電動汽車電機控制技術研究

摘 要：隨著科技的飛速發(fā)展以及我國政府關于新能源汽車的扶持政策的大力實施，我國電動汽車產(chǎn)業(yè)逐漸步入了發(fā)展的黃金時期。隨著電動汽車電機控制技術電機驅(qū)動技術等技術的逐漸成熟，電動汽車以清潔、節(jié)能等特點逐漸得到了消費者的認可?；趪乙约皹I(yè)界對于電動汽車電機控制技術研發(fā)的關注，本文首先講述了電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的類型，然后根據(jù)電機驅(qū)動系統(tǒng)的類型，闡述了電動汽車電機控制技術應用。

關鍵詞：電動汽車；驅(qū)動控制；技術應用；控制策略

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.046

電動汽車電機控制技術是電動汽車關鍵技術之一，電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)構成了電動汽車的“心臟循環(huán)系統(tǒng)”，它直接決定著電機的效率、密度以及調(diào)速狀況。因此，電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)及其控制技術應用是提高電動汽車的驅(qū)動性能、行駛里程及其可靠性、安全性的根本保證。電動汽車驅(qū)動電機通常分為直流有刷、無刷、有永磁、電磁之分，還有交流步進電機等，比如，永磁電機，永磁同步電機由于高運行效率和功率密度以及矢量控制方法和無傳感器控制技術的逐漸成熟，被廣泛應用于電動汽車上。

1 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)分類

電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的心臟，其主要作用是在人工操作下，把電動汽車蓄電池的電能轉(zhuǎn)化為汽車行駛的動能，當前電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)主要分為直流電機驅(qū)動系統(tǒng)、交流感應電機驅(qū)動系統(tǒng)、開關磁阻電動機驅(qū)動系統(tǒng)、永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)等四大驅(qū)動系統(tǒng)。

第一，直流電機驅(qū)動系統(tǒng)。直流電機驅(qū)動系統(tǒng)是最早應用于電動汽車的電機驅(qū)動系統(tǒng)，由于直流電機驅(qū)動系統(tǒng)本身各項關鍵技術開發(fā)程度較為成熟，使得其具備了系統(tǒng)造價低、控制器構造簡單而且性能優(yōu)良等特點。并且由于其具有啟動轉(zhuǎn)矩高和較寬的調(diào)速范圍，至今無軌電車大部分仍然采用直流電機驅(qū)動系統(tǒng)。

第二，交流感應電機驅(qū)動系統(tǒng)。交流感應電機又稱異步電動機，隨著現(xiàn)代電力電子技術瓶頸的突破，使得交流感應電機驅(qū)動系統(tǒng)逐漸得到電動汽車開發(fā)商的青睞，并且隨著交流感應電機驅(qū)動系統(tǒng)調(diào)速性能技術的發(fā)展，成為了當前工業(yè)應用中最為廣泛的拖動電機，但是異步電機控制系統(tǒng)較為復雜，成為了該型電機驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展的最大阻礙。

第三，開關磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)。開關磁阻電動機驅(qū)動系統(tǒng)的核心是通常所說的SRM（開關磁阻電動機），無論電機設計構造還是工作原理，SRM都有著自己的特點，由此，其電機驅(qū)動系統(tǒng)噪聲大、結構復雜等也成為了其當前較為致命的缺陷。與直流和交流電動機相比，其顯著優(yōu)點在于，結構簡單、調(diào)速范圍寬以及安全可靠性較高。由于其在速度控制以及可控制范圍的優(yōu)良性能，使得SRM的潛力逐漸得到了越來越多開發(fā)商的認可。

