淺談純電動汽車驅動電機及控制系統

王麗琴 孔博

摘 要：純電動汽車是進入21世紀以來誕生的新產物，符合當今社會對于節能環保方面的需求。因此具有廣闊的發展前景。對于純電動汽車而言，其驅動電機及控制系統是最核心的要素，在全車的配置當中具有舉足輕重的作用，它直接關系到全車的性能和質量。本文針對純電動汽車驅動電機及控制系統這一課題展開討論，為純電動汽車驅動電機及控制系統提出一些有效的建議。

關鍵詞：純電動汽車；驅動電機；控制系統

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.045

0 引言

“純電動汽車”對于今天的人來講早已不再陌生，它有諸多優勢，比如加速性能好、功率大、環保節能等，非常符合時代對于交通方式的變革需求。而驅動電機及控制系統，直接關系到純電動汽車的性能和質量，純電動汽車的設計和維護和保養非常重要，因此關于純電動汽車驅動電機及控制系統是當代研究領域重點討論的內容。

1 純電動汽車驅動電機及控制系統現狀分析

1.1 純電動汽車對驅動電機及控制系統的要求

不同于燒汽油或柴油的傳統汽車，純電動汽車是完全以電能為驅動力的。通過驅動電機來推動車輛前進，在控制系統方面也有著一些特殊之處。迄今為止，電動汽車驅動電機及控制系統有多種要素組成而成，它們分別為：電動機、控制器、功率電子裝置、傳感器等多項內容。其中，驅動電機的主要功能在于將蓄電池中的電能轉換成機械能，以及通過對于蓄電池的制動，對于車輛的動能進行反饋。電動汽車對驅動電機及控制系統主要涉及以下幾項內容：

第一，驅動電機要求調速范圍較寬。電機能在四象限內工作。

第二，驅動電機及控制系統必須以轉矩作為控制目標。轉矩必須符合迅速且波動較小的要求。

第三，要確保車輛加速較敏捷和高速時保持速度恒定。為此，必須在電機低速時有大的轉矩輸出和較大的過載倍數，要求電機高速區處有一定的功率輸出。這是純電動汽車相對于汽油車或柴油車的明顯優勢。由于內燃機的自身特性，其傳動比無法直接調節，必須通過變速箱來進行調節。

第四，驅動系統要有較高的工作效率，運行可靠，具備完善的電磁兼容性，且維護成本較低等。

1.2 對電機的分析

在電動汽車上所協調工作驅動電機涵蓋的內容有：直流電機、交流感應電機、開關磁阻電機、永磁同步電機等。其中，直流電機是傳統的電機類型，運用較可靠，控制較簡便。但它的缺陷也非常明顯：維護較麻煩，維護成本較高。而交流異步電機的維護成本較低，然而在驅動系統的控制上較繁瑣，在較大范圍內的恒功率調速很難實現。相較于前二者，永磁同步電機的功率密度很大，與此同時增大了驅動系統的電流消耗，而且永磁體具有退磁現象的特征。開關磁阻電機相對而言效率較高且成本較低，但其電機驅動系統存在轉矩脈動，噪音較大且結構較復雜，可靠性較低。目前，國內絕大多數純電動汽車采用的驅動電機均為交流異步電機。

1.3 對功率電子裝置的分析

現階段，常用的驅動控制系統元器件主要包括GTO、BJT、MOSFET、IGBT、MCT 等。而IGBT是一種較為理想的驅動控制系統元器件。它具有BJT與 MOSFET兩者共同的優勢，工作頻率較高，可達 10 ～ 20 kHz。除此之外，在電壓阻斷峰值、門極驅動功耗率等方面也都具有明顯的優勢，在純電動汽車上面具有普及推廣的有效價值。而IGBT 的低壓變頻裝置的極限容量可以達到380 V 級，540 kV·A，這項系統是目前為止電動汽車變頻驅動系統中優先考慮的開關器件。

1.4 對控制技術的分析

電機的各種控制技能的實現條件包括標量控制、直接轉矩控制、矢量或磁場定向控制、磁鏈控制等多個內容。

矢量控制是一種較為理想的控制技術，其理論發展也較為成熟完善，可以對于電機參數進行較精確的辨認。目前，變結構控制（ VSC）也在純電動汽車的控制技術方面異軍突起，具有明顯的后發優勢。它尤其是在系統參數不確定、外部擾動和噪聲等方面具備了明顯的優勢，有效地避免抖振、以及轉矩和磁鏈脈動大等方面的各種的問題。除此之外，當代所研發出來用于試驗和運用的控制技術還有神經網絡、模糊邏輯等全新的手段。它們的推廣運用，將有效地與那些傳統點控制方法形成互補，尤其提高了電機效率，在電機參數的自動測量、自動整定時系統工作的調整等方面都具有不可替代的優勢。

2 純電動汽車驅動電機及控制系統的未來發展趨勢

在我國以后的純電動汽車驅動電機及控制系統發展趨勢中，主要體現于以下幾個方面：

2.1 變速箱的運用

傳統意義上來講，純電動汽車由于其在發動機牽引特性上的優勢，是不需要變速箱的。但多項試驗研究表明，在純電動汽車上面加裝變速箱，對于車輛牽引效率的進一步優化是有好處的。所以未來會有更多的純電動汽車會加裝變速箱。

2.2 電機的功率密度的提高

電機在實際運作環節中，除了具備滿足工況的狀態，也受到了電動汽車空間的要素的調控，面積變小，重量減少，這樣的現狀充分降低了整車的負荷，同時也降低了投資從成本，提高了電機的工作運行效果，確保了電機的安全性、可靠性。

2.3 驅動控制系統向一體化、集成化方向發展

迄今為止，驅動控制系統向一體化、集成化方向發展是電動汽車控制系統的主要技術發展方向，隨著電動控制系統集成化技術模式的實現，把低壓 DC-DC 變換器、電機控制器、整車控制器、發動機控制器、變速箱控制器等元素統一利用一體化集成技術，將是未來電控系統的主要發展方向。

2.4 控制策略智能化

對于電機的控制除了基本的控制形態，還涵蓋其他控制形態，比如保護控制、自發診斷控制、故障監控等多項內容，以達到控制策略智能化方面的要求，這也代表著未來控制策略智能化的全新趨勢。

3 結語

伴隨著純電動汽車開始進入千家萬戶，其驅動電機及控制系統也日益成為一個熱門的課題，我們迫切需要在該領域實現驅動電機及控制系統穩定可靠的運行目標，目前我們通過開展大量的研究，在這方面已經形成了一整套的理論體系，但仍然存在著一些需要進一步完善的地方。未來純電動汽車的驅動電機及控制系統還會隨著科技水平的不斷提升，發展前景更加廣闊。

參考文獻：

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