关于新能源汽车及电机驱动的研究

孟令阳 赵达

摘要：电机驱动技术是现代汽车的核心控制技术之一，在新能源汽车的发展中，起着越来越重要的作用。相对而言，新能源汽车与电机驱动的控制技术，是密不可分的，应通过电机驱动的控制技术，更好的完善新能源汽车，并且大幅度的降低汽油的运用，实现新能源的更大发展。另一方面，在研究和应用电机驱动的控制技术方面，应尽量加强联合技术的应用，配合各种设备和细小的零部件，完成新能源汽车的多项优化。在此，本文主要对新能源汽车及电机驱动的控制技术进行讨论。

关键词：新能源电动车;电机驱动系统

1电动汽车电机驱动系统性能指标

电动汽车驱动系统的核心是电机及其控制器，以电机为核心的驱动系统占整车成本的60%左右。所以，降低电动汽车成本的关键在于电控系统的优化。电动汽车要能够取代传统汽车，必须在各项指标上达到甚至超越燃油车辆的性能，比如对不同气候，不同道路条件的适应能力，对驾驶员和乘客的安全保障，舒适程度等。电动汽车驱动系统的性能指标，我们可以总结为以下几条：

（1）车辆能量转换效率要高，功率密度要大，续驶里程要长。可通过开发新型电池和优化电机及控制系统来实现;

（2）速度低时提供大扭矩来实现车辆起步、加速等要求，较高车速巡航时提供小转矩、恒功率;

（3）电机及控制系统能够长时间在恶劣的环境下工作，可靠性高，减振性强，免维护或者少维护;

（4）驾驶员操纵车辆方便，具有安全保障措施，舒适性好;

（5）车辆内部各种电子设备之间不出现互相干扰现象;

（6）车辆便于维修，系统不复杂，整体系统成本较低。

2 电动汽车电机系统分析

目前，电动汽车使用较多的电机系统主要有四种：直流电机、永磁同步电机（包括直流无刷电机）、开关磁阻电机和交流异步电机。表1为电动汽车几种常用驱动电机的性能比较。

（1）直流电机是早期在电动汽车上广泛采用的驱动设备，也是结构最简单的一种电机。直流电机控制方法容易实现，利用电压进行控制，具有交流电机不可比拟的电磁转矩控制特性。但是直流电机有无法克服的缺点：直流电机有电刷，因此需要经常维护;同时直流电机的质量很重和体积太大，大功率直流电机造价高等等。这些缺点制约了直流电机在现代电动汽车上的应用。

（2）交流异步电机也是较成熟的一种电机，它采用V/F控制、矢量控制、直接转矩控制等控制方法，技术成熟，同时感应电机结构简单、价格低、具有较高的能量密度，并且在運行过程中转矩脉动小，调速范围大，因此美国、欧洲研制的电动汽车多采用感应电机作为驱动电机，比如福特汽车旗下的Fusion电动汽车采用了60KW的异步电机作为驱动设备。

（3）开关磁阻电机是一种新型的电机，它用作电动汽车的驱动电机非常有优势。电机结构简单和控制技术易于实现，可靠性高，效率高，成本较低;同时它的缺点也是不可忽视的，开关磁阻电机的运行噪声大，转矩脉动严重。因此，开关磁阻电机基本停留在应用研究阶段，台湾海湾超能源科技股份有限公司研发的胶体蓄电池电动汽车装配的是由山东德森机电科技股份有限公司研制的开关磁阻电机。

3新能源汽车的电机驱动控制技术

新能源汽车在实际的应用中，具有环保效果好、使用寿命长、安全性高等特点，受到了驾驶者的广泛欢迎。但是，由于现阶段的部分技术还未达到较高的水平，多数的新能源汽车，主要采用的是混合动力来完成行驶的。在新能源汽车中，电机驱动控制技术，作为新能源汽车的核心部分，其造成的积极影响是非常大的。在此，本文主要对新能源汽车的电机驱动控制技术进行论述。

3.1 电机驱动控制

新能源汽车的研究与应用，成为了当前社会上的主要工作。从客观的角度来分析，新能源汽车在小范围投入后，取得了较为理想的效果，并且在很大程度上，减少了对能源的耗费。电机驱动控制技术，要想在新能源汽车中发挥出更加积极的作用，需要选择性价比较高的电动机。结合以往的工作经验和当下的工作标准，电动机的选型原则，集中在以下几个方面：

（1）高性能、低自重、小尺寸。现阶段的任何一项设备，都在朝着“高精尖”的领域发展。电动机作为新能源汽车的重要组成部分，应在性能上达到较高的指标，自重应逐步减小，并且减小自身的尺寸，保证其他设备拥有足够的空间。