第四，永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)。永磁同步電機具有占用空間小，功率密度高以及較好的運行效率等優(yōu)點，得到了國內(nèi)外電動汽車開發(fā)商的廣泛關注。其缺陷也很明顯，主要包括驅(qū)動系統(tǒng)電流損耗相對較大、使用時間過長容易出現(xiàn)退磁問題以及工作噪音過大等。相比國外較成熟的永磁同步電機技術開發(fā)而言，國內(nèi)關于永磁同步電機的研究還較少。但是在國家大力扶植電動汽車的背景下，新型永磁材料的科技應用以及無傳感器技術科研領域的不斷進步，如稀土永磁同步電機。

2 電動汽車電機驅(qū)動控制系統(tǒng)技術應用

2.1 直流電機控制技術應用及其策略分析

直流電機驅(qū)動系統(tǒng)電機控制器一般采用斬波控制器進行控制和方法設計。目前，隨著現(xiàn)代交流電動機調(diào)速方法的技術革新和改進，直流電機驅(qū)動系統(tǒng)處在被淘汰的處境。由于直流電機電動汽車在轉(zhuǎn)向操作上很容易造成交通事故，并且直流電機本身對于環(huán)境具有很高的要求，高溫、潮濕、多塵等環(huán)境中使用，其安全可靠性將大大降低。

2.2 交流感應電機控制技術及其策略分析

隨著電力電子技術瓶頸的突破，以及在調(diào)速方法的改進，使得其驅(qū)動系統(tǒng)和控制策略逐漸被人們認可，但是調(diào)速控制仍然是交流感應電機控制技術的一個最主要缺陷。從目前技術應用來看，變頻調(diào)速由于系統(tǒng)簡單、技術成熟等特點，使得它成為當前交流感應電機控制方法中應用最為廣泛的方法之一。在其調(diào)速控制技術前沿研究較多的方法有VVVF（變頻變壓控制）、VC（矢量控制）以及DTC（直接轉(zhuǎn)矩控制）等。

2.3 永磁同步電機控制技術應用及其策略分析

由于矢量控制能夠讓永磁同步電機在電動汽車調(diào)速等方面有著較為出色的性能，其控制技術主要采用轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制技術，并由此產(chǎn)生了很多種控制方法。就拿電流控制來說，就包括電流指令生成、定子電流檢測以及電流的閉環(huán)控制等三種技術方法應用。比如無刷直流電機，應用較為廣泛的要屬模糊PID（比例-積分-微分）控制方法。通過系統(tǒng)特定傳遞函數(shù)的數(shù)據(jù)變化，然后通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收實現(xiàn)對控制對象的有效控制。其特點是用途較為廣泛，使用靈活。

2.4 開關磁阻電動機控制技術應用及其策略分析

開關磁組電動機由于自身不同于直流和交流電動機的工作原理和驅(qū)動構造，使得通常用于直流、交流以及永磁同步電機控制技術很難有效適用于開關磁阻電動機。由于開關磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)較為復雜難以建模的緣故，其控制策略更依賴于人工智能技術的開發(fā)程度，常用的調(diào)控策略是采用神經(jīng)網(wǎng)絡控制和模糊邏輯控制。

3 結語

本文通過對比現(xiàn)階段電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)及其控制技術開發(fā)情況，交流感應電機由于構造堅固、占用體積小、質(zhì)量輕以及效率較高等優(yōu)點得到了廣大發(fā)電動汽車開發(fā)商的認可。與此同時，隨著新型永磁材料的出現(xiàn)以及永磁無刷直流電機高效率、高功率密度等方面的優(yōu)點，將成為我國乃至其他國家扶持電動汽車行業(yè)的最優(yōu)先突破點。

參考文獻：

[1]于寅虎.新型電機控制技術用于電動汽車的機遇與挑戰(zhàn)[J].電子產(chǎn)品世界，2014，21（09）：12-13.

[2]胡明江，王忠，袁銀南，楊師斌，祁利巧.混合動力電動汽車ISAD電機控制電路研究[J].汽車工程，2008（03）：206-210.

作者簡介：陳睿（1984-），男，苗族，貴州凱里人，本科，講師，研究方向：機電一體化。