新能源汽车电机驱动系统关键技术展望研究

翟羽

摘 要：现阶段，新能源汽车的研制和推广都符合时代发展趋势，因为这项技术本身的特质就与环保的理念互相呼应。新能源汽车具有零污染和零排放的概念规划设计，不但能够满足人们的出行需要，同时还实现了可持续发展的环保理念。所以新能源汽车的关键技术研究至关重要。文章论述了新能源汽车的基本概念，并总结了其自身存在的优势，最后针对新能源汽车电机驱动系统的关键技术进行了深入分析，希望能对新能源汽车相关技术进步的有些促进。

关键词：汽车;新能源;电机驱动系统;关键技术

人们生活水平随着社会的发展已经有了长足的进步，汽车也在这个过程中走进了千家万户。现今社会，无论生活还是工作都难以离开汽车带给我们的便捷，但是却也因为汽车的大范围使用而出现了关于排放污染能源消耗的环境问题。所以，新能源概念的提出，为节能减排提出了一种新的可能，就是利用技术的革新与升级来改变汽车内部的驱动原理，进而在便捷交通的同时降低能源消耗，以达成人们对环保理念的最终目标。

1 新能源汽车的基本概念

新能源汽车的本质就是使用非常规的车用燃料作为动力来源的新结构汽车。这种汽车的燃料可能是除开石油资源之外的任何可再生新式能源，包括纯电动力汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车和氢发动机汽车等多种分类。这种新型汽车的优点相较于汽油而言有绿色、环保的低污染特质，还能在一定程度上解决石油资源短缺的问题。

2 新能源汽车的优势

新能源汽车与传统的汽车相比，一方面不但能够降低行驶过程中的噪音，还具有更好的安全性能。另一方面这种新型汽车的使用时间更加长久，并且具有最低的污染覆盖率，相对来说比较环保和节能。现今世界，人们皆困扰于石油资源的缺乏和不可再生性，所以已经在很早之前就开始寻求替代性的能源开发。因此，我国虽然提出“节能减排”的概念以应对石油资源日益减少的窘境，但是这却并不能从根本上解决问题。所以国家在新能源汽车发展的过程中给予大力支持，就是希望能在资源开发方面取得突破性的进展。

3 驱动控制器关键技术

3.1 新能源汽车之功率半导体器件技术

电机控制器的升级和变革基本就是根据功率半导体为主，然后从硅基绝缘栅双极型晶体管、传统单面冷却封装技术，朝着宽禁带半导体和定制化模块封装、双面冷却集成等方面进行开发研究。但是，在切实的更新换代之前，基于价格优势，硅基绝缘栅双极型晶体管却不会被取代，所以在未来很长时间内，它将依旧是世界内电机控制器产品的首要选择。从硅基IGBT芯片技术来看，若以传统的硅基器件作为参照，宽禁带半导体器件的级别可能更高，因为技术人员将其归为第三代的功率器件，所以在实际的应用方面，宽禁带半导体器件的功能性更加优越。第三代器件的耐高温能力非常显著，因为它自身存在诸多方面的优势，例如，热导率、禁带宽度大、击穿场高和饱和电子漂移速率大，还有硅基绝缘栅双极型晶体管和宽禁带半导体器件自身的开关损耗率抵、导通损耗率低等等。这些优越性的存在可以承受高频率的开关过程，所以高速电机与此最相适配。加之铜线键合、芯片倒装、银烧结和瞬态液相焊接等新式封装技术，都能够大大提升硅基绝缘栅双极型晶体管功率部位的载流密度和使用时限，因此研发人员如今对此种技术的研究都十分热衷。

3.2 新能源汽车之智能门极驱动技术

高压功率半导体器件和抵押控制电路之间的衔接依靠的就是智能门极驱动技术，因为这项技术在驱动功率半导体的过程中至关重要。IGBT门极驱动除了具备简单的隔离、驱动和保护功能，人们还要明确其自身的特质，那就是严格的把控好开通和关闭两种情况的划分，因为IGBT必须能在损耗和电磁干扰之间找到一个相对的平衡。以上，这项技术自身的特质我们要从两个方面来看，其一就是主动门极的控制和监控装置的诊断;主动门极控制大都是围绕其工作的运行环境还有工况来进行的，原理就是要对IGBT的这个所谓的开关程序主动做好最优化的实时控制方案。这项技术在IGBT中分级调控理论的具象化表现，就是要独立对待开通和关断过程的门极调控，因为这样就可以最大限度的削弱因反复开关而带来的不良影响。智能门极驱动技术是完成功率半导体器件状况实时测评的科学化研究成果，之所以这样定论就是因其能确保电机控制器的安全性能，还能够切实让功率半导体发挥作用，故而必然能够让新能源概念汽车在应用的同时降低损耗和提高电压的完整利用率。

