純電動(dòng)汽車(chē)電池散熱風(fēng)扇控制系統(tǒng)方案探討

張小興

摘要：純電動(dòng)汽車(chē)由于環(huán)境污染小、用車(chē)成本低以及舒適性高等優(yōu)點(diǎn)受到越來(lái)越多人們的喜愛(ài)，純電動(dòng)汽車(chē)也逐漸成為了未來(lái)的汽車(chē)發(fā)展趨勢(shì)，電池是純電動(dòng)汽車(chē)中非常重要的一部分，電池在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，必須要精確控制電池散熱風(fēng)扇工作狀況，選取三相永磁同步電機(jī)作為散熱風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)裝置，利用矢量變換的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的解耦以及線(xiàn)性化，創(chuàng)立加強(qiáng)的龍貝格狀態(tài)查看器，實(shí)時(shí)獲取同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以及方位，從而完成速度環(huán)的閉環(huán)管控。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車(chē);電池;散熱風(fēng)扇;控制

0? 引言

隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平和生活追求也越來(lái)越高，汽車(chē)作為便利的交通工具走進(jìn)了千家萬(wàn)戶(hù)，使得我國(guó)汽車(chē)保有量迅速增長(zhǎng)，汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展一方面促進(jìn)了我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，另一方面也極大的改善了人們的出行方式和生活質(zhì)量。然而，汽車(chē)的大量使用，不僅會(huì)消耗掉大量的不可再生資源，同時(shí)也會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大的污染，不利于人們的長(zhǎng)久、健康發(fā)展。為此，我國(guó)在20世紀(jì)末期就開(kāi)始了出臺(tái)了許多關(guān)于發(fā)展新能源汽車(chē)的獎(jiǎng)勵(lì)扶持政策，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)新能源汽車(chē)三大核心部件的研發(fā)力度，分別是多能源動(dòng)力控制體系、驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及電池[1]，純電動(dòng)汽車(chē)屬于新能源汽車(chē)中的一種，在國(guó)家推動(dòng)新能源汽車(chē)發(fā)展中占據(jù)非常重要的地位。為了確保純電動(dòng)汽車(chē)能夠獲得更好的發(fā)展，必須要解決電池散熱問(wèn)題，本文重點(diǎn)探討了電池散熱風(fēng)扇控制系統(tǒng)方案，希望能夠?yàn)殡姵厣釒?lái)優(yōu)化的空間。

1? 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)概述

本研究中的電池散熱風(fēng)扇類(lèi)型選用離心式風(fēng)機(jī)，是基于外傳子式的三相永磁同步電機(jī)為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。該驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行效率高、實(shí)現(xiàn)功率大、安裝方便、運(yùn)行穩(wěn)定性好以及維修方便等優(yōu)勢(shì)[2]。電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)選用磁場(chǎng)定向控制方式，采用延伸龍貝格狀態(tài)獲取驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行中轉(zhuǎn)子的實(shí)際速率以及方位，不需要再增加額外的位置傳感器，不僅避免了位置傳感器對(duì)整體控制系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，也降低了設(shè)備制造成本，增加了電池散熱風(fēng)扇控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，確保其在純電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行中能夠持續(xù)、高效運(yùn)行，為電動(dòng)汽車(chē)的安全運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)保障[3]。

2? 永磁同步電機(jī)控制原理

2.1 PSMS控制方法

三相永磁同步電機(jī)也叫做永磁無(wú)刷交流電機(jī)，具有非常廣泛的用途，該類(lèi)型同步電機(jī)在受到反向感應(yīng)時(shí)，其電動(dòng)勢(shì)表現(xiàn)為正弦波形，能夠很好的降低扭矩傳遞產(chǎn)生的振動(dòng)。從永磁同步控制電機(jī)的安裝方式上進(jìn)行劃分，PMSM定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可以劃分為面裝式、內(nèi)嵌式以及埋藏式三種[4]。

采用面裝式的永磁同步電機(jī)，能夠擁有自身獨(dú)特的同性構(gòu)造，交軸以及直軸兩側(cè)的電感數(shù)值是相同的，即Ld=Lq。一般狀況下，該電機(jī)的各個(gè)機(jī)械部件之間可以預(yù)留較大的氣隙，因而不具備強(qiáng)大的弱磁能力。內(nèi)嵌式的永磁同步電機(jī)同性構(gòu)造中，Ld

2.2 帶位置傳感器控制

位置傳感器的主要職能是收集電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)子的具體方位以及實(shí)際轉(zhuǎn)速，現(xiàn)階段市面上比較常用的位置傳感器類(lèi)型有霍爾傳感器、正交編碼盤(pán)以及選擇變壓器三種。

霍爾傳感器檢測(cè)類(lèi)型是目前最常用的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)檢測(cè)方式，檢測(cè)方式比較簡(jiǎn)單，檢測(cè)需要承擔(dān)的費(fèi)用也比較低，利用感知電機(jī)轉(zhuǎn)子極性釋放相應(yīng)的邏輯輸出指令，輸出的電平數(shù)值要和當(dāng)前的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)極性相匹配，將霍爾傳感器應(yīng)用到三相永磁同步電機(jī)工作中時(shí)，通常情況下安裝三個(gè)霍爾傳感器，安裝的角度主要為60°以及120°兩種情況，在使用60°方式安裝霍爾傳感器時(shí)，主要是安裝在電機(jī)的某一側(cè)，相互之間成60°角的圓周上，而采用120°方式進(jìn)行安裝時(shí)，主要將三個(gè)傳感器均布在電機(jī)圓周上。

