摘要：我国汽车保有量持续增多,新能源汽车也逐渐在市场上得到了推广,新能源电动汽车占据的市场越来越大。在一辆电动汽车中,其最为核心的部位就是电机驱动系统,电机驱动系统性能的好坏对整辆汽车的性能起着最为直接的影响,鉴于此种情况,本文首先针对新能源电动汽车电机驱动系统性能的具体要求展开论述,随后对关键技术展开分析说明,详细分析了系统对系统的控制及其优势,希望本文能为后人研究新能源汽车带来一定的参考价值。
关键词：新能源电动汽车,电机驱动系统,性能
1 新能源电动汽车电机驱动系统性能要求
新能源电动汽车性能的好坏很大程度上取决于电机控制系统、电源系统和电机驱动系统的好坏,电机驱动系统是为电动汽车提供动力的系统,是保证电动汽车正常运行的核心部分,一个良好的电机驱动系统需要具备以下几点要求:第一,电动汽车驱动系统的成本价和内燃机系统的价格相差无几,价格较为低廉;第二,需要具备较好的性能,有着较大的瞬时功率和较宽的恒功率并且启动转矩大,可以很快实现加速;第三,调速范围宽,低速运转时能够爬坡和启动,在恒定功率区,低转矩并且具备较高的速度,从而保证汽车在平坦道路上正常行驶,提升续航里程;第四,具备最佳的能力利用率,在一定环境中,可以达到最优的机械效率和电机效率,有效增加电动汽车对能量的利用效率,可以保障汽车在各种环境中平稳运行。
2 新能源汽车驱动电机关键技术分析
电源系统和驱动系统共同组成了新能源汽车的动力系统,所以电源系统是控制新能源汽车行驶里程和运行成本的关键部分;电动汽车的动力性能主要取决于驱动系统,一个驱动系统是由控制器、驱动电机和变速器共同组成,在驱动系统中最为关键的部件就是驱动电机。由此可以看出驱动系统是汽车核心的组成部分,因此提升新能源汽车的驱动系统的性能和电源系统的性能是新能源汽车取得有效发展的关键。
2.1 驱动电机技术
目前直流电机驱动系统和交流电机驱动系统是应用在新能源汽车中的两种电动驱动系统。直流电动机驱动系统的驱动系统采用的是直流电动机,又简称为直流驱动系统。采用直流电动机的优点较多,例如,直流电动机具备较好的机械特性、速度调节方便并且具备良好的性能,易于控制、时效性高,具备较低的成本和成熟的技术等。但是直流电机也具备一些待改进提升的问题,例如直流电机的电刷和换向器属于易损部件,受到磨损之后需要人力定期维护。交流感应电动机驱动系统的驱动系统采用的是交流感应电动机,又简称为交流驱动系统。和直流电机相比,交流电机运行效率高、较为可靠、不需要进行维护且容易冷却,一般使用期较长。
在多种电机中,永磁电机功率密度最高。永磁同步驱动系统的驱动电机是由直流无刷电动机(BLDCM)和三相永磁同步电动机(PMSM)组成,驱动系统的体积较小,重量较轻,并且具备较高的效率,不需要投入专门的人力进行维护,目前已经被应用在新能源汽车中。
开关磁阻电动机驱动系统的电机结构相比较于感应电机具备更高的效率、简单且更可靠,转子没有绕组,在需要进行频繁正反转和冲击负载等情况较为适用,驱动功率电路中使用了少量的功率开关元件,电路较为简单,且功率元件和电动机绕组相互串联,从而有效减少直通短路的发生,实现较宽的调速范围,低速大转矩和制动能量回馈等特性,所以该系统在新能源汽车中得到了很好的应用。但是该系统的缺点是产生的震动噪声较大。
2.2 驱动电机控制技术
驱动电机控制技术目前正朝着驱动控制系统宽调速范围、宽力矩变化和提升整个工况效率的方向发展。采用直流电动机作为驱动电机构成的驱动系统,其驱动器的功用电路采用斩波器控制方式,进行控制交流感应电动机的逆变器较复杂,一方面相比较于直流驱动系统,其控制所采用的大功率管的数量较多;另外一方面要想获得良好的调速性能,需要采取矢量控制的方式,在其逆变器中除了需采用性能较好的微处理器之外,所使用的软件也较为复杂。随着电子技术的快速发展,应用在交流系统中的逆变器技术也日益成熟。
永磁无刷同步电机依据空间气隙磁场的分布方式可以分为方波型永磁无刷直流电动机和正弦波型永磁无刷直流电动机两种。永磁无刷同步电机调速的基本方式就是变频调速,PWM斩波控制IGBT逆变器现在应用广泛,为了进一步加强对转矩的控制,需要增加电机调节控制,从而减缓转矩的波动。
