新能源汽车电机驱动控制系统的研究

张雪

摘 要：电机驱动控制系统是新能源汽车的核心，直接影响车辆的加速时间、最高车速以及爬坡能力等。当前，国内外市场电机结构多种多样，性能也有所不同。本文主要分析了新能源汽车电动机性能应具备的条件，进一步探讨了新能源汽车电机驱动控制系统的研究设计。

关键词：新能源汽车；电机驱动控制系统；研究

随着人们生活水平的提升，汽车行业也得以迅速发展，但是随之而来的还有环境污染以及资源紧张问题，因此有必要对传统汽车进行改进，以降低污染程度，推动汽车行业的长远发展。在此环境背景下，新能源环保汽车研发而来，而电机驱动控制技术是汽车的关键，具有废气排放少、可回收能量多等优势，改善了能源结构，应用前景良好[1]。

1 新能源汽车电机的性能应具备的条件

新能源汽车所用电动机除保证汽车行驶外，还应保证汽车有良好的适应性、舒适性以及充电后应达到一定里程，因此其技术规范比普通电动机要求更高。具体应达到以下几点要求。

1.1 重量轻、体积小

电动机应在达到机械强度的基础上，尽量使用轻质监护外壳，比如铝合金。在降低质量的同时，最大程度减轻电机控制器的重量，并尽可能集中一处，节省所占用的车空间。

1.2 高效性

充满电之后，在整个行驶过程中，特别是在行驶地段复杂、路况变换频繁以及低负荷运行中应保证其工作效率的高效性，使有限的车载电能得到充分利用。

1.3 高可靠性

可靠性是电动机的必备的基础条件，不管是在何种情况下都应保证电动机安全可靠，由此保证行车过程中的安全性和良好的行驶性能。

1.4 高电压

在规定范围之内，尽量使用高电压，使高压部分的工作电流得以降低，合理设计控制器以及电动机等设备的大小，以便实现车整体成本的降低，使整车布设更加优化。

1.5 低速大转矩与宽范围的恒功率

转矩是电机自身应具备的基本特性，即便不具备变速器，电机可自行调节速度，从而获取相应的启动、减速、加速以及行驶等所需的功率和转矩，以此降低行车者的操作强度，同时保证行车舒适性，使其控制响应的效果与内燃机汽车相同。

2 新能源汽车电机驱动控制系统的研究设计

各类新能源汽车驱动系统内，使用最为普遍的一种是永磁同步电机驱动系统，同时也是未来新能源汽车驱动系统的一大发展方向，其特点主要在于以下几方面：第一，不但有较大的功率密度，且有较高的应用效率；第二，有较宽的调速范围，转子不需要励磁，可在转速较低的情况下同步运转；第三，有较好的机械特性；第四，有较好的瞬态性能和极快的响应速度，同时转动惯量不高；第五，分类多。

2.1 永磁同步电机分类

永磁电动机驱动系统主要有永磁同步电机（PMSM）系统与无刷直流电动机（BLDCM）系统。前者的特点为转矩密度高、噪声低、控制精度高、转矩平稳性好，良好的永磁磁路结构设计有利于提高弱磁性能，电动机的调速范围也得到同步提高，因此在电动车驱动方面应用价值较高，受到汽车行业的广泛重视。

2.2 驱动电路和保护电路的设计

高速低能耗IGBT以及优化的栅极驱动电路是构成逆变环节的主要部分，由驱动电路构成的IPM智能功率模块能够使直流母线电压变成特定的交流电，进一步为永磁同步电机注入动力。诊断与驱动IPM模块主要是通过IGBT过热保护以及外围集成短路保护等相关功能达到缩小系统开发体积和时间的目标。相较于普通IGBT模块来说，不管是从系统各性能方面还是可靠度方面其都有所提高。IPM能够有效检测出IGBT的电流，若系统存在严重过载或短路过流等问题，将会软关断IGBT，并有故障信息出现。

2.3 PCB设计

四层板设计模式是采样电路板的常用设计方式，四层板的构成部分主要包括两个信号层、一个电源层以及一个地层，也就是在双层板之间夹了两层铜模，这两个铜模分别对系统的地与电源完成相应布设。在实际进行布局时，需将同一电源的相关电路与器件放到一处，以便地层与电源层顺利划分。一些电阻和电容能够达到顶层与底层相对应，有利于過孔连接于布板空间的节省。同时也有利于高压与低压部分更好的隔离。但是应注意合理控制隔离间距，保持大于等于器件本体距离，并按照相应的标准规定布设不同电源之间的距离。在进行布局走线工作时，注意控制模拟电路采样信号线长度，尤其是行PWM信号走线时，应确保各条线路的一致性。

2.4 故障保护中断程序

故障保护中断程序是在IPM逆变器进行欠压保护、过流保护和短路保护工作中进行每一个保护动作时，DSP能够迅速接收到故障信号，将PWM的脉冲输出及时断开，进而使系统中的所有操作停止。故障中断流程顺序为：进入中断-现场保护-阻止所有中断-制止PWM输出-设定故障标志-现场恢复-返回。

3 结束语

新能源汽车是解决汽车尾气污染的重要途径，对缓解自然环境压力有重要意义。要想使新能源汽车广泛应用，保证其良好的驱动系统是关键。相较来说，永磁同步电机的功率密度以及稳定性都更符合要求，因此新能源汽车在日后的发展中，其将会成为重要发展趋势之一。

参考文献：

[1]汪守霞，汪张林.基于专利信息的新能源汽车及驱动电机发展现状分析[J].中国科技论坛，2016（4）：63-69.