由于霍爾傳感器在安裝中需要辨別相序，所以在進(jìn)行安裝準(zhǔn)備階段，需要對(duì)每一個(gè)傳感器的相序進(jìn)行判定，在開(kāi)展初步安裝工作時(shí)，當(dāng)基礎(chǔ)位置放置在A相反感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)峰值位置時(shí)，這種情況下就需要將正方向上的A相反感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)峰值與初始相位位移偏差進(jìn)行比較，在第一次運(yùn)行時(shí)，在開(kāi)機(jī)狀態(tài)下查看各個(gè)霍爾傳感器的狀態(tài)，并由此確定轉(zhuǎn)子的原始位置，于此同時(shí)融合相對(duì)位置數(shù)值，最終得到轉(zhuǎn)子的絕對(duì)原始位置。三相永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的選擇方向主要取決于圓周上布置的傳感器以及上一次脈沖狀態(tài)，轉(zhuǎn)子的選擇速度通常由相關(guān)霍爾元件以及傳輸信號(hào)的間隔時(shí)間等方面得到的，轉(zhuǎn)子在任意時(shí)間的具體方位需要對(duì)轉(zhuǎn)子的速度參數(shù)進(jìn)行積分處理，在此基礎(chǔ)上結(jié)合轉(zhuǎn)子的絕對(duì)初始位置，從而能夠得到轉(zhuǎn)子的實(shí)施方位參數(shù)。在進(jìn)行脈沖數(shù)量統(tǒng)計(jì)工作時(shí)，必須要考慮到任意時(shí)間段電機(jī)選擇速度上的差異性，為了實(shí)現(xiàn)更加精確的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，就需要在任意時(shí)間修正測(cè)量定時(shí)器的預(yù)分頻率，當(dāng)出現(xiàn)檢測(cè)計(jì)數(shù)數(shù)值偏小時(shí)，這種情況下就要提高分頻數(shù)值，換言之就是增加計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)時(shí)間間隔，當(dāng)出現(xiàn)檢測(cè)計(jì)數(shù)數(shù)值偏大時(shí)，這種情況下就要降低分頻數(shù)值，也就是減少計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)時(shí)間間隔?；魻杺鞲衅髟谌嘤来磐诫姍C(jī)上具有重要的作用，一方面可以精準(zhǔn)的獲取電子轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，另一方面也可以迅速的得到任意時(shí)刻轉(zhuǎn)子的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)方位，能夠很好的避免永磁同步電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的不穩(wěn)定因素，此外，正因?yàn)榭梢詫?duì)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行同步操作，所以在運(yùn)行中不會(huì)產(chǎn)生積累誤差，然而檢測(cè)精度相對(duì)較差。

3? 系統(tǒng)控制方案

在進(jìn)行系統(tǒng)控制方案制定時(shí)，必須要保證其具有非常好的穩(wěn)定性、較低的制造成本、較好的安裝便利性、優(yōu)異的EMC品質(zhì)以及良好的抗EMI品質(zhì)，所以，必須要采取有效的措施抑制散熱風(fēng)扇的噪聲以及振動(dòng)，驅(qū)動(dòng)裝置需要使用轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)比較小且比較安靜的元器件，基于這樣的基礎(chǔ)要求，選取頻率相對(duì)較大的逆變器開(kāi)關(guān)，散熱風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)裝置選取三相永磁同步電機(jī)，利用矢量變換的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的解耦以及線(xiàn)性化，創(chuàng)立加強(qiáng)的龍貝格狀態(tài)查看器，實(shí)時(shí)獲取同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以及方位，從而完成速度環(huán)的閉環(huán)管控[6-7]。

在系統(tǒng)控制方案中，Vd以及Vq兩個(gè)數(shù)值是相互獨(dú)立的，有各自的PI調(diào)節(jié)器調(diào)整得到的，這種情況下，由于缺乏對(duì)兩個(gè)數(shù)值的有效管控，在特殊情況下會(huì)出現(xiàn)控制輸出幅值超過(guò)臨界點(diǎn)，也就是比現(xiàn)有的調(diào)制比能夠承受的最大電壓還要大，如公式（1）所示，所以在開(kāi)展逆PARK變換之前必須要采取電壓限環(huán)操作[8]。

當(dāng)公式1中不等式成立時(shí)，則可以得出各自的PI調(diào)節(jié)器調(diào)整得到的Vd以及Vq值已經(jīng)溢出，這種情況下就需要參照設(shè)定的調(diào)制頻率可以實(shí)現(xiàn)的臨界制比來(lái)開(kāi)展電壓限環(huán)調(diào)節(jié)，如公式（2）所示。

4? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，永磁同步電機(jī)具有運(yùn)行效率高、實(shí)現(xiàn)功率大、安裝方便、運(yùn)行穩(wěn)定性好以及維修方便等優(yōu)勢(shì)，并且可以分為面裝式、內(nèi)嵌式以及埋藏式三種類(lèi)型。在進(jìn)行純電動(dòng)汽車(chē)電池散熱風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要保證其具有非常好的穩(wěn)定性、較低的制造成本、較好的安裝便利性、優(yōu)異的EMC品質(zhì)以及良好的抗EMI品質(zhì)。本文中設(shè)計(jì)的電池散熱系統(tǒng)控制方案能夠?yàn)榧冸妱?dòng)汽車(chē)電池散熱問(wèn)題帶來(lái)更好的解決方案，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

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