新能源電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)汽車占據(jù)的市場越來越大。在一輛電動(dòng)汽車中，其最為核心的部位就是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能的具體要求展開論述，隨后對關(guān)鍵技術(shù)展開分析說明，詳細(xì)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(jià)值。

關(guān)鍵詞：新能源電動(dòng)汽車;電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);性能

1 新能源電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能要求

新能源電動(dòng)汽車性能的好壞很大程度上取決于電機(jī)控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的好壞，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是為電動(dòng)汽車提供動(dòng)力的系統(tǒng)，是保證電動(dòng)汽車正常運(yùn)行的核心部分，一個(gè)良好的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要具備以下幾點(diǎn)要求：第一，電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本價(jià)和內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的價(jià)格相差無幾，價(jià)格較為低廉;第二，需要具備較好的性能，有著較大的瞬時(shí)功率和較寬的恒功率并且啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，可以很快實(shí)現(xiàn)加速;第三，調(diào)速范圍寬，低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠爬坡和啟動(dòng)，在恒定功率區(qū)，低轉(zhuǎn)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(dá)到最優(yōu)的機(jī)械效率和電機(jī)效率，有效增加電動(dòng)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(yùn)行。

2 新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)分析

電源系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)共同組成了新能源汽車的動(dòng)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(yùn)行成本的關(guān)鍵部分;電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能主要取決于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和變速器共同組成，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的部件就是驅(qū)動(dòng)電機(jī)。由此可以看出驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是汽車核心的組成部分，因此提升新能源汽車的驅(qū)動(dòng)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(guān)鍵。

2.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)

目前直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是應(yīng)用在新能源汽車中的兩種電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用的是直流電動(dòng)機(jī)，又簡稱為直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。采用直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)較多，例如，直流電動(dòng)機(jī)具備較好的機(jī)械特性、速度調(diào)節(jié)方便并且具備良好的性能，易于控制、時(shí)效性高，具備較低的成本和成熟的技術(shù)等。但是直流電機(jī)也具備一些待改進(jìn)提升的問題，例如直流電機(jī)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(hù)。交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用的是交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，又簡稱為交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。和直流電機(jī)相比，交流電機(jī)運(yùn)行效率高、較為可靠、不需要進(jìn)行維護(hù)且容易冷卻，一般使用期較長。

在多種電機(jī)中，永磁電機(jī)功率密度最高。永磁同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)是由直流無刷電動(dòng)機(jī)（BLDCM）和三相永磁同步電動(dòng)機(jī)（PMSM）組成，驅(qū)動(dòng)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(jìn)行維護(hù)，目前已經(jīng)被應(yīng)用在新能源汽車中。

開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)結(jié)構(gòu)相比較于感應(yīng)電機(jī)具備更高的效率、簡單且更可靠，轉(zhuǎn)子沒有繞組，在需要進(jìn)行頻繁正反轉(zhuǎn)和沖擊負(fù)載等情況較為適用，驅(qū)動(dòng)功率電路中使用了少量的功率開關(guān)元件，電路較為簡單，且功率元件和電動(dòng)機(jī)繞組相互串聯(lián)，從而有效減少直通短路的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)較寬的調(diào)速范圍，低速大轉(zhuǎn)矩和制動(dòng)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(yīng)用。但是該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是產(chǎn)生的震動(dòng)噪聲較大。

2.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制技術(shù)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制技術(shù)目前正朝著驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)寬調(diào)速范圍、寬力矩變化和提升整個(gè)工況效率的方向發(fā)展。采用直流電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其驅(qū)動(dòng)器的功用電路采用斬波器控制方式，進(jìn)行控制交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的逆變器較復(fù)雜，一方面相比較于直流驅(qū)動(dòng)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(diào)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(fù)雜。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，應(yīng)用在交流系統(tǒng)中的逆變器技術(shù)也日益成熟。

永磁無刷同步電機(jī)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(dòng)機(jī)和正弦波型永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)兩種。永磁無刷同步電機(jī)調(diào)速的基本方式就是變頻調(diào)速，PWM斬波控制IGBT逆變器現(xiàn)在應(yīng)用廣泛，為了進(jìn)一步加強(qiáng)對轉(zhuǎn)矩的控制，需要增加電機(jī)調(diào)節(jié)控制，從而減緩轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)。

新能源汽車開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的開關(guān)磁阻電機(jī)（SRM）的定子和轉(zhuǎn)子都屬于凸極結(jié)構(gòu)，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(lì)磁繞組，在轉(zhuǎn)子上面不需要安裝繞組。但是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，產(chǎn)生的噪音較大。逆變器和電機(jī)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(shí)際應(yīng)用，但是伴隨著科技的提升，已經(jīng)逐步被應(yīng)用在新能源汽車之中。

3 新能源電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

優(yōu)良的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以保障新能源電動(dòng)汽車運(yùn)行平穩(wěn)，所以在制造新能源電動(dòng)汽車的過程中需要匹配好驅(qū)動(dòng)控制單元，從而保障電動(dòng)汽車擁有良好的運(yùn)行效果。矢量控（VC）與直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）是較為常見的用于驅(qū)動(dòng)控制的單元組合，在控制的過程中可以保證汽車運(yùn)行狀態(tài)平穩(wěn)，有效避免出現(xiàn)差錯(cuò)。因此要記錄好矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制的參數(shù)，將矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制相比較，從數(shù)據(jù)規(guī)格看，直接轉(zhuǎn)矩控制要比質(zhì)量控制更加平穩(wěn);從功率器件開關(guān)頻率角度看，矢量控制更具優(yōu)勢;從系統(tǒng)復(fù)雜程度上分析，矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制效果都差強(qiáng)人意;矢量控制在系統(tǒng)低速性上表現(xiàn)良好，直接轉(zhuǎn)矩控制表現(xiàn)不夠平穩(wěn);矢量控制在系統(tǒng)啟動(dòng)性能上平順有利，通過直接轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩控制其系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈沖較小，并且矢量控制比直接轉(zhuǎn)矩控制的調(diào)速范圍廣。綜上可知，矢量控制相較于直接轉(zhuǎn)矩控制，其在低速性能、調(diào)速范圍和啟動(dòng)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(dòng)汽車控制器進(jìn)行的專項(xiàng)研究和對電動(dòng)汽車關(guān)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(diǎn)把握不夠準(zhǔn)確，對于電動(dòng)汽車核心的驅(qū)動(dòng)控制中心研究不夠深入，規(guī)格與運(yùn)行溫度均不在規(guī)定的范圍內(nèi)，超出了標(biāo)準(zhǔn)限定值，系統(tǒng)不夠智能化，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不能對故障進(jìn)行自檢，降低了電動(dòng)汽車的安全性能。