新能源汽車電機驅動系統(tǒng)控制技術探究

卞鵬

摘要：新能源汽車雖然在我國得到了快速發(fā)展，但仍屬于發(fā)展初期，缺乏系統(tǒng)完善的技術和配置設施。電機驅動系統(tǒng)屬于新能源汽車的一項核心技術，需要進一步的研究。本文概述了新能源汽車的概念及其優(yōu)勢，并重點探究了電機驅動系統(tǒng)發(fā)展現狀，對電機驅動系統(tǒng)控制技術給予全方位的評價，這樣既能夠充分發(fā)揮電機驅動系統(tǒng)控制技術的優(yōu)勢，而且還可以推動新能源汽車的健康、可持續(xù)發(fā)展。

Abstract： At this stage， New energy vehicles have been promoted， belongs to the early stage of development， there is no more mature technology and configuration facilities. New energy vehicles are mainly used for oil and gas. New energy vehicle motor drive system is the core technology， which needs further research.This paper will explore the motor drive system control technology of energy vehicles.

關鍵詞：新能源汽車;電動驅動系統(tǒng);控制技術

Key words： new energy;electric vehicles;drive system

中圖分類號：U463.23? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?   ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）23-0235-02

0? 引言

隨著經濟社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，汽車逐漸發(fā)展成為人們日常中不可或缺的組成部分，但是隨之而來產生了比較嚴重的環(huán)境問題，汽車尾氣的排放嚴重污染了空氣，降低了人們的生活質量，危害了人們的健康。為了有效的緩解能源危機，減少對環(huán)境的污染，新能源電機驅動系統(tǒng)控制技術促進了新能源汽車行業(yè)的發(fā)展，但是需要進一步的優(yōu)化和探索，下面將會對其進行全面、系統(tǒng)的探究。

1? 新能源汽車概述

1.1 新能源汽車的概念

對于新能源汽車而言，其選擇了用新能源作為主要驅動力，常見的新能源有電能、太陽能、天然氣等，這些能源都屬于可再生資源，和傳統(tǒng)汽油、柴油等能源相比，新能源的污染更小、排放量低，有助于緩解我國能源短缺的現狀，實現了生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。如今，電能開始慢慢的取代化石能源，其具有容易傳輸、生產簡單，且可以與多種能源有效轉換等多種優(yōu)勢，而電能的主要來源包括水電和風光等，火電一般是由煤炭等不可再生能源轉化而來，其符合國家可持續(xù)發(fā)展需求。而對于燃油汽車而言，其一般會有污染物在汽車尾氣排放，而如果汽車將電能作為主要能源，這樣一來就會使污染的產生階段演變?yōu)殡娔墚a生的過程，由于電能的產生規(guī)模大，通常是在較為偏遠的地區(qū)，容易進行治理。而電能的多種優(yōu)勢，使得新能源汽車上大部分使用電能。然而，現階段新能源汽車也會遇到充電時間長、成本較高、電廠安全性不高、設施不夠完善等多種因素的影響，要對其深度的研究和探索。

1.2 新能源汽車優(yōu)勢

與傳統(tǒng)能源汽車相比，新能源汽車具有多方面的性能優(yōu)勢，其具體行駛階段，具有安全性高、噪音較小、燃燒效率高、污染較小、節(jié)能以及使用壽命長等多方面的優(yōu)勢，其中零污染排放滿足我國環(huán)境保護的規(guī)定。我國國家政府對新能源汽車給與了充分的扶持，目前，石油資源在全世界都存在短缺的問題，油價逐漸上漲，新能源的開發(fā)成為了未來的發(fā)展趨勢。在我國的“十一五”規(guī)劃中，明確了新能源汽車發(fā)展和節(jié)能減排要求，并出臺了多種優(yōu)惠政策，極大的促進了新能源汽車的發(fā)展。牽引系統(tǒng)作為新能源汽車的一個特點，其涵蓋了驅動電機及相關的功率變換器，而永磁同步電機和異步電機是比較常用的電機，其中永磁同步電機具有操作簡便，效率較高，功率變換器使得電池的直流電源逆變成為交流電實現驅動，而異步電機存在比較高的調速能力。在制動時，驅動電機能夠處于發(fā)電模式，功率變換器回收了電機制動的能力，充分利用了電能。

