新能源汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)展望研究

翟羽

南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇省南通市 226010

人們生活水平隨著社會的發(fā)展已經(jīng)有了長足的進步，汽車也在這個過程中走進了千家萬戶?，F(xiàn)今社會，無論生活還是工作都難以離開汽車帶給我們的便捷，但是卻也因為汽車的大范圍使用而出現(xiàn)了關(guān)于排放污染能源消耗的環(huán)境問題。所以，新能源概念的提出，為節(jié)能減排提出了一種新的可能，就是利用技術(shù)的革新與升級來改變汽車內(nèi)部的驅(qū)動原理，進而在便捷交通的同時降低能源消耗，以達成人們對環(huán)保理念的最終目標(biāo)。

1 新能源汽車的基本概念

新能源汽車的本質(zhì)就是使用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源的新結(jié)構(gòu)汽車。這種汽車的燃料可能是除開石油資源之外的任何可再生新式能源，包括純電動力汽車、增程式電動汽車、混合動力汽車、燃料電池電動汽車和氫發(fā)動機汽車等多種分類。這種新型汽車的優(yōu)點相較于汽油而言有綠色、環(huán)保的低污染特質(zhì)，還能在一定程度上解決石油資源短缺的問題。

2 新能源汽車的優(yōu)勢

新能源汽車與傳統(tǒng)的汽車相比，一方面不但能夠降低行駛過程中的噪音，還具有更好的安全性能。另一方面這種新型汽車的使用時間更加長久，并且具有最低的污染覆蓋率，相對來說比較環(huán)保和節(jié)能?，F(xiàn)今世界，人們皆困擾于石油資源的缺乏和不可再生性，所以已經(jīng)在很早之前就開始尋求替代性的能源開發(fā)。因此，我國雖然提出“節(jié)能減排”的概念以應(yīng)對石油資源日益減少的窘境，但是這卻并不能從根本上解決問題。所以國家在新能源汽車發(fā)展的過程中給予大力支持，就是希望能在資源開發(fā)方面取得突破性的進展。

3 驅(qū)動控制器關(guān)鍵技術(shù)

3.1 新能源汽車之功率半導(dǎo)體器件技術(shù)

電機控制器的升級和變革基本就是根據(jù)功率半導(dǎo)體為主，然后從硅基絕緣柵雙極型晶體管、傳統(tǒng)單面冷卻封裝技術(shù)，朝著寬禁帶半導(dǎo)體和定制化模塊封裝、雙面冷卻集成等方面進行開發(fā)研究。但是，在切實的更新?lián)Q代之前，基于價格優(yōu)勢，硅基絕緣柵雙極型晶體管卻不會被取代，所以在未來很長時間內(nèi)，它將依舊是世界內(nèi)電機控制器產(chǎn)品的首要選擇。從硅基IGBT芯片技術(shù)來看，若以傳統(tǒng)的硅基器件作為參照，寬禁帶半導(dǎo)體器件的級別可能更高，因為技術(shù)人員將其歸為第三代的功率器件，所以在實際的應(yīng)用方面，寬禁帶半導(dǎo)體器件的功能性更加優(yōu)越。第三代器件的耐高溫能力非常顯著，因為它自身存在諸多方面的優(yōu)勢，例如，熱導(dǎo)率、禁帶寬度大、擊穿場高和飽和電子漂移速率大，還有硅基絕緣柵雙極型晶體管和寬禁帶半導(dǎo)體器件自身的開關(guān)損耗率抵、導(dǎo)通損耗率低等等。這些優(yōu)越性的存在可以承受高頻率的開關(guān)過程，所以高速電機與此最相適配。加之銅線鍵合、芯片倒裝、銀燒結(jié)和瞬態(tài)液相焊接等新式封裝技術(shù)，都能夠大大提升硅基絕緣柵雙極型晶體管功率部位的載流密度和使用時限，因此研發(fā)人員如今對此種技術(shù)的研究都十分熱衷。

3.2 新能源汽車之智能門極驅(qū)動技術(shù)

高壓功率半導(dǎo)體器件和抵押控制電路之間的銜接依靠的就是智能門極驅(qū)動技術(shù)，因為這項技術(shù)在驅(qū)動功率半導(dǎo)體的過程中至關(guān)重要。IGBT門極驅(qū)動除了具備簡單的隔離、驅(qū)動和保護功能，人們還要明確其自身的特質(zhì)，那就是嚴格的把控好開通和關(guān)閉兩種情況的劃分，因為IGBT必須能在損耗和電磁干擾之間找到一個相對的平衡。以上，這項技術(shù)自身的特質(zhì)我們要從兩個方面來看，其一就是主動門極的控制和監(jiān)控裝置的診斷；主動門極控制大都是圍繞其工作的運行環(huán)境還有工況來進行的，原理就是要對IGBT的這個所謂的開關(guān)程序主動做好最優(yōu)化的實時控制方案。這項技術(shù)在IGBT中分級調(diào)控理論的具象化表現(xiàn)，就是要獨立對待開通和關(guān)斷過程的門極調(diào)控，因為這樣就可以最大限度的削弱因反復(fù)開關(guān)而帶來的不良影響。智能門極驅(qū)動技術(shù)是完成功率半導(dǎo)體器件狀況實時測評的科學(xué)化研究成果，之所以這樣定論就是因其能確保電機控制器的安全性能，還能夠切實讓功率半導(dǎo)體發(fā)揮作用，故而必然能夠讓新能源概念汽車在應(yīng)用的同時降低損耗和提高電壓的完整利用率。

