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

鄧玉勝

摘 要：如今新能源汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，其中的電動汽車，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)時代的發(fā)展趨勢，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和國家的大力支持，成為人們出行新選擇。關(guān)于電動汽車關(guān)鍵技術(shù)的研究和開發(fā)從未停止過，本文將從電機控制器與驅(qū)動電機兩方面深入探索了新能源汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，以供參考。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;電機驅(qū)動系統(tǒng);關(guān)鍵技術(shù)

電池技術(shù)、電機技術(shù)及電機控制器技術(shù)是新能源汽車的三大關(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，因此如何將電機驅(qū)動系統(tǒng)效率、安全性、可靠性、功率密度提高，成為了當(dāng)下研究新能源汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的主要方向，而這也恰好是我國政府及企業(yè)在今后發(fā)展中的關(guān)鍵性規(guī)劃內(nèi)容。

1 新能源汽車電機控制器關(guān)鍵技術(shù)

1.1 功率半導(dǎo)體器件技術(shù)

電機控制器作為新能源汽車的三大關(guān)鍵技術(shù)之一，其升級與變革，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發(fā)方向[1]。然而，硅基絕緣柵雙極型晶體管其價格的優(yōu)勢，使得它在今后一段時間內(nèi)，在電機控制器產(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別，因此寬禁帶半導(dǎo)體器件在實際應(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。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、開關(guān)損耗率低，能適應(yīng)高頻率開關(guān)過程。正是因為以上優(yōu)點，在與高速電機匹配時面臨高頻率的開關(guān)過程依舊能夠承受，故而寬禁帶半導(dǎo)體器件最合適高速電機。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限和載流密度得到有效提升。

1.2 智能門極驅(qū)動技術(shù)

智能門極驅(qū)動技術(shù)，是高壓功率半導(dǎo)體器件得以與抵押控制電路實現(xiàn)銜接的關(guān)鍵性技術(shù)，在驅(qū)動功率半導(dǎo)體過程中，此項技術(shù)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。IGBT門極驅(qū)動擁有驅(qū)動、隔離及保護功能，需對IGBT開通和關(guān)斷兩種情況進行把控，以平衡損耗和電磁干擾。所以說，在看待該項技術(shù)自身特質(zhì)時，可以從兩個方面入手：一方面，主動門極控制和監(jiān)控裝置診斷;另一方面是IGBT開關(guān)實時控制，主動門極控制基本上都是圍繞其工作運行環(huán)境及工況為中心進行的，其原理就在于做好IGBT開關(guān)程序的最優(yōu)實時控制方案[2]。在IGBT分級調(diào)控理論中，該項技術(shù)的具象化表現(xiàn)在面對開通和關(guān)斷過程的門極調(diào)控，需要獨立對待，這樣一來便能將反復(fù)開關(guān)產(chǎn)生的負(fù)面影響最大限度減少。智能門極驅(qū)動技術(shù)是通過實施測評，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)生是因為其能為電機控制器提供安全性能方面的保障，同時還能將功率半導(dǎo)體的作用切實發(fā)揮，這樣一來新能源汽車在應(yīng)用過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

國際上的電機控制器產(chǎn)品，為了滿足新能源汽車高可靠性、長壽命、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，功率半導(dǎo)體器件逐漸與其他電子部件實現(xiàn)了更深程度的融合，新能源汽車電機控制器的發(fā)展目前也逐漸傾向基于器件的集成設(shè)計。

器件級集成設(shè)計技術(shù)，是由需求集成設(shè)計和物理集成設(shè)計兩方面組成。其中，需求集成設(shè)計，是將整車和電驅(qū)動系統(tǒng)需求朝著功率模塊封裝、IGBT芯片設(shè)計等方面延伸，以整車設(shè)計和性能需求為根據(jù)，并以整車需求為導(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)計方法，在整車減少電池容量需求、增加續(xù)航里程方面，該項技術(shù)能夠發(fā)揮巨大的作用。而物理集成設(shè)計，主要是對電機不同器件間物理結(jié)構(gòu)進行研究，從而實現(xiàn)機械強度、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、電、熱、磁設(shè)計，這樣一來便能實現(xiàn)電機控制器設(shè)計中高可靠性和高功率密度的目標(biāo)。

2 新能源汽車驅(qū)動電機關(guān)鍵技術(shù)

2.1 扁銅線技術(shù)

扁銅線技術(shù)是在發(fā)卡式定子繞組的運用下將電機定子槽滿率加大，以此促進電機功率密度的升高。相對于傳統(tǒng)圓銅線而言，若汽車驅(qū)動電機功率較大，扁銅線繞組反而會出現(xiàn)更大的環(huán)流損耗，且扁銅線若是經(jīng)過彎折使用，絕緣層會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)化該項技術(shù)，新能源汽車電機技術(shù)必然能夠再上一個臺階。

2.2 多相永磁電機技術(shù)

多相電機在輸出相同功率時的母線電壓與傳統(tǒng)三相電機相比更低，且容錯能力更強、轉(zhuǎn)矩脈動更小，故而在振動、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，電機兩套繞組在空間上有30°電角度的距離，5次、7次諧波磁勢被消除，電機轉(zhuǎn)矩脈動大幅度減少。且因隔離中線設(shè)計的緣故，與4相、5相電機相比，系統(tǒng)階次降低，分析和控制更加方便。當(dāng)電機與控制器有故障產(chǎn)生時，基本無需變更控制算法電機系統(tǒng)便能很容易的實現(xiàn)容錯運行控制。

2.3 永磁同步磁阻電機技術(shù)

永磁同步磁阻電機技術(shù)本身磁阻轉(zhuǎn)矩相當(dāng)大，且磁鏈很小，屬于沒有或少量稀土的技術(shù)方案。同時，該項技術(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，由于該項技術(shù)耗費的成本比較高，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)計中。

3 結(jié)語

就目前的情況來看，我國新能源汽車電機驅(qū)動控制技術(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，還需要進一步創(chuàng)新。當(dāng)前國內(nèi)政策及市場都對新能源汽車的開發(fā)給與了極大的支持，新能源汽車各方面技術(shù)，還需技術(shù)研究人員繼續(xù)開發(fā)，為我國環(huán)境保護及可持續(xù)發(fā)展添磚加瓦。

參考文獻：

[1]陳躍.新能源汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)控制技術(shù)分析[J].南方農(nóng)機，2019，50（09）：241.

[2]陳醒.淺析新能源汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)控制技術(shù)[J].科學(xué)與信息化，2019（23）：43.

[3]翟羽.新能源汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)展望研究[J].時代汽車，2019（21）：34-35.