2? 新能源汽車電機驅動系統(tǒng)的控制

2.1 電機的選擇原則

如今，新能源汽車研發(fā)和應用逐漸成為新時期發(fā)展的主要趨勢，此時要對新能源汽應用現狀給予全面、系統(tǒng)的分析，并在此基礎上對電機進行合理選擇，以此來更好的推動新能源汽車的發(fā)展。通常情況下，為了充分的滿足研發(fā)需要，要重視電機機型的高性價比，從而保證其可靠性和適用性。①電機機型不僅具有自重、體積小等優(yōu)勢，而且還具備充足的動力，進而為電動汽車用戶提供良好的駕駛體驗。②電動機具有高轉速和高功率的優(yōu)勢，其可以提供源源不斷的動力，充足的動力是保證電動汽車在不同路況下的可以安全、可靠行駛的關鍵，并根據不同場景來實現靈活切換，以此來更好的滿足實際駕駛需求。③要保證電動機的磁輻射能夠滿足環(huán)保需求，在選擇電動機機型時，要選擇磁輻射較低的機型。④要嚴格控制成本，選擇高性價比的電動機產品，這樣既可以對電動機成本給予有效控制，而且還可以提高新能源汽車行駛效率。

2.2 電機驅動控制器

對于新能源汽車電機驅動系統(tǒng)而言，電磁驅動器是比較重要的組成部分。目前，大多數電機驅動控制器均選擇了永磁同步電動機來達到調節(jié)轉速的目的，其可以將正弦電流通入到永磁同步電動機中，同時要保持一定角度的定子三相繞組，以確保其能夠在氣隙中產生一定的磁場，該過程中轉子屬于稀土永磁體，其可以形成正弦磁場，以實現轉子旋轉軸系和同步旋轉軸系的有效重合，同時，定子磁場可以推動轉子磁場的有效旋轉。對于驅動轉子而言，要想實現同步旋轉可以采用的方法如下：①順著旋轉方向定子磁勢FS朝著轉子磁勢FR，隨后在轉子磁場和轉子電子間產生一種作用力，以此來推動轉子磁場旋轉，并確保轉子實現同步轉動;②定子電樞磁勢和勵磁磁勢間的夾角一般會按照負載改變而發(fā)生一定的改變，該夾角被定義為同步電動機轉矩角。為了確保解耦控制目標的順利實現，則需要保證無補償繞組和夾角的電動機相同，以此來達到解耦控制目的。通常情況下，在轉子磁場中解耦控制屬于定向的矢量控制，其能夠結合相應的位置信息來實現對電子繞組電流的集中控制，進而保證轉子和定子磁場的正交，以此來提高電機驅動系統(tǒng)運行效率。

3? 新能源汽車電機驅動系統(tǒng)電機發(fā)展現狀

3.1 車載充電機發(fā)展現狀

現階段新能源汽車的主要能量來源是電池，電池的電能的獲得要通過接入電網，結合不同的電池充電功率主要分為三種類型：第一，該類電池充電功率低，充電時間較長，更加適合在夜晚充電。第二，這種電動汽車的充電功率大，可以適用于多種場景，尤其是在單相或三相接口，比較適合日常使用。第三，新能源汽車選擇了充電站來完成充電，并配備了專門的充電設施。根據變換器安裝的位置不同，可以將充電機分為外接充電機和車載充電機，其中外接充電機具有比較快的充電速度，然而必須借助固定充電設施才可以完成充電操作，而車載充電機集成在汽車上，其可以隨時完成充電，然而充電功率受到了限制。新能源汽車通過使用兩種方式進行互補。根據功率的流動可以將充電機分為雙功率方向和單功率方向兩類，其中單功率方向充電機為電池充電，由電網側功率流向電池測，但是汽車在實際使用中時間較少，使得新能源汽車動力電池電能沒有使用，大大降低了資源的利用率。而雙功率方向充電機可以在確保電池充電功能的基礎上，將電池作為電源，保證了電網電能的質量，同時合理的賣電機制提高了車主的收益。因此雙向充電機成為新能源汽車研究的重點內容。根據電能的傳輸方式，可以將充電機分為無線式充電機和直接式充電機，其中無線式充電機一般是借助線圈間的磁耦合來實現對能量的有效傳遞，且比較便捷。而直接式充電機主要是借助導線來達到充電機和電網直接相連的目的，不僅充電穩(wěn)定，而且還可以提高其傳輸效率。當前車載充電機的結構主要被分為兩級結構，為了確保母線電壓的恒定，傳統(tǒng)車載充電機結構要在直流母線上接入電解電容，促使充電機體積變大，減少了電解電容的壽命，對充電機的使用時間給與了限制。與此同時，新能源汽車上的充電機和電機驅動變換器采用了不同的兩套系統(tǒng)，且采用了比較多的元件，從而提高了系統(tǒng)的成本投入。因此，做好無電解電容充電機研究尤為重要，其能夠實現充電機和電機驅動功能的結合，促進了新能源汽車功率密度的提高。

