純電動汽車電池散熱風扇控制系統方案探討

張小興

摘要：純電動汽車由于環境污染小、用車成本低以及舒適性高等優點受到越來越多人們的喜愛，純電動汽車也逐漸成為了未來的汽車發展趨勢，電池是純電動汽車中非常重要的一部分，電池在使用過程中會產生大量熱量，必須要精確控制電池散熱風扇工作狀況，選取三相永磁同步電機作為散熱風扇驅動裝置，利用矢量變換的方式來實現電機的解耦以及線性化，創立加強的龍貝格狀態查看器，實時獲取同步電機轉子的轉動速度以及方位，從而完成速度環的閉環管控。

關鍵詞：純電動汽車;電池;散熱風扇;控制

0? 引言

隨著現代社會經濟的快速發展，人們的生活水平和生活追求也越來越高，汽車作為便利的交通工具走進了千家萬戶，使得我國汽車保有量迅速增長，汽車行業的發展一方面促進了我國社會經濟的進一步發展，另一方面也極大的改善了人們的出行方式和生活質量。然而，汽車的大量使用，不僅會消耗掉大量的不可再生資源，同時也會對環境產生較大的污染，不利于人們的長久、健康發展。為此，我國在20世紀末期就開始了出臺了許多關于發展新能源汽車的獎勵扶持政策，同時加強對新能源汽車三大核心部件的研發力度，分別是多能源動力控制體系、驅動電機以及電池[1]，純電動汽車屬于新能源汽車中的一種，在國家推動新能源汽車發展中占據非常重要的地位。為了確保純電動汽車能夠獲得更好的發展，必須要解決電池散熱問題，本文重點探討了電池散熱風扇控制系統方案，希望能夠為電池散熱帶來優化的空間。

1? 實驗樣機概述

本研究中的電池散熱風扇類型選用離心式風機，是基于外傳子式的三相永磁同步電機為驅動電機。該驅動電機運行效率高、實現功率大、安裝方便、運行穩定性好以及維修方便等優勢[2]。電機運行控制系統選用磁場定向控制方式，采用延伸龍貝格狀態獲取驅動電機運行中轉子的實際速率以及方位，不需要再增加額外的位置傳感器，不僅避免了位置傳感器對整體控制系統產生的影響，也降低了設備制造成本，增加了電池散熱風扇控制系統的穩定性與可靠性，確保其在純電動汽車運行中能夠持續、高效運行，為電動汽車的安全運行提供堅實保障[3]。

2? 永磁同步電機控制原理

2.1 PSMS控制方法

三相永磁同步電機也叫做永磁無刷交流電機，具有非常廣泛的用途，該類型同步電機在受到反向感應時，其電動勢表現為正弦波形，能夠很好的降低扭矩傳遞產生的振動。從永磁同步控制電機的安裝方式上進行劃分，PMSM定轉子結構可以劃分為面裝式、內嵌式以及埋藏式三種[4]。

采用面裝式的永磁同步電機，能夠擁有自身獨特的同性構造，交軸以及直軸兩側的電感數值是相同的，即Ld=Lq。一般狀況下，該電機的各個機械部件之間可以預留較大的氣隙，因而不具備強大的弱磁能力。內嵌式的永磁同步電機同性構造中，Ld

2.2 帶位置傳感器控制

位置傳感器的主要職能是收集電機轉動過程中轉子的具體方位以及實際轉速，現階段市面上比較常用的位置傳感器類型有霍爾傳感器、正交編碼盤以及選擇變壓器三種。

霍爾傳感器檢測類型是目前最常用的電機轉動參數檢測方式，檢測方式比較簡單，檢測需要承擔的費用也比較低，利用感知電機轉子極性釋放相應的邏輯輸出指令，輸出的電平數值要和當前的轉子磁場極性相匹配，將霍爾傳感器應用到三相永磁同步電機工作中時，通常情況下安裝三個霍爾傳感器，安裝的角度主要為60°以及120°兩種情況，在使用60°方式安裝霍爾傳感器時，主要是安裝在電機的某一側，相互之間成60°角的圓周上，而采用120°方式進行安裝時，主要將三個傳感器均布在電機圓周上。