3.3 新能源汽車之功率组件集成设计技术

功率半导体的模块封装是为了适应新能源汽车电机控制器的内在要求，大部分的模式都是定向设计。但是现今的器件集成设计趋势来看，日后的功率半导体器件必然会同其他的电子部件相互融合。器件的集成系统包含两个部分，一个是物理集成系统，就是可以让各个部分的参数、强度等达到相对平衡的状态，成为机、电、热、磁设计方案的理想化状态，然后实现电机控制器的最终期望目标;另一个则是需求集成系统，这个系统的设计是基于整个新能源汽车的需求而订制的，其设计方法就是自核心部件自上而下进行，以用于达成新能源汽车的整体续航里程升级和电池容量需求度的大范围减少的目的。

3.4 新能源汽车之其它关键技术

除了以上三种主要技术类型，还有三种相对重要的驱动系统关键技术，分别是EMC、汽车功能安全设计和电机控制器产品的可靠性设计。这些技术也是新能源汽车推广普及过程中必须攻克的难题，因此在技术应用方面同样不可替代。

4 驱动电机的关键技术

4.1 新能源汽车之扁铜线技术;

扁铜线技术是利用发卡式子绕组加大电机定子的槽满率，进而达到升高电机功率密度的效果。发卡式定子绕组的前端部分长度比较短，所以散热的速度快，损耗率也非常低。但是与传统的圆铜线相比，若是汽车是大功率的驱动电机，那么扁铜线绕组的环流损耗反而更大，并且如果扁铜线经过了弯折使用，那么绝缘层就将会出现损坏和缺口。所以，现今技术人员都将扁铜线使用的局限性作为技术攻克点，因为这项技术若能成功规避其中的弊端，那么就能在很大程度上促进新能源汽车的技术革新。

4.2 新能源汽车之多相永磁电机技术

多相永磁电机是具有能够输出功率比原始的三相电机母线电压更低，且转矩脉动很小，容错力却相对而言很大的内在优势，所以非常适合新能源汽车的噪音、振動和声振粗糙度处理的过程。

4.3 新能源汽车之永磁同步磁阻电机技术

永磁同步磁阻电机就是永磁同步电机和磁阻电机最简单的结合体，这是现今行业内都在积极倡导的一种技术探索。首先，这项技术本身的磁链很小，磁阻转矩又很大，所以本质上是一个少量稀土或没有稀土的技术方案。加之永磁同步磁阻电机的扭矩电流比相当高、功率密度也很高，但是磁饱和问题却相对比较低的特点，所以这项技术的转子结构设计特别精密，成本高，工艺也非常复杂。虽然技术本身能够带给汽车产业更大的发展，但是这项技术的出现必然会给一些研发能力弱的小型企业带来很大的技术打击。

4.4 新能源汽车之轮毂电机技术

轮毂技术的样式非常多元化，但是无论是国内还是国外研究的大多都是外转子轮毂电机。这项技术的优势非常明显，跳过了很多部分的组装，所以就能够让四轮实现分布式的驱动方式，然后加大电池包的放置空间。虽然，这个技术的优势非常难得，但是我们也要看到轮毂电机技术还未攻克的技术难题，有电机的防水防尘问题，还有散热，驱动控制算法等技术难题的存在。

4.5 新能源汽车之永磁体散热技术

永磁体自身的性能对于车用电机的输出性能来说非常关键，因为其内部温度太高，会导致永磁体发生退磁现象，还可能导致驱动电机能高效率运转的部分减少。所以温度传感器在这方面的应用非常重要，迄今为止却还没有可以替代它的新技术出现。众所周知，解决高功率密度电机基础上的可耐受高温的永磁体是解决问题的唯一途径。然而现在对于电机散热这一问题的研究，技术人员都是围绕着定子和顶端部分绕组进行探讨，但是如果可以换一个角度进行试验，那可能对提高新能源汽车的动力性方面有所助益。

5 结语

新能源汽车的推广符合时代发展的客观性，节能减排的方式也适用于可持续发展的环保理念。因此，技术研发人员就应当在新能源汽车驱动系统的关键技术方面实现攻坚克难。只有这样才能让新概念能源汽车早日实现技术进步，进而走向人们日常的生活。

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