纯电动电机驱动系统控制原理探究

2019-10-21周伟伟

科学与财富 2019年32期

摘要：近年来纯电动汽车快速涌入人们的生活，也被大家逐渐接受，然而车辆的续驶里程短是用户面临的主要问题，纯电动汽车的电机驱动系统的动力输出直接影响到汽车的动力性能，其耗能直接影响到汽车的续驶里程。本文研究了纯电动汽车电驱动系统控制策略，对车辆续航里程的影响因素及电驱动系统的故障检修提供了理论依据。

关键词：新能源汽车;纯电动汽车;电机驱动系统;控制策略

1 引言

虽然2018年的中国车市在连续增长28年后迎来首次同比下滑，但是在新能源汽车领域却继续保持高速增长势头，根据中汽协统计数据显示1-12月新能源汽车全年产销分别达到了127万辆和125.6万辆，同比增长分别为59.9%和61.7%。新能源汽车中占比最大的纯电动车（轿车、SUV、MPV）2018年1-12月累计销量746947台，比2017年同比增长64.6%。从以上数据分析可知新能源汽车发展空间巨大，纯电动汽车仍然处于绝对主导的地位。[1]

然而，纯电动汽车作为机械、电子、能源、汽车、信息技术、计算机等多种高新技术集成的典型产品，正在向着智能化、数字化、轻量化和共享化方向发展，近年来纯电动汽车的关键技术的开发和研究取得了很大的进展，然而还存在一些难题亟需解决：

（1）一次充满电后续航里程短;

（2）交流充电时间长，一般充满电需要6-8小时;

（3）动力性不够理想;

（4）电池的循环寿命较短，更换频繁且价格较高。

由此可见电机驱动系统是提高汽车动力性能和续航里程的可靠保证。

2 纯电动汽车电机驱动系统结构

电机驱动系统是纯电动汽车的3大核心部件之一，是车辆行驶的执行机构，其特性决定了车辆的主要性能指标，直接影响车辆的动力性、经济性和舒适性。驱动电机系统主要由驱动电机、电机控制器及冷却系统3大部分组成。其结构原理如图1所示：

2.1 驱动电机

目前適合作为纯电动汽车的驱动电机种类较多，如直流电机、永磁同步电机、三相异步电机和开关磁阻电机等，现在电动汽车上90%左右使用的是永磁同步电机，该类型电机具备效率高、体积小、重量轻及可靠性高等优点。

永磁同步电机基本组成除了定子、转子（永磁）、前后端盖等元件以外，还使用了温度传感器来检测电机绕组的温度，使用了旋转变压器来检测电机转子的位置及转速，以便对电机的工况进行更好的控制。

2.2 电机控制器

电机控制器的主要作用是实现对驱动电机的控制。工作过程是将动力电池提供的直流电经逆变器逆变成电机需要的三相交流电，并通过控制动力电机三相输入电流的频率、电压，配合电机转速传感器与温度传感器的反馈值，实现对电机的控制，最终实现整车的前进、倒退以及能量的回收，电机控制器电路原理如图2所示。

2.3冷却系统

纯电动汽车冷却的功用是为车载充电机、电机控制器和驱动电机进行散热，保证其在最适宜的温度下工作。冷却系统主要由水泵、散热器、膨胀水箱、风扇、管路、控制单元和温度传感器等组成。冷却液的流动方向是温度较高的冷却水经散热器冷却后进入到车载充电机，再进入电机控制器最最后经电机进入到散热器进行冷却。如图1所示。

3 电驱动系统控制策略

3.1 电机控制器的控制策略

（1）驱动。逆变器把动力电池提供的直流电逆变为电压频率可调的三相交流电，供电动机使用，驱动汽车运行。

（2）运行速度控制：根据驾驶员对车辆的操控输入（如加速踏板），并向车载充电机发送相应的指令，电机控制器控制模块采用PWM控制改变逆变器输出的三相交流电的电压和频率就可以改变电机的转速，从而对汽车进行调速。

（3）运行方向控制：通过改变逆变器中IGBT的导通顺序就可以改变输出三相交流电的相序，即改变了三相异步电动机定子三相绕组所接交流电的相序，三相异步电动机反转，从而改变汽车的运行方向。

3.2 冷却系统的控制策略

（1）当控制器监测到驱动电机温度大于等于45 ℃，小于50℃时，冷

却风扇低速档启动;当温度大于等于50℃时，冷却风扇高速启动;当温度降至

40℃时，冷却风扇停止工作;当温度大于120℃小于等于140℃时，车辆降功率、

运行;当温度大于140℃时，停机。

（2）当控制器监测到电机控制器散热基板温度大于等于75℃时，冷却风扇低速启动。当温度高于80℃时，冷却风扇高速启动;温度降至75℃时，冷却风扇停止工作。当温度在75℃与85℃之间时，车辆降功率运行;当温度高于85℃时，车辆进行超温保护，即停机。

4 结语