新能源汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

鄧玉勝

摘 要：如今新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，其中的電動(dòng)汽車(chē)，其本身零排放及零污染的特質(zhì)呼應(yīng)了當(dāng)下的環(huán)保的理念，順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)，與可持續(xù)發(fā)展環(huán)保理論相適應(yīng)，故而其研制及推廣得到社會(huì)和國(guó)家的大力支持，成為人們出行新選擇。關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)從未停止過(guò)，本文將從電機(jī)控制器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)兩方面深入探索了新能源汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，以供參考。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē);電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);關(guān)鍵技術(shù)

電池技術(shù)、電機(jī)技術(shù)及電機(jī)控制器技術(shù)是新能源汽車(chē)的三大關(guān)鍵技術(shù)。目前，由于電池技術(shù)方面的研究尚未取得突破，因此如何將電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率、安全性、可靠性、功率密度提高，成為了當(dāng)下研究新能源汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要方向，而這也恰好是我國(guó)政府及企業(yè)在今后發(fā)展中的關(guān)鍵性規(guī)劃內(nèi)容。

1 新能源汽車(chē)電機(jī)控制器關(guān)鍵技術(shù)

1.1 功率半導(dǎo)體器件技術(shù)

電機(jī)控制器作為新能源汽車(chē)的三大關(guān)鍵技術(shù)之一，其升級(jí)與變革，是以功率半導(dǎo)體為根據(jù)，以傳統(tǒng)單面冷卻封裝、硅基絕緣柵雙極型晶體管技術(shù)為基礎(chǔ)，將寬禁帶半導(dǎo)體、雙面冷卻集成及定制化模塊封裝等作為新的研究開(kāi)發(fā)方向[1]。然而，硅基絕緣柵雙極型晶體管其價(jià)格的優(yōu)勢(shì)，使得它在今后一段時(shí)間內(nèi)，在電機(jī)控制器產(chǎn)品方面仍然是第一選擇。就硅基IGBT芯片技術(shù)而言，如果參照傳統(tǒng)的硅基器件，寬禁帶半導(dǎo)體器件或許擁有更高的級(jí)別，因此寬禁帶半導(dǎo)體器件在實(shí)際應(yīng)用方面具有更優(yōu)越的功能性。繼第一代以硅、鍺元素為主的半導(dǎo)體材料和第二代以化合物為主的半導(dǎo)體材料之后誕生的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，其具備相當(dāng)優(yōu)異的耐高溫能力，且具備較大的熱導(dǎo)率、禁帶寬度、飽和電子漂移速率耐較高擊穿電壓等諸多方面的優(yōu)勢(shì)。此外寬禁帶半導(dǎo)體器件和硅基絕緣柵雙極型晶體管導(dǎo)通損耗率、開(kāi)關(guān)損耗率低，能適應(yīng)高頻率開(kāi)關(guān)過(guò)程。正是因?yàn)橐陨蟽?yōu)點(diǎn)，在與高速電機(jī)匹配時(shí)面臨高頻率的開(kāi)關(guān)過(guò)程依舊能夠承受，故而寬禁帶半導(dǎo)體器件最合適高速電機(jī)。且新式封裝技術(shù)，如銅線鍵合、銀燒結(jié)、芯片倒裝和瞬態(tài)液相焊接等，也能使硅基絕緣柵雙極型晶體管功率部位使用時(shí)限和載流密度得到有效提升。

1.2 智能門(mén)極驅(qū)動(dòng)技術(shù)

智能門(mén)極驅(qū)動(dòng)技術(shù)，是高壓功率半導(dǎo)體器件得以與抵押控制電路實(shí)現(xiàn)銜接的關(guān)鍵性技術(shù)，在驅(qū)動(dòng)功率半導(dǎo)體過(guò)程中，此項(xiàng)技術(shù)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。IGBT門(mén)極驅(qū)動(dòng)擁有驅(qū)動(dòng)、隔離及保護(hù)功能，需對(duì)IGBT開(kāi)通和關(guān)斷兩種情況進(jìn)行把控，以平衡損耗和電磁干擾。所以說(shuō)，在看待該項(xiàng)技術(shù)自身特質(zhì)時(shí)，可以從兩個(gè)方面入手：一方面，主動(dòng)門(mén)極控制和監(jiān)控裝置診斷;另一方面是IGBT開(kāi)關(guān)實(shí)時(shí)控制，主動(dòng)門(mén)極控制基本上都是圍繞其工作運(yùn)行環(huán)境及工況為中心進(jìn)行的，其原理就在于做好IGBT開(kāi)關(guān)程序的最優(yōu)實(shí)時(shí)控制方案[2]。在IGBT分級(jí)調(diào)控理論中，該項(xiàng)技術(shù)的具象化表現(xiàn)在面對(duì)開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程的門(mén)極調(diào)控，需要獨(dú)立對(duì)待，這樣一來(lái)便能將反復(fù)開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的負(fù)面影響最大限度減少。智能門(mén)極驅(qū)動(dòng)技術(shù)是通過(guò)實(shí)施測(cè)評(píng)，明確功率半導(dǎo)體器件狀況后得到的研究成果，該定論的產(chǎn)生是因?yàn)槠淠転殡姍C(jī)控制器提供安全性能方面的保障，同時(shí)還能將功率半導(dǎo)體的作用切實(shí)發(fā)揮，這樣一來(lái)新能源汽車(chē)在應(yīng)用過(guò)程中就可以降低損耗，且電壓的利用率也能得到有效提升。