（2）在较宽的转速范围内有较高的效率。

（3）电磁辐射尽量小。新能源汽车不仅仅是强调动力的污染，还不能造成太多的电磁辐射，否则将会造成运行的恶性循环。

（4）成本低。以目前的情况来看，上述的几项标准，电动机还是能够达到的。现今，关于电机驱动控制技术的研究不断深入，因此在满足电动机选型原则的基础上，还要考虑其他控制系统的特点，争取实现双向控制，回收制动再生能量。

3.2 电机驱动控制器

在新能源汽车的研究和应用中，电机驱动控制器是相关技术的核心部分。目前，新能源汽车，主要使用的是永磁同步电动机调速系统，来完成电机驱动控制器的相关技术实施的。永磁同步电动机定子三相绕组通入互差120°的三相正弦电流，在气隙中产生旋转磁场;而转子磁极为稀土永磁体，在气隙中产生正弦磁场，并且固定于转子位置，因此矢量控制中的同步旋转轴系与转子旋转轴系重合，用dq坐标系表示。定子磁势Fs沿旋转方向超前转子磁势Fr，旋转的定子磁势与转子磁势相互作用，吸引转子磁势旋转，即驱动转子与之同步旋转。同步电动机的转矩角δ（定子电枢磁势和转子励磁磁势间的夹角）随负载变化，计算并保持δ=90°就可以和无补偿绕组的直流电动机一样，基本实现解耦控制，即转子磁场定向的矢量控制。根据检测的位置信号控制定子各相绕组电流，即可充分保持其定、转子磁势正交。

4电机驱动系统类型

在新能源电动车中，电机往往被安装在比较小的空间里。与传统的电车驱动相比较起来，工作环境相对恶劣，灰尘多、腐蚀严重。固此，新能源电动车的驱动电机应该有这些要求：体积小、重量轻。有低速大扭矩和宽范围内高速功率的特性。可靠性高。电机需要宽调速、可控性高、价格合适、安装空间小等特点。系能源电动车的驱动电机的发展离不开电机设计、制造技术以及电力电子元器件技术等。到如今的三大电机系统：

永磁同步电机系统：永磁同步电机及其控制器组成了永磁同步电机系统。永磁电机系统应用了高磁能积和稀土烧结铁硼等的永磁材料。稀土烧结铁硼充磁以后不再需要增加能量也能建立很强的永久磁场。可以用来代替传统电机的电励磁场。并且效率高、结构简单、运行可靠等的优点。永磁同步电机控制器通过其中的电力电子器件将电动车的直流电逆变为交流电，而且还进行电流大小、波形以及相位的控制。进而实现对电机的控制，使电机能够按照它的指令运转。在转向不改变的条件下，只要改变控制器的导通顺序，电机就能就能够在电动状态和发电状态之间转换。由电动变发电的时候会产生反向的一个转矩，能够起到一个制动的效果。永磁同步电机系统取消了传统的电刷、滑环。所以也称作永磁无刷电机。另外其也有方波和正弦波的区分，这种区分方式是通过电流方式区别的。永磁同步电机是当前新能源电动车最普遍采用的驱动电机系统之一。并且永磁机是它的未来的发展的一个方向。永磁同步电机的高功率密度、高效率的特點是优点之一。“同步电机”言外之意是电机转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流电机。目前，永磁同步电机-磁阻电机是一种将永磁电机和磁阻电机结合起来的新型的电机复合结构。它不但继承了永磁电机的高转矩密度，也继承了磁阻电机的宽泛的恒功率调速。所以它具有弱磁容易，调速范围宽，效率和力矩都是比较高。国内的大多数的新能源汽车厂都在往这个方向在发展。

5总结

新能源汽车是现阶段推广较多的一种汽车类型。从严格的意义上来讲，新能源汽车不断的减少汽油等不可再生能源的应用，逐步应用天然气、太阳能等作为动力，以此来实现零污染和零排放，既减少了客观上的环境污染，又满足了日常的驾驶需求。但是，由于新能源汽车的部分技术还不是很成熟，因此在目前的多数新能源汽车，仍然会小部分的应用汽油，但电气驱动的控制技术作为新能源汽车的核心技术是发展的必然趋势，所以值得我们进一步深入研究。

参考文献：

[1]赵亮.BYD公司新能源汽车发展战略研究[D].山东大学，2013

[2]管良勇.基于DSP的永磁同步电机新型矢量控制技术研究[D].东北大学，2009

[3]王兆安，刘进军.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2009

[4]贺兆顺.新能源汽车的上海试验[J]中国经济周刊，2013（2）：20―23