純電動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制原理探究

摘 要：近年來(lái)純電動(dòng)汽車(chē)快速涌入人們的生活，也被大家逐漸接受，然而車(chē)輛的續(xù)駛里程短是用戶面臨的主要問(wèn)題，純電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力輸出直接影響到汽車(chē)的動(dòng)力性能，其耗能直接影響到汽車(chē)的續(xù)駛里程。本文研究了純電動(dòng)汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制策略，對(duì)車(chē)輛續(xù)航里程的影響因素及電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障檢修提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē);純電動(dòng)汽車(chē);電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);控制策略

1 引言

雖然2018年的中國(guó)車(chē)市在連續(xù)增長(zhǎng)28年后迎來(lái)首次同比下滑，但是在新能源汽車(chē)領(lǐng)域卻繼續(xù)保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭，根據(jù)中汽協(xié)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示1-12月新能源汽車(chē)全年產(chǎn)銷分別達(dá)到了127萬(wàn)輛和125.6萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)分別為59.9%和61.7%。新能源汽車(chē)中占比最大的純電動(dòng)車(chē)（轎車(chē)、SUV、MPV）2018年1-12月累計(jì)銷量746947臺(tái)，比2017年同比增長(zhǎng)64.6%。從以上數(shù)據(jù)分析可知新能源汽車(chē)發(fā)展空間巨大，純電動(dòng)汽車(chē)仍然處于絕對(duì)主導(dǎo)的地位。[1]

然而，純電動(dòng)汽車(chē)作為機(jī)械、電子、能源、汽車(chē)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)等多種高新技術(shù)集成的典型產(chǎn)品，正在向著智能化、數(shù)字化、輕量化和共享化方向發(fā)展，近年來(lái)純電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研究取得了很大的進(jìn)展，然而還存在一些難題亟需解決：

（1）一次充滿電后續(xù)航里程短;

（2）交流充電時(shí)間長(zhǎng)，一般充滿電需要6-8小時(shí);

（3）動(dòng)力性不夠理想;

（4）電池的循環(huán)壽命較短，更換頻繁且價(jià)格較高。

由此可見(jiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是提高汽車(chē)動(dòng)力性能和續(xù)航里程的可靠保證。

2 純電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是純電動(dòng)汽車(chē)的3大核心部件之一，是車(chē)輛行駛的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特性決定了車(chē)輛的主要性能指標(biāo)，直接影響車(chē)輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性。驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器及冷卻系統(tǒng)3大部分組成。其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示：

2.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)

目前適合作為純電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)種類較多，如直流電機(jī)、永磁同步電機(jī)、三相異步電機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)等，現(xiàn)在電動(dòng)汽車(chē)上90%左右使用的是永磁同步電機(jī)，該類型電機(jī)具備效率高、體積小、重量輕及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

永磁同步電機(jī)基本組成除了定子、轉(zhuǎn)子（永磁）、前后端蓋等元件以外，還使用了溫度傳感器來(lái)檢測(cè)電機(jī)繞組的溫度，使用了旋轉(zhuǎn)變壓器來(lái)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置及轉(zhuǎn)速，以便對(duì)電機(jī)的工況進(jìn)行更好的控制。

2.2 電機(jī)控制器

電機(jī)控制器的主要作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制。工作過(guò)程是將動(dòng)力電池提供的直流電經(jīng)逆變器逆變成電機(jī)需要的三相交流電，并通過(guò)控制動(dòng)力電機(jī)三相輸入電流的頻率、電壓，配合電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器與溫度傳感器的反饋值，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，最終實(shí)現(xiàn)整車(chē)的前進(jìn)、倒退以及能量的回收，電機(jī)控制器電路原理如圖2所示。

2.3冷卻系統(tǒng)

純電動(dòng)汽車(chē)?yán)鋮s的功用是為車(chē)載充電機(jī)、電機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行散熱，保證其在最適宜的溫度下工作。冷卻系統(tǒng)主要由水泵、散熱器、膨脹水箱、風(fēng)扇、管路、控制單元和溫度傳感器等組成。冷卻液的流動(dòng)方向是溫度較高的冷卻水經(jīng)散熱器冷卻后進(jìn)入到車(chē)載充電機(jī)，再進(jìn)入電機(jī)控制器最最后經(jīng)電機(jī)進(jìn)入到散熱器進(jìn)行冷卻。如圖1所示。

3 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制策略

3.1 電機(jī)控制器的控制策略

（1）驅(qū)動(dòng)。逆變器把動(dòng)力電池提供的直流電逆變?yōu)殡妷侯l率可調(diào)的三相交流電，供電動(dòng)機(jī)使用，驅(qū)動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行。

（2）運(yùn)行速度控制：根據(jù)駕駛員對(duì)車(chē)輛的操控輸入（如加速踏板），并向車(chē)載充電機(jī)發(fā)送相應(yīng)的指令，電機(jī)控制器控制模塊采用PWM控制改變逆變器輸出的三相交流電的電壓和頻率就可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而對(duì)汽車(chē)進(jìn)行調(diào)速。

（3）運(yùn)行方向控制：通過(guò)改變逆變器中IGBT的導(dǎo)通順序就可以改變輸出三相交流電的相序，即改變了三相異步電動(dòng)機(jī)定子三相繞組所接交流電的相序，三相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，從而改變汽車(chē)的運(yùn)行方向。

3.2 冷卻系統(tǒng)的控制策略

（1）當(dāng)控制器監(jiān)測(cè)到驅(qū)動(dòng)電機(jī)溫度大于等于45 ℃，小于50℃時(shí)，冷

卻風(fēng)扇低速檔啟動(dòng);當(dāng)溫度大于等于50℃時(shí)，冷卻風(fēng)扇高速啟動(dòng);當(dāng)溫度降至

40℃時(shí)，冷卻風(fēng)扇停止工作;當(dāng)溫度大于120℃小于等于140℃時(shí)，車(chē)輛降功率、

運(yùn)行;當(dāng)溫度大于140℃時(shí)，停機(jī)。

（2）當(dāng)控制器監(jiān)測(cè)到電機(jī)控制器散熱基板溫度大于等于75℃時(shí)，冷卻風(fēng)扇低速啟動(dòng)。當(dāng)溫度高于80℃時(shí)，冷卻風(fēng)扇高速啟動(dòng);溫度降至75℃時(shí)，冷卻風(fēng)扇停止工作。當(dāng)溫度在75℃與85℃之間時(shí)，車(chē)輛降功率運(yùn)行;當(dāng)溫度高于85℃時(shí)，車(chē)輛進(jìn)行超溫保護(hù)，即停機(jī)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文闡述了純電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制原理，可方便電動(dòng)車(chē)用戶了解純電動(dòng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成及工作過(guò)程，以便更好的使用車(chē)輛;也便于維修服務(wù)人員對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)故障進(jìn)行判斷分析參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王麗琴，孔博.淺談純電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)[J].山東工業(yè)技術(shù).2019

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[3] 羅龍飛，袁守華.電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)應(yīng)用概述[J]. 汽車(chē)使用技術(shù)，2014（04）

[4] 樂(lè)智.純電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D]河北工業(yè)大學(xué)，2010

作者簡(jiǎn)介：

周偉偉，女，中級(jí)工程師、講師，1984年12月出生、碩士學(xué)位，單位：淄博職業(yè)學(xué)院汽車(chē)工程系，單位所在地：山東淄博