新能源電動汽車電機驅動系統(tǒng)性能研究

李文婷

摘 要：我國汽車保有量持續(xù)增多，新能源汽車也逐漸在市場上得到了推廣，新能源電動汽車占據(jù)的市場越來越大。在一輛電動汽車中，其最為核心的部位就是電機驅動系統(tǒng)，電機驅動系統(tǒng)性能的好壞對整輛汽車的性能起著最為直接的影響，鑒于此種情況，本文首先針對新能源電動汽車電機驅動系統(tǒng)性能的具體要求展開論述，隨后對關鍵技術展開分析說明，詳細分析了系統(tǒng)對系統(tǒng)的控制及其優(yōu)勢，希望本文能為后人研究新能源汽車帶來一定的參考價值。

關鍵詞：新能源電動汽車;電機驅動系統(tǒng);性能

1 新能源電動汽車電機驅動系統(tǒng)性能要求

新能源電動汽車性能的好壞很大程度上取決于電機控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和電機驅動系統(tǒng)的好壞，電機驅動系統(tǒng)是為電動汽車提供動力的系統(tǒng)，是保證電動汽車正常運行的核心部分，一個良好的電機驅動系統(tǒng)需要具備以下幾點要求：第一，電動汽車驅動系統(tǒng)的成本價和內燃機系統(tǒng)的價格相差無幾，價格較為低廉;第二，需要具備較好的性能，有著較大的瞬時功率和較寬的恒功率并且啟動轉矩大，可以很快實現(xiàn)加速;第三，調速范圍寬，低速運轉時能夠爬坡和啟動，在恒定功率區(qū)，低轉矩并且具備較高的速度，從而保證汽車在平坦道路上正常行駛，提升續(xù)航里程;第四，具備最佳的能力利用率，在一定環(huán)境中，可以達到最優(yōu)的機械效率和電機效率，有效增加電動汽車對能量的利用效率，可以保障汽車在各種環(huán)境中平穩(wěn)運行。

2 新能源汽車驅動電機關鍵技術分析

電源系統(tǒng)和驅動系統(tǒng)共同組成了新能源汽車的動力系統(tǒng)，所以電源系統(tǒng)是控制新能源汽車行駛里程和運行成本的關鍵部分;電動汽車的動力性能主要取決于驅動系統(tǒng)，一個驅動系統(tǒng)是由控制器、驅動電機和變速器共同組成，在驅動系統(tǒng)中最為關鍵的部件就是驅動電機。由此可以看出驅動系統(tǒng)是汽車核心的組成部分，因此提升新能源汽車的驅動系統(tǒng)的性能和電源系統(tǒng)的性能是新能源汽車取得有效發(fā)展的關鍵。

2.1 驅動電機技術

目前直流電機驅動系統(tǒng)和交流電機驅動系統(tǒng)是應用在新能源汽車中的兩種電動驅動系統(tǒng)。直流電動機驅動系統(tǒng)的驅動系統(tǒng)采用的是直流電動機，又簡稱為直流驅動系統(tǒng)。采用直流電動機的優(yōu)點較多，例如，直流電動機具備較好的機械特性、速度調節(jié)方便并且具備良好的性能，易于控制、時效性高，具備較低的成本和成熟的技術等。但是直流電機也具備一些待改進提升的問題，例如直流電機的電刷和換向器屬于易損部件，受到磨損之后需要人力定期維護。交流感應電動機驅動系統(tǒng)的驅動系統(tǒng)采用的是交流感應電動機，又簡稱為交流驅動系統(tǒng)。和直流電機相比，交流電機運行效率高、較為可靠、不需要進行維護且容易冷卻，一般使用期較長。

在多種電機中，永磁電機功率密度最高。永磁同步驅動系統(tǒng)的驅動電機是由直流無刷電動機（BLDCM）和三相永磁同步電動機（PMSM）組成，驅動系統(tǒng)的體積較小，重量較輕，并且具備較高的效率，不需要投入專門的人力進行維護，目前已經(jīng)被應用在新能源汽車中。

