電動汽車用永磁電機及驅動控制探究

程毅

摘 要：汽車是人們出行和貨物運輸的重要交通工具。近年來，受能源緊張和環境污染等問題的影響，電動汽車成為國內外汽車行業的研究重點。在電動汽車所使用的各類電機中，永磁電機由于具有效率高、可靠性強、結構簡單等特點，在電動汽車領域得到了廣泛應用。文章首先概述了電動汽車的發展現狀，隨后分析了電動汽車驅動電機的特點及類型，最后就永磁同步電機控制方法進行了論述。

關鍵詞：電動汽車；永磁電機；驅動控制

中圖分類號：TM351 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）08-0070-01

電動汽車的動力來源于車載電源，大力推廣電動汽車的使用，能夠有效環節石油能源短缺和大氣污染嚴重等問題。我國自2001年開始著手進行電動汽車的研究，盡管電動汽車相關技術的研究與國際前沿水平仍有差距，但是也在多個方面取得了成就。永磁同步電機雖然滿足了電動汽車驅動要求，但是永磁體價格昂貴、永磁電機弱磁難等問題尚未得到很好的解決，需要在下一步的工作中進行重點研究。

1 電動汽車發展現狀

自上世紀末期能源危機爆發以來，世界各國都開始在各個行業尋找石油、煤炭等能源的替代資源。在汽車領域內，日本是最早開始進行電動汽車研究的國家，也是目前電動汽車技術較為成熟的國家之一。早在1997年，日本豐田汽車公司就推出了世界上第一款混合動力轎車，雖然該款轎車并不是真正意義上的電動汽車，但是在世界范圍內拉開了電動汽車研究的帷幕。隨后，美國、挪威、中國等國家開始加入到電動汽車研究的隊伍中，并在各個領域取得了成績。

我國人口數量龐大，加上近年來國民經濟水平不斷增長，汽車保有量也逐年上漲。為了降低傳統能源汽車對環境造成的破壞，我國在2006年頒布了《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020）》，其中明確將電動汽車研究列入高新技術研發行列。截至目前，像比亞迪、奇瑞、長安等汽車公司，都在新能源汽車領域取得了較大的研究突破。例如，2009年比亞迪推出的E6純電動出租車，百公里耗電僅為20度，成本花費僅為傳統燃油汽車的1/4。

2 電動汽車驅動電機的特點及類型

作為電動汽車的核心部件，電機驅動系統不僅要保證電動汽車像正常燃油車輛一樣具備高速行駛能力，而且要滿足頻繁啟動、制動和緊急剎車等駕駛要求。具體來說，電動汽車的驅動系統應具備以下要求[1]：

（1）提供足夠的動力，在短時間內為電動汽車提供最大的動力輸出，例如百公里加速和極限爬坡等。考慮到系統運行的安全性，還要求電機具備過載能力，通常其過載限定值為正常狀態下的5倍左右；（2）要具備較好的系統穩定性，尤其是在雨雪、高溫、顛簸路面等惡劣環境下，要保證電動汽車具備良好的環境適應能力；（3）要提供給司乘人員良好的駕車體驗，包括行車穩定性和舒適度等。

3 電動汽車永磁同步電機控制方法

結合近年來國內外對電動汽車的研究表明，電動汽車驅動系統性能的高低，一方面與電動汽車所選用的電機質量有關，另一方面也和驅動控制策略有密切聯系。要想保證電動汽車內永磁電機的性能得到最優化發揮，必須要同時協調好兩方面的因素。目前來說，永磁電機的控制方式主要分為矢量控制和弱磁控制，國內電動汽車永磁電機驅動控制也是基于上述兩種形式進行的[2]。

3.1 永磁電機的矢量控制

早期的矢量控制采用的是異步電機，主要作用是防止交流電機的轉矩控制出現問題。其主要依據是使用坐標變換方法將相電流分解為與勵磁對應的直軸電流和與轉矩對應的交軸電流，實現勵磁磁場和電磁轉矩的解耦控制。隨著永磁電機理論研究的不斷深入，矢量控制理論的內容也得到了極大的豐富，并且在多個行業（伺服控制、智能機器等）得到了廣泛應用。永磁電機由于自身結構的影響，在運行過程中不會出現轉差，轉子勵磁恒定，因此在永磁同步電機上采取矢量控制方式，能夠極大的簡化電動汽車驅動控制的難度。

3.2 永磁電機的弱磁控制

在凸式永磁同步電機中，弱磁控制根據調節方式的不同，又被分為前饋式開環調節和反饋式閉環調節，雖然兩種調節方式的控制策略不盡相同，但是所達到的弱磁控制目的基本類似。在弱磁控制工程技術上的問題上，許多學者提出了具體的方案，一個方向是電機本體結構的優化：通過對電機本體設計中參數的研究和改進；內置式永磁電機提高凸極比，優化磁路，提升弱磁性能。另一個主要方向即弱磁控制策略的不斷完善。

4 基于電壓反饋驅動控制策略

現階段，日本、美國等國家在進行永磁電機調控時，一般選用電壓反饋法，這種方法的應用優勢主要體現在計算量較小，且精度較高。但是由于電動汽車運行環境的硬性，電壓反饋法對電機運行參數的的依賴性較大。實驗表明，電動汽車永磁電機在運行時，出現的溫度升高、磁路飽和等現象，都會使電機參數發生改變。因此，需要在采取電壓反饋法的基礎上，進行前饋弱磁電流計算，以修正電壓控制策略，確保電機運行使保證動態性能良好。

參考文獻

[1]田文奇，和敬涵，姜久春，等.基于自適應變異粒子群算法的電動汽車換電池站充電調度多目標優化[J].電網技術，2012（11）：25-29.

[2]邵艾博.可再生能源和電動汽車一體化管理對多模微電網穩定性的影響分析[D].華中科技大學，2015.