1.3 功率組件集成設(shè)計(jì)

國(guó)際上的電機(jī)控制器產(chǎn)品，為了滿足新能源汽車(chē)高可靠性、長(zhǎng)壽命、高功率密度等一系列要求，功率半導(dǎo)體模塊封裝基本上都為定向設(shè)計(jì)，功率半導(dǎo)體器件逐漸與其他電子部件實(shí)現(xiàn)了更深程度的融合，新能源汽車(chē)電機(jī)控制器的發(fā)展目前也逐漸傾向基于器件的集成設(shè)計(jì)。

器件級(jí)集成設(shè)計(jì)技術(shù)，是由需求集成設(shè)計(jì)和物理集成設(shè)計(jì)兩方面組成。其中，需求集成設(shè)計(jì)，是將整車(chē)和電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需求朝著功率模塊封裝、IGBT芯片設(shè)計(jì)等方面延伸，以整車(chē)設(shè)計(jì)和性能需求為根據(jù)，并以整車(chē)需求為導(dǎo)向，建立自上而下的由系統(tǒng)向核心零部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，在整車(chē)減少電池容量需求、增加續(xù)航里程方面，該項(xiàng)技術(shù)能夠發(fā)揮巨大的作用。而物理集成設(shè)計(jì)，主要是對(duì)電機(jī)不同器件間物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械強(qiáng)度、散熱及寄生參數(shù)之間的平衡優(yōu)化，最終取得最優(yōu)化的機(jī)、電、熱、磁設(shè)計(jì)，這樣一來(lái)便能實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì)中高可靠性和高功率密度的目標(biāo)。

2 新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 扁銅線技術(shù)

扁銅線技術(shù)是在發(fā)卡式定子繞組的運(yùn)用下將電機(jī)定子槽滿率加大，以此促進(jìn)電機(jī)功率密度的升高。相對(duì)于傳統(tǒng)圓銅線而言，若汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率較大，扁銅線繞組反而會(huì)出現(xiàn)更大的環(huán)流損耗，且扁銅線若是經(jīng)過(guò)彎折使用，絕緣層會(huì)有損壞及缺口的情況出現(xiàn)[3]。因此，扁銅線使用的局限性成為目前技術(shù)人員的主要關(guān)注內(nèi)容，若能優(yōu)化該項(xiàng)技術(shù)，新能源汽車(chē)電機(jī)技術(shù)必然能夠再上一個(gè)臺(tái)階。

2.2 多相永磁電機(jī)技術(shù)

多相電機(jī)在輸出相同功率時(shí)的母線電壓與傳統(tǒng)三相電機(jī)相比更低，且容錯(cuò)能力更強(qiáng)、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)更小，故而在振動(dòng)、噪聲等要求較高的電驅(qū)系統(tǒng)中十分適用。如雙三相永磁同步電機(jī)，電機(jī)兩套繞組在空間上有30°電角度的距離，5次、7次諧波磁勢(shì)被消除，電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大幅度減少。且因隔離中線設(shè)計(jì)的緣故，與4相、5相電機(jī)相比，系統(tǒng)階次降低，分析和控制更加方便。當(dāng)電機(jī)與控制器有故障產(chǎn)生時(shí)，基本無(wú)需變更控制算法電機(jī)系統(tǒng)便能很容易的實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)運(yùn)行控制。

2.3 永磁同步磁阻電機(jī)技術(shù)

永磁同步磁阻電機(jī)技術(shù)本身磁阻轉(zhuǎn)矩相當(dāng)大，且磁鏈很小，屬于沒(méi)有或少量稀土的技術(shù)方案。同時(shí)，該項(xiàng)技術(shù)具備相當(dāng)高的扭矩電流比和功率密度，還包含更寬廣的高效率調(diào)速范圍。但是，由于該項(xiàng)技術(shù)耗費(fèi)的成本比較高，制造工藝復(fù)雜，因此該技術(shù)大多應(yīng)用在十分精密的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。

3 結(jié)語(yǔ)

就目前的情況來(lái)看，我國(guó)新能源汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的研究及應(yīng)用已有了一定的成果，但現(xiàn)有的技術(shù)依舊不夠完善，還需要進(jìn)一步創(chuàng)新。當(dāng)前國(guó)內(nèi)政策及市場(chǎng)都對(duì)新能源汽車(chē)的開(kāi)發(fā)給與了極大的支持，新能源汽車(chē)各方面技術(shù)，還需技術(shù)研究人員繼續(xù)開(kāi)發(fā)，為我國(guó)環(huán)境保護(hù)及可持續(xù)發(fā)展添磚加瓦。

參考文獻(xiàn)：

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