shù)規(guī)范比普通電動機要求更高。具體應(yīng)達(dá)到以下幾點要求。

1.1 重量輕、體積小

電動機應(yīng)在達(dá)到機械強度的基礎(chǔ)上，盡量使用輕質(zhì)監(jiān)護(hù)外殼，比如鋁合金。在降低質(zhì)量的同時，最大程度減輕電機控制器的重量，并盡可能集中一處，節(jié)省所占用的車空間。

1.2 高效性

充滿電之后，在整個行駛過程中，特別是在行駛地段復(fù)雜、路況變換頻繁以及低負(fù)荷運行中應(yīng)保證其工作效率的高效性，使有限的車載電能得到充分利用。

1.3 高可靠性

可靠性是電動機的必備的基礎(chǔ)條件，不管是在何種情況下都應(yīng)保證電動機安全可靠，由此保證行車過程中的安全性和良好的行駛性能。

1.4 高電壓

在規(guī)定范圍之內(nèi)，盡量使用高電壓，使高壓部分的工作電流得以降低，合理設(shè)計控制器以及電動機等設(shè)備的大小，以便實現(xiàn)車整體成本的降低，使整車布設(shè)更加優(yōu)化。

1.5 低速大轉(zhuǎn)矩與寬范圍的恒功率

轉(zhuǎn)矩是電機自身應(yīng)具備的基本特性，即便不具備變速器，電機可自行調(diào)節(jié)速度，從而獲取相應(yīng)的啟動、減速、加速以及行駛等所需的功率和轉(zhuǎn)矩，以此降低行車者的操作強度，同時保證行車舒適性，使其控制響應(yīng)的效果與內(nèi)燃機汽車相同。

2 新能源汽車電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的研究設(shè)計

各類新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)，使用最為普遍的一種是永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)，同時也是未來新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的一大發(fā)展方向，其特點主要在于以下幾方面：第一，不但有較大的功率密度，且有較高的應(yīng)用效率；第二，有較寬的調(diào)速范圍，轉(zhuǎn)子不需要勵磁，可在轉(zhuǎn)速較低的情況下同步運轉(zhuǎn)；第三，有較好的機械特性；第四，有較好的瞬態(tài)性能和極快的響應(yīng)速度，同時轉(zhuǎn)動慣量不高；第五，分類多。

2.1 永磁同步電機分類

永磁電動機驅(qū)動系統(tǒng)主要有永磁同步電機（PMSM）系統(tǒng)與無刷直流電動機（BLDCM）系統(tǒng)。前者的特點為轉(zhuǎn)矩密度高、噪聲低、控制精度高、轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性好，良好的永磁磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計有利于提高弱磁性能，電動機的調(diào)速范圍也得到同步提高，因此在電動車驅(qū)動方面應(yīng)用價值較高，受到汽車行業(yè)的廣泛重視。

2.2 驅(qū)動電路和保護(hù)電路的設(shè)計

高速低能耗IGBT以及優(yōu)化的柵極驅(qū)動電路是構(gòu)成逆變環(huán)節(jié)的主要部分，由驅(qū)動電路構(gòu)成的IPM智能功率模塊能夠使直流母線電壓變成特定的交流電，進(jìn)一步為永磁同步電機注入動力。診斷與驅(qū)動IPM模塊主要是通過IGBT過熱保護(hù)以及外圍集成短路保護(hù)等相關(guān)功能達(dá)到縮小系統(tǒng)開發(fā)體積和時間的目標(biāo)。相較于普通IGBT模塊來說，不管是從系統(tǒng)各性能方面還是可靠度方面其都有所提高。IPM能夠有效檢測出IGBT的電流，若系統(tǒng)存在嚴(yán)重過載或短路過流等問題，將會軟關(guān)斷IGBT，并有故障信息出現(xiàn)。

2.3 PCB設(shè)計

四層板設(shè)計模式是采樣電路板的常用設(shè)計方式，四層板的構(gòu)成部分主要包括兩個信號層、一個電源層以及一個地層，也就是在雙層板之間夾了兩層銅模，這兩個銅模分別對系統(tǒng)的地與電源完成相應(yīng)布設(shè)。在實際進(jìn)行布局時，需將同一電源的相關(guān)電路與器件放到一處，以便地層與電源層順利劃分。一些電阻和電容能夠達(dá)到頂層與底層相對應(yīng)，有利于過孔連接于布板空間的節(jié)省。同時也有利于高壓與低壓部分更好的隔離。但是應(yīng)注意合理控制隔離間距，保持大于等于器件本體距離，并按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定布設(shè)不同電源之間的距離。在進(jìn)行布局走線工作時，注意控制模擬電路采樣信號線長度，尤其是行PWM信號走線時，應(yīng)確保各條線路的一致性。

2.4 故障保護(hù)中斷程序

故障保護(hù)中斷程序是在IPM逆變器進(jìn)行欠壓保護(hù)、過流保護(hù)和短路保護(hù)工作中進(jìn)行每一個保護(hù)動作時，DSP能夠迅速接收到故障信號，將PWM的脈沖輸出及時斷開，進(jìn)而使系統(tǒng)中的所有操作停止。故障中斷流程順序為：進(jìn)入中斷-現(xiàn)場保護(hù)-阻止所有中斷-制止PWM輸出-設(shè)定故障標(biāo)志-現(xiàn)場恢復(fù)-返回。

3 結(jié)束語

新能源汽車是解決汽車尾氣污染的重要途徑，對緩解自然環(huán)境壓力有重要意義。要想使新能源汽車廣泛應(yīng)用，保證其良好的驅(qū)動系統(tǒng)是關(guān)鍵。相較來說，永磁同步電機的功率密度以及穩(wěn)定性都更符合要求，因此新能源汽車在日后的發(fā)展中，其將會成為重要發(fā)展趨勢之一。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪守霞，汪張林.基于專利信息的新能源汽車及驅(qū)動電機發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].中國科技論壇，2016（4）：63-69.