試論新能源汽車與電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)

王銅鋼 趙旭輝

摘要：新能源汽車是目前比較常見的汽車種類之一。目前新能源汽車得到了快速的發(fā)展，使用的一般是動(dòng)力電池，天然氣，汽電混合或油電混合等清潔能源，很大程度上降低了尾氣排放。大量的使用清潔能源不僅可以減少汽車尾氣排放的污染物，還可以減少對(duì)不可再生能源的使用，做到了真正的環(huán)保。目前新能源汽車的發(fā)展還不斷完善中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制技術(shù)在新能源汽車占有極其重要的地位，本文就是討論新能源汽車與電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;動(dòng)力電池;汽油;電機(jī)驅(qū)動(dòng);控制技術(shù)

第二次工業(yè)革命改變了人們的生活，推動(dòng)力國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。現(xiàn)今，電動(dòng)行業(yè)發(fā)展越發(fā)壯大，并且在經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中起著不可磨滅的作用。然而。隨著這個(gè)行業(yè)的快速發(fā)展，消耗的能量以及不清潔能源的產(chǎn)生已經(jīng)嚴(yán)重對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了威脅。那么將來社會(huì)的能源短缺、環(huán)境污染和溫室效應(yīng)等問題也會(huì)逐漸加重。由于這些種種因素的影響，人們已經(jīng)開始探索更節(jié)能、更環(huán)保的動(dòng)力來源的新型電車。區(qū)別于傳統(tǒng)的電車，新能源電動(dòng)車采用非常規(guī)的車用燃料來作為動(dòng)力來源，如電能等。在國務(wù)院制定的節(jié)能與新能源電動(dòng)車發(fā)展規(guī)劃中，提到要以純電驅(qū)動(dòng)為新能源電機(jī)驅(qū)動(dòng)。新能源電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)是一個(gè)典型的資源密集型以及技術(shù)密集型的產(chǎn)業(yè)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是系能源電動(dòng)車的核心之一。高密度、高效能、可靠性強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)已經(jīng)成為新能源電動(dòng)車的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)因?yàn)槭钦嚨膭?dòng)力輸出單元，也被稱為電動(dòng)車的“心臟”，它的重要性是不可質(zhì)疑的。

1電動(dòng)車發(fā)展概述

電動(dòng)車使用電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)，以化學(xué)電池、燃料電池。超級(jí)電容和調(diào)速器作為它的能量源。純電動(dòng)機(jī)在很多方面都是優(yōu)于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車。零排放、高的運(yùn)行效率。傳統(tǒng)的電動(dòng)車主要是從內(nèi)燃機(jī)車改裝過來的。雖然只需要把內(nèi)燃機(jī)和郵箱換成電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電池組。但是這樣得到的產(chǎn)品卻有很多的缺點(diǎn)。車身重、運(yùn)行的靈活性很差，爬坡能力也不行。但是由于半導(dǎo)體技術(shù)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電動(dòng)車行業(yè)再次的活躍在人們的視野中。現(xiàn)代的電動(dòng)車基于原有的車型和構(gòu)架設(shè)計(jì)，更好的滿足了人們的需求。現(xiàn)代的電動(dòng)車系統(tǒng)主要由能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和輔助設(shè)施。其中的電機(jī)控制單元、功率變換單元、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)組件和輪胎構(gòu)成了電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。新能源電動(dòng)車行業(yè)是一個(gè)發(fā)展?jié)摿O大的領(lǐng)域，各個(gè)企業(yè)基本走在差不多的起跑線上，不像傳統(tǒng)的燃油機(jī)車。從中國的國內(nèi)的新能源發(fā)展的趨勢(shì)來看，各個(gè)車企已經(jīng)在爭(zhēng)先恐后的前進(jìn)。國外的車企也看好中國的新能源發(fā)展，很多都在中國市場(chǎng)進(jìn)行投資。電動(dòng)車從最早的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的多樣化，最先開始的直流電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)。然后發(fā)展到了現(xiàn)在的永磁電機(jī)等。雖說直流電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)仍然存在市場(chǎng)上，但是在電動(dòng)車這個(gè)行業(yè)對(duì)它們的應(yīng)用是相對(duì)比較少的。就目前的形勢(shì)來看，永磁電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)等是應(yīng)用的比較多的。而且由于永磁電機(jī)的高性能的永磁材料，更多的被電車行業(yè)所采用。

2電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)類型

在新能源電動(dòng)車中，電機(jī)往往被安裝在比較小的空間里。與傳統(tǒng)的電車驅(qū)動(dòng)相比較起來，工作環(huán)境相對(duì)惡劣，灰塵多、腐蝕嚴(yán)重。固此，新能源電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)該有這些要求：體積小、重量輕。有低速大扭矩和寬范圍內(nèi)高速功率的特性。可靠性高。電機(jī)需要寬調(diào)速、可控性高、價(jià)格合適、安裝空間小等特點(diǎn)。系能源電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展離不開電機(jī)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)以及電力電子元器件技術(shù)等。到如今的三大電機(jī)系統(tǒng)：