由于霍爾傳感器在安裝中需要辨別相序，所以在進行安裝準備階段，需要對每一個傳感器的相序進行判定，在開展初步安裝工作時，當基礎位置放置在A相反感應電動勢峰值位置時，這種情況下就需要將正方向上的A相反感應電動勢峰值與初始相位位移偏差進行比較，在第一次運行時，在開機狀態下查看各個霍爾傳感器的狀態，并由此確定轉子的原始位置，于此同時融合相對位置數值，最終得到轉子的絕對原始位置。三相永磁同步電機轉子的選擇方向主要取決于圓周上布置的傳感器以及上一次脈沖狀態，轉子的選擇速度通常由相關霍爾元件以及傳輸信號的間隔時間等方面得到的，轉子在任意時間的具體方位需要對轉子的速度參數進行積分處理，在此基礎上結合轉子的絕對初始位置，從而能夠得到轉子的實施方位參數。在進行脈沖數量統計工作時，必須要考慮到任意時間段電機選擇速度上的差異性，為了實現更加精確的統計結果，就需要在任意時間修正測量定時器的預分頻率，當出現檢測計數數值偏小時，這種情況下就要提高分頻數值，換言之就是增加計時器的計數時間間隔，當出現檢測計數數值偏大時，這種情況下就要降低分頻數值，也就是減少計時器的計數時間間隔。霍爾傳感器在三相永磁同步電機上具有重要的作用，一方面可以精準的獲取電子轉動的速度，另一方面也可以迅速的得到任意時刻轉子的絕對運動方位，能夠很好的避免永磁同步電機啟動過程中出現的不穩定因素，此外，正因為可以對轉子位置進行同步操作，所以在運行中不會產生積累誤差，然而檢測精度相對較差。

3? 系統控制方案

在進行系統控制方案制定時，必須要保證其具有非常好的穩定性、較低的制造成本、較好的安裝便利性、優異的EMC品質以及良好的抗EMI品質，所以，必須要采取有效的措施抑制散熱風扇的噪聲以及振動，驅動裝置需要使用轉矩脈動比較小且比較安靜的元器件，基于這樣的基礎要求，選取頻率相對較大的逆變器開關，散熱風扇驅動裝置選取三相永磁同步電機，利用矢量變換的方式來實現電機的解耦以及線性化，創立加強的龍貝格狀態查看器，實時獲取同步電機轉子的轉動速度以及方位，從而完成速度環的閉環管控[6-7]。

在系統控制方案中，Vd以及Vq兩個數值是相互獨立的，有各自的PI調節器調整得到的，這種情況下，由于缺乏對兩個數值的有效管控，在特殊情況下會出現控制輸出幅值超過臨界點，也就是比現有的調制比能夠承受的最大電壓還要大，如公式（1）所示，所以在開展逆PARK變換之前必須要采取電壓限環操作[8]。

當公式1中不等式成立時，則可以得出各自的PI調節器調整得到的Vd以及Vq值已經溢出，這種情況下就需要參照設定的調制頻率可以實現的臨界制比來開展電壓限環調節，如公式（2）所示。

4? 結語

綜上所述，永磁同步電機具有運行效率高、實現功率大、安裝方便、運行穩定性好以及維修方便等優勢，并且可以分為面裝式、內嵌式以及埋藏式三種類型。在進行純電動汽車電池散熱風扇系統設計時，要保證其具有非常好的穩定性、較低的制造成本、較好的安裝便利性、優異的EMC品質以及良好的抗EMI品質。本文中設計的電池散熱系統控制方案能夠為純電動汽車電池散熱問題帶來更好的解決方案，具有很好的應用價值。

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