3.2 異步電機調速控制發(fā)展現狀

通常情況下，異步電機具有可靠性高、結構簡單等優(yōu)勢，滿足新能源汽車驅動電機發(fā)展要求。然而，也存在控制難度高、動態(tài)模型高階非線性等問題。現有異步電機控制策略有動態(tài)控制和靜態(tài)控制兩類，其中靜態(tài)控制所具有的動態(tài)性能不理想，不適用于工況較為復雜的新能源。在穩(wěn)定條件下，靜態(tài)控制可以實現磁鏈幅值頻率管理設計和電壓電流控制的有效結合，進而達到變壓變頻調速的目的。異步電機動態(tài)過程采用的方式主要有兩種，包括空間矢量調制策略，使得異步電機方程轉換在轉子磁場同步旋轉的兩相坐標，對直軸和交軸電流進行控制，實現對磁鏈和轉矩的控制，針對矢量控制來實現對磁鏈和轉矩的控制，能夠采用滯環(huán)比較器對異步電機磁鏈和轉矩控制，其結構較為簡單，基本上不會受電機變量的影響。

4? 電機驅動系統(tǒng)控制技術評價

4.1 電機驅動系統(tǒng)控制技術發(fā)展前景

如今，在電機驅動系統(tǒng)控制技術不斷地發(fā)展過程中，但是還面臨著很多問題，電機驅動技術、電磁驅動的機型需要進行創(chuàng)新。例如，目前大多數新能源汽車具備混合動能，并選擇新能源來替代傳統(tǒng)能源，在一定程度上推動了新能源驅動技術的發(fā)展。針對電機驅動工作模式，在移相全橋工作方式的基礎上，在直流母線側生成零電壓高頻脈動電壓，進一步保證了系統(tǒng)的效率。

4.2 電機驅動系統(tǒng)滿足新時代發(fā)展需求

與傳統(tǒng)能源汽車相比，新能源汽車更能滿足時代發(fā)展的需求，新能源汽車具有環(huán)保理念，而且具有比較大的市場競爭力。作為電動汽車發(fā)展的一項核心技術，電機驅動技術需要進一步加強對其的研發(fā)，充分的滿足用戶的實際需求。新能源汽車一般是基于普通汽車發(fā)展而來，其不僅具備了普通汽車的基本使用性能，而且還具備節(jié)能、環(huán)保等特性，以期更好的滿足國家綠色可持續(xù)發(fā)展需求。電機驅動系統(tǒng)屬于新能源汽車中的一項核心技術，這就使得新能源汽車電機驅動系統(tǒng)滿足新時代發(fā)展特點。然而，由于新能源汽車在我國處于發(fā)展的初期階段，與國外相比還存在比較大的差距，此時就需要加大對核心技術的投入力度，盡可能滿足用戶的經濟性需求。

5? 總結

簡而言之，新能源汽車滿足時代發(fā)展需求，以期更好的達到節(jié)能減排要求。電機驅動系統(tǒng)控制技術隸屬于新能源汽車發(fā)展中比較核心的一項技術，其能夠為新能源汽車提供源源不斷的動力，此時就需要加強對電機驅動技術的研究，并將其作為汽車行業(yè)的重點內容進行研究，要掌握該技術，提高市場競爭力，提高企業(yè)的經濟效益。

參考文獻：

[1]吳靜波，郭志軍，申彥杰.關于對新能源汽車及電機驅動的控 制技術的探析[J].電子技術與軟件工程，2015（18）：249.

[2]程漢平.新能源汽車及電機驅動的控制技術分析[J].時代汽車，2017（22）：45-46.

[3]李政.電動汽車電機驅動控制系統(tǒng)研究[D].太原：中北大學，2018.