開關磁阻電動機驅動系統(tǒng)的電機結構相比較于感應電機具備更高的效率、簡單且更可靠，轉子沒有繞組，在需要進行頻繁正反轉和沖擊負載等情況較為適用，驅動功率電路中使用了少量的功率開關元件，電路較為簡單，且功率元件和電動機繞組相互串聯(lián)，從而有效減少直通短路的發(fā)生，實現(xiàn)較寬的調速范圍，低速大轉矩和制動能量回饋等特性，所以該系統(tǒng)在新能源汽車中得到了很好的應用。但是該系統(tǒng)的缺點是產(chǎn)生的震動噪聲較大。

2.2 驅動電機控制技術

驅動電機控制技術目前正朝著驅動控制系統(tǒng)寬調速范圍、寬力矩變化和提升整個工況效率的方向發(fā)展。采用直流電動機作為驅動電機構成的驅動系統(tǒng)，其驅動器的功用電路采用斬波器控制方式，進行控制交流感應電動機的逆變器較復雜，一方面相比較于直流驅動系統(tǒng)，其控制所采用的大功率管的數(shù)量較多;另外一方面要想獲得良好的調速性能，需要采取矢量控制的方式，在其逆變器中除了需采用性能較好的微處理器之外，所使用的軟件也較為復雜。隨著電子技術的快速發(fā)展，應用在交流系統(tǒng)中的逆變器技術也日益成熟。

永磁無刷同步電機依據(jù)空間氣隙磁場的分布方式可以分為方波型永磁無刷直流電動機和正弦波型永磁無刷直流電動機兩種。永磁無刷同步電機調速的基本方式就是變頻調速，PWM斬波控制IGBT逆變器現(xiàn)在應用廣泛，為了進一步加強對轉矩的控制，需要增加電機調節(jié)控制，從而減緩轉矩的波動。

新能源汽車開關磁阻電機驅動系統(tǒng)中的開關磁阻電機（SRM）的定子和轉子都屬于凸極結構，其擁有較為簡單的控制裝置，只需要在定子凸極端安裝各相勵磁繞組，在轉子上面不需要安裝繞組。但是轉矩脈動大，產(chǎn)生的噪音較大。逆變器和電機引出線的確定需要憑借定子的凸極數(shù)來定。目前并未得到廣泛的實際應用，但是伴隨著科技的提升，已經(jīng)逐步被應用在新能源汽車之中。

3 新能源電動汽車電機驅動控制系統(tǒng)

優(yōu)良的驅動系統(tǒng)可以保障新能源電動汽車運行平穩(wěn)，所以在制造新能源電動汽車的過程中需要匹配好驅動控制單元，從而保障電動汽車擁有良好的運行效果。矢量控（VC）與直接轉矩控制（DTC）是較為常見的用于驅動控制的單元組合，在控制的過程中可以保證汽車運行狀態(tài)平穩(wěn)，有效避免出現(xiàn)差錯。因此要記錄好矢量控制和直接轉矩控制的參數(shù)，將矢量控制和直接轉矩控制相比較，從數(shù)據(jù)規(guī)格看，直接轉矩控制要比質量控制更加平穩(wěn);從功率器件開關頻率角度看，矢量控制更具優(yōu)勢;從系統(tǒng)復雜程度上分析，矢量控制和直接轉矩控制效果都差強人意;矢量控制在系統(tǒng)低速性上表現(xiàn)良好，直接轉矩控制表現(xiàn)不夠平穩(wěn);矢量控制在系統(tǒng)啟動性能上平順有利，通過直接轉矩控制車輛會造成車輛出現(xiàn)較大的磨損;矢量控制相較于直接轉矩控制其系統(tǒng)轉矩脈沖較小，并且矢量控制比直接轉矩控制的調速范圍廣。綜上可知，矢量控制相較于直接轉矩控制，其在低速性能、調速范圍和啟動性能等各方面都具備較好的表現(xiàn)。

隨著國家一些列環(huán)保政策的推行，目前對電動汽車控制器進行的專項研究和對電動汽車關鍵部位所涉及的安全隱患研究已經(jīng)逐步朝著系統(tǒng)化的方向發(fā)展。但是研究的重點把握不夠準確，對于電動汽車核心的驅動控制中心研究不夠深入，規(guī)格與運行溫度均不在規(guī)定的范圍內，超出了標準限定值，系統(tǒng)不夠智能化，驅動系統(tǒng)不能對故障進行自檢，降低了電動汽車的安全性能。