3.3 新能源汽車之功率組件集成設(shè)計技術(shù)

功率半導(dǎo)體的模塊封裝是為了適應(yīng)新能源汽車電機控制器的內(nèi)在要求，大部分的模式都是定向設(shè)計。但是現(xiàn)今的器件集成設(shè)計趨勢來看，日后的功率半導(dǎo)體器件必然會同其他的電子部件相互融合。器件的集成系統(tǒng)包含兩個部分，一個是物理集成系統(tǒng)，就是可以讓各個部分的參數(shù)、強度等達到相對平衡的狀態(tài)，成為機、電、熱、磁設(shè)計方案的理想化狀態(tài)，然后實現(xiàn)電機控制器的最終期望目標(biāo)；另一個則是需求集成系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的設(shè)計是基于整個新能源汽車的需求而訂制的，其設(shè)計方法就是自核心部件自上而下進行，以用于達成新能源汽車的整體續(xù)航里程升級和電池容量需求度的大范圍減少的目的。

3.4 新能源汽車之其它關(guān)鍵技術(shù)

除了以上三種主要技術(shù)類型，還有三種相對重要的驅(qū)動系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，分別是EMC、汽車功能安全設(shè)計和電機控制器產(chǎn)品的可靠性設(shè)計。這些技術(shù)也是新能源汽車推廣普及過程中必須攻克的難題，因此在技術(shù)應(yīng)用方面同樣不可替代。

4 驅(qū)動電機的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 新能源汽車之扁銅線技術(shù)；

扁銅線技術(shù)是利用發(fā)卡式子繞組加大電機定子的槽滿率，進而達到升高電機功率密度的效果。發(fā)卡式定子繞組的前端部分長度比較短，所以散熱的速度快，損耗率也非常低。但是與傳統(tǒng)的圓銅線相比，若是汽車是大功率的驅(qū)動電機，那么扁銅線繞組的環(huán)流損耗反而更大，并且如果扁銅線經(jīng)過了彎折使用，那么絕緣層就將會出現(xiàn)損壞和缺口。所以，現(xiàn)今技術(shù)人員都將扁銅線使用的局限性作為技術(shù)攻克點，因為這項技術(shù)若能成功規(guī)避其中的弊端，那么就能在很大程度上促進新能源汽車的技術(shù)革新。

4.2 新能源汽車之多相永磁電機技術(shù)

多相永磁電機是具有能夠輸出功率比原始的三相電機母線電壓更低，且轉(zhuǎn)矩脈動很小，容錯力卻相對而言很大的內(nèi)在優(yōu)勢，所以非常適合新能源汽車的噪音、振動和聲振粗糙度處理的過程。

4.3 新能源汽車之永磁同步磁阻電機技術(shù)

永磁同步磁阻電機就是永磁同步電機和磁阻電機最簡單的結(jié)合體，這是現(xiàn)今行業(yè)內(nèi)都在積極倡導(dǎo)的一種技術(shù)探索。首先，這項技術(shù)本身的磁鏈很小，磁阻轉(zhuǎn)矩又很大，所以本質(zhì)上是一個少量稀土或沒有稀土的技術(shù)方案。加之永磁同步磁阻電機的扭矩電流比相當(dāng)高、功率密度也很高，但是磁飽和問題卻相對比較低的特點，所以這項技術(shù)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計特別精密，成本高，工藝也非常復(fù)雜。雖然技術(shù)本身能夠帶給汽車產(chǎn)業(yè)更大的發(fā)展，但是這項技術(shù)的出現(xiàn)必然會給一些研發(fā)能力弱的小型企業(yè)帶來很大的技術(shù)打擊。

4.4 新能源汽車之輪轂電機技術(shù)

輪轂技術(shù)的樣式非常多元化，但是無論是國內(nèi)還是國外研究的大多都是外轉(zhuǎn)子輪轂電機。這項技術(shù)的優(yōu)勢非常明顯，跳過了很多部分的組裝，所以就能夠讓四輪實現(xiàn)分布式的驅(qū)動方式，然后加大電池包的放置空間。雖然，這個技術(shù)的優(yōu)勢非常難得，但是我們也要看到輪轂電機技術(shù)還未攻克的技術(shù)難題，有電機的防水防塵問題，還有散熱，驅(qū)動控制算法等技術(shù)難題的存在。

4.5 新能源汽車之永磁體散熱技術(shù)

永磁體自身的性能對于車用電機的輸出性能來說非常關(guān)鍵，因為其內(nèi)部溫度太高，會導(dǎo)致永磁體發(fā)生退磁現(xiàn)象，還可能導(dǎo)致驅(qū)動電機能高效率運轉(zhuǎn)的部分減少。所以溫度傳感器在這方面的應(yīng)用非常重要，迄今為止卻還沒有可以替代它的新技術(shù)出現(xiàn)。眾所周知，解決高功率密度電機基礎(chǔ)上的可耐受高溫的永磁體是解決問題的唯一途徑。然而現(xiàn)在對于電機散熱這一問題的研究，技術(shù)人員都是圍繞著定子和頂端部分繞組進行探討，但是如果可以換一個角度進行試驗，那可能對提高新能源汽車的動力性方面有所助益。

5 結(jié)語

新能源汽車的推廣符合時代發(fā)展的客觀性，節(jié)能減排的方式也適用于可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保理念。因此，技術(shù)研發(fā)人員就應(yīng)當(dāng)在新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)方面實現(xiàn)攻堅克難。只有這樣才能讓新概念能源汽車早日實現(xiàn)技術(shù)進步，進而走向人們?nèi)粘５纳睢?/p>