新能源汽車電機驅動控制系統的研究

張雪

摘 要：電機驅動控制系統是新能源汽車的核心，直接影響車輛的加速時間、最高車速以及爬坡能力等。當前，國內外市場電機結構多種多樣，性能也有所不同。本文主要分析了新能源汽車電動機性能應具備的條件，進一步探討了新能源汽車電機驅動控制系統的研究設計。

關鍵詞：新能源汽車；電機驅動控制系統；研究

隨著人們生活水平的提升，汽車行業也得以迅速發展，但是隨之而來的還有環境污染以及資源緊張問題，因此有必要對傳統汽車進行改進，以降低污染程度，推動汽車行業的長遠發展。在此環境背景下，新能源環保汽車研發而來，而電機驅動控制技術是汽車的關鍵，具有廢氣排放少、可回收能量多等優勢，改善了能源結構，應用前景良好[1]。

1 新能源汽車電機的性能應具備的條件

新能源汽車所用電動機除保證汽車行駛外，還應保證汽車有良好的適應性、舒適性以及充電后應達到一定里程，因此其技術規范比普通電動機要求更高。具體應達到以下幾點要求。

1.1 重量輕、體積小

電動機應在達到機械強度的基礎上，盡量使用輕質監護外殼，比如鋁合金。在降低質量的同時，最大程度減輕電機控制器的重量，并盡可能集中一處，節省所占用的車空間。

1.2 高效性

充滿電之后，在整個行駛過程中，特別是在行駛地段復雜、路況變換頻繁以及低負荷運行中應保證其工作效率的高效性，使有限的車載電能得到充分利用。

1.3 高可靠性

可靠性是電動機的必備的基礎條件，不管是在何種情況下都應保證電動機安全可靠，由此保證行車過程中的安全性和良好的行駛性能。

1.4 高電壓

在規定范圍之內，盡量使用高電壓，使高壓部分的工作電流得以降低，合理設計控制器以及電動機等設備的大小，以便實現車整體成本的降低，使整車布設更加優化。

1.5 低速大轉矩與寬范圍的恒功率

轉矩是電機自身應具備的基本特性，即便不具備變速器，電機可自行調節速度，從而獲取相應的啟動、減速、加速以及行駛等所需的功率和轉矩，以此降低行車者的操作強度，同時保證行車舒適性，使其控制響應的效果與內燃機汽車相同。

2 新能源汽車電機驅動控制系統的研究設計

各類新能源汽車驅動系統內，使用最為普遍的一種是永磁同步電機驅動系統，同時也是未來新能源汽車驅動系統的一大發展方向，其特點主要在于以下幾方面：第一，不但有較大的功率密度，且有較高的應用效率；第二，有較寬的調速范圍，轉子不需要勵磁，可在轉速較低的情況下同步運轉；第三，有較好的機械特性；第四，有較好的瞬態性能和極快的響應速度，同時轉動慣量不高；第五，分類多。

2.1 永磁同步電機分類

永磁電動機驅動系統主要有永磁同步電機（PMSM）系統與無刷直流電動機（BLDCM）系統。前者的特點為轉矩密度高、噪聲低、控制精度高、轉矩平穩性好，良好的永磁磁路結構設計有利于提高弱磁性能，電動機的調速范圍也得到同步提高，因此在電動車驅動方面應用價值較高，受到汽車行業的廣泛重視。

2.2 驅動電路和保護電路的設計

高速低能耗IGBT以及優化的柵極驅動電路是構成逆變環節的主要部分，由驅動電路構成的IPM智能功率模塊能夠使直流母線電壓變成特定的交流電，進一步為永磁同步電機注入動力。診斷與驅動IPM模塊主要是通過IGBT過熱保護以及外圍集成短路保護等相關功能達到縮小系統開發體積和時間的目標。相較于普通IGBT模塊來說，不管是從系統各性能方面還是可靠度方面其都有所提高。IPM能夠有效檢測出IGBT的電流，若系統存在嚴重過載或短路過流等問題，將會軟關斷IGBT，并有故障信息出現。

2.3 PCB設計

四層板設計模式是采樣電路板的常用設計方式，四層板的構成部分主要包括兩個信號層、一個電源層以及一個地層，也就是在雙層板之間夾了兩層銅模，這兩個銅模分別對系統的地與電源完成相應布設。在實際進行布局時，需將同一電源的相關電路與器件放到一處，以便地層與電源層順利劃分。一些電阻和電容能夠達到頂層與底層相對應，有利于過孔連接于布板空間的節省。同時也有利于高壓與低壓部分更好的隔離。但是應注意合理控制隔離間距，保持大于等于器件本體距離，并按照相應的標準規定布設不同電源之間的距離。在進行布局走線工作時，注意控制模擬電路采樣信號線長度，尤其是行PWM信號走線時，應確保各條線路的一致性。

2.4 故障保護中斷程序

故障保護中斷程序是在IPM逆變器進行欠壓保護、過流保護和短路保護工作中進行每一個保護動作時，DSP能夠迅速接收到故障信號，將PWM的脈沖輸出及時斷開，進而使系統中的所有操作停止。故障中斷流程順序為：進入中斷-現場保護-阻止所有中斷-制止PWM輸出-設定故障標志-現場恢復-返回。

3 結束語

新能源汽車是解決汽車尾氣污染的重要途徑，對緩解自然環境壓力有重要意義。要想使新能源汽車廣泛應用，保證其良好的驅動系統是關鍵。相較來說，永磁同步電機的功率密度以及穩定性都更符合要求，因此新能源汽車在日后的發展中，其將會成為重要發展趨勢之一。

參考文獻：

[1]汪守霞，汪張林.基于專利信息的新能源汽車及驅動電機發展現狀分析[J].中國科技論壇，2016（4）：63-69.