永磁同步電機(jī)系統(tǒng)：永磁同步電機(jī)及其控制器組成了永磁同步電機(jī)系統(tǒng)。永磁電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用了高磁能積和稀土燒結(jié)鐵硼等的永磁材料。稀土燒結(jié)鐵硼充磁以后不再需要增加能量也能建立很強(qiáng)的永久磁場(chǎng)。可以用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)電機(jī)的電勵(lì)磁場(chǎng)。并且效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠等的優(yōu)點(diǎn)。永磁同步電機(jī)控制器通過其中的電力電子器件將電動(dòng)車的直流電逆變?yōu)榻涣麟姡疫€進(jìn)行電流大小、波形以及相位的控制。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，使電機(jī)能夠按照它的指令運(yùn)轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)向不改變的條件下，只要改變控制器的導(dǎo)通順序，電機(jī)就能就能夠在電動(dòng)狀態(tài)和發(fā)電狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。由電動(dòng)變發(fā)電的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生反向的一個(gè)轉(zhuǎn)矩，能夠起到一個(gè)制動(dòng)的效果。永磁同步電機(jī)系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)的電刷、滑環(huán)。所以也稱作永磁無刷電機(jī)。另外其也有方波和正弦波的區(qū)分，這種區(qū)分方式是通過電流方式區(qū)別的。永磁同步電機(jī)是當(dāng)前新能源電動(dòng)車最普遍采用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)之一。并且永磁機(jī)是它的未來的發(fā)展的一個(gè)方向。永磁同步電機(jī)的高功率密度、高效率的特點(diǎn)是優(yōu)點(diǎn)之一。“同步電機(jī)”言外之意是電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相同的交流電機(jī)。目前，永磁同步電機(jī)-磁阻電機(jī)是一種將永磁電機(jī)和磁阻電機(jī)結(jié)合起來的新型的電機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)。它不但繼承了永磁電機(jī)的高轉(zhuǎn)矩密度，也繼承了磁阻電機(jī)的寬泛的恒功率調(diào)速。所以它具有弱磁容易，調(diào)速范圍寬，效率和力矩都是比較高。國內(nèi)的大多數(shù)的新能源汽車廠都在往這個(gè)方向在發(fā)展。

三相異步電機(jī)系統(tǒng)：三相異步電機(jī)系統(tǒng)里邊包含了三相異步電機(jī)、控制器。控制器通過電力電子器件把直流變成交流，再輸入電機(jī)。三相定子繞組會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子和磁場(chǎng)相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并且產(chǎn)生電流。電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、成本低、運(yùn)行也很可靠。現(xiàn)在的三相異步電機(jī)技術(shù)已經(jīng)是比較成熟的了，也是被最早用于電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

開關(guān)磁阻電機(jī)：開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括了開關(guān)磁阻電機(jī)、功率變換器、控制器、以及轉(zhuǎn)子位置傳感器。這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)是電機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊牢固，并且適合高速運(yùn)行。驅(qū)動(dòng)電路也是相對(duì)簡(jiǎn)單、成本低、性能也是比較可靠的。但是雖然它的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大、噪聲也大。噪聲大的特點(diǎn)使得它在乘用車這類非常重視舒適度的車輛上基本無法使用。

3新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)

目前，新能源汽車的使用逐漸增多，越來越受到人們的青睞，因?yàn)樵谌粘Ｉ钪惺褂玫男履茉雌嚲哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，例如排放的污染物少、使用時(shí)間長(zhǎng)等。但是，由于受到各種因素的干擾，現(xiàn)在的新能源汽車制造技術(shù)還沒有完善，不能完全實(shí)現(xiàn)使用新能源，大多數(shù)的新能源汽車使用的是汽電混合和油電混合。而在新能源汽車的研究中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)有著舉足輕重的作用，將電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)有效的運(yùn)用到新能源汽車中，使新能源汽車的發(fā)展更進(jìn)一步。

3.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制

目前，全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，新能源汽車的研究和使用是全球發(fā)展的主要方面之一。客觀上看，新能源汽車的發(fā)展效果較好，不僅減少了對(duì)大氣的污染，而且在很大程度上減少了對(duì)不可再生能源的使用。在新能源汽車的研究中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)要想最大程度的發(fā)揮作用，必須使用合適的動(dòng)力系統(tǒng)，要保證動(dòng)力系統(tǒng)的質(zhì)量和性能，選擇最適合的動(dòng)力系統(tǒng)。如何選擇動(dòng)力系統(tǒng)是非常重要的問題，以下是電動(dòng)機(jī)的選擇依據(jù)：

（1）要選擇性能較好、質(zhì)量較輕、外形較小的電動(dòng)機(jī)。目前，各種裝置都趨向于精巧，同樣地，電動(dòng)機(jī)也應(yīng)該朝著這個(gè)方向邁進(jìn)。電動(dòng)機(jī)在新能源汽車的組成中占有非常重要的地位，應(yīng)該具有性能好的特點(diǎn)以滿足新能源汽車發(fā)展需要，并且自身的質(zhì)量要盡量輕巧，外形也應(yīng)該盡量縮小，以確保其他裝置有足夠安放的地方。

（2）要保證電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速范圍較大的情況下?lián)碛休^高的工作效率。

3.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器分析

在研究和使用新能源汽車的過程中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器是非常重要的，起著關(guān)鍵性的作用。目前，新能源汽車?yán)玫闹饕怯来磐诫妱?dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，來控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的運(yùn)行，具有花費(fèi)成本低、運(yùn)行較安全的優(yōu)點(diǎn)，在新能源汽車中得到一定程度的應(yīng)用。

4總結(jié)

隨著城市的不斷發(fā)展，環(huán)境的污染也愈發(fā)的嚴(yán)重。城市空氣的污染物CO、SO2、NO2、PM值等有三分之一是來自尾氣的排放。內(nèi)燃機(jī)經(jīng)歷了長(zhǎng)期的改良以及優(yōu)化、在尾氣排放方面的已經(jīng)很難再有突破了。時(shí)新能源電車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由于零排放，純電動(dòng)的優(yōu)勢(shì)引起了人們的注意。永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)因?yàn)槠渲饾u成熟的技術(shù)發(fā)展，成為了電車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的首選。在未來的電車發(fā)展行業(yè)中，相信對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究會(huì)取得更多的進(jìn)展。新能源技術(shù)的探究和不斷進(jìn)步也會(huì)讓生態(tài)環(huán)境更加的美好。

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