新能源汽车开关磁阻电机驱动系统中的开关磁阻电机(SRM)的定子和转子都属于凸极结构,其拥有较为简单的控制装置,只需要在定子凸极端安装各相励磁绕组,在转子上面不需要安装绕组。但是转矩脉动大,产生的噪音较大。逆变器和电机引出线的确定需要凭借定子的凸极数来定。目前并未得到广泛的实际应用,但是伴随着科技的提升,已经逐步被应用在新能源汽车之中。
3 新能源电动汽车电机驱动控制系统
优良的驱动系统可以保障新能源电动汽车运行平稳,所以在制造新能源电动汽车的过程中需要匹配好驱动控制单元,从而保障电动汽车拥有良好的运行效果。矢量控(VC)与直接转矩控制(DTC)是较为常见的用于驱动控制的单元组合,在控制的过程中可以保证汽车运行状态平稳,有效避免出现差错。因此要记录好矢量控制和直接转矩控制的参数,将矢量控制和直接转矩控制相比较,从数据规格看,直接转矩控制要比质量控制更加平稳;从功率器件开关频率角度看,矢量控制更具优势;从系统复杂程度上分析,矢量控制和直接转矩控制效果都差强人意;矢量控制在系统低速性上表现良好,直接转矩控制表现不够平稳;矢量控制在系统启动性能上平顺有利,通过直接转矩控制车辆会造成车辆出现较大的磨损;矢量控制相较于直接转矩控制其系统转矩脉冲较小,并且矢量控制比直接转矩控制的调速范围广。综上可知,矢量控制相较于直接转矩控制,其在低速性能、调速范围和启动性能等各方面都具备较好的表现。
随着国家一些列环保政策的推行,目前对电动汽车控制器进行的专项研究和对电动汽车关键部位所涉及的安全隐患研究已经逐步朝着系统化的方向发展。但是研究的重点把握不够准确,对于电动汽车核心的驱动控制中心研究不够深入,规格与运行温度均不在规定的范围内,超出了标准限定值,系统不够智能化,驱动系统不能对故障进行自检,降低了电动汽车的安全性能。
4 新能源电动汽车控制系统的优势
新能源电动汽车的能量主要来自电机。新能源电动汽车电机控制系统性能优良,可以为电动汽车提供一个更好的运行状态。在复杂路况和恶劣天气下,需要车辆具备较高的性能。车辆行驶的过程中,驾驶员为了改变车辆的运行状态,对车辆进行人工操作,由车辆的整车控制器接收驾驶员的控制信号,例如加速油门、刹车等,随后启动车辆控制系统,电机控制器接收到指令之后,把运行信息发送给驱动电机,通过改变电源的电压、电流、频率等来实现对驱动电机的转向和转速的控制。在汽车的行驶过程中,电机的正转可以保持车辆前进的方向,电机反转是准备倒车,车辆减速时需要把驱动电机的副扭矩产生的电流进行整合分流处理,给动力电池组进行充电,随后把接收的电机转速信息反馈给车辆仪表,保证实时对电机运行状态进行检测,为了提高控制的精度,需要把电机各项数据进行整合分析,并不断进行调节。因此,作为电动汽车核心部件的电机控制系统,需要满足以下三方面的优势:第一,电机控制系统可以满足频繁的启停,在较为恶劣的天气和复杂的环境下,电动汽车在人为的起停操作下仍可以保持稳定的运行状态。第二,升级电动车辆各项指标与控制,为了将电车能量的价值最大化地发挥出来,需要强化电池的耐用度,并且使得各部件具备良好的兼容性。第三,在经过长期复杂且频繁地操作之后,电机仍然具备较强的灵敏度,另外当外部环境的温度差在30～130℃范围内,电机仍然可以有效地运行。
一辆新能源电动汽车的核心部件就是电机和控制系统,电机和控制系统都属于电子元器件,有着极其先进且复杂的技术。电机和控制系统性能的好坏直接关系到电动汽车的安全性能的高低。现在的电动汽车已经能够满足人们日常生活中的基本需求,目前在新能源汽车的行驶里程和能源方面的研究仍有部分技术难题亟待解决,但是随着人类科技发展到一定的水平,在不远的将来这些技术难题都会得到解决。在地球的环境被污染和地球能源日益减少的情况下,国内和国外在新能源汽车研发和制造水平在同一个等级上,但是在国内有能源方面的优势和政策方面的扶持与鼓励,制造新能源电动汽车的电池和电机所用的资源在我国较为丰富,另外国家正在大力扶持新能源电动汽车,一部分产业在积极地进行产业研发升级,不断完善驱动芯片、电机控制芯片和电机控制系统的标准化,在业内人士的潜心研究下,相信我国的新能源电动汽车必将取得飞速的发展。
参考文献
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