新能源汽车电机驱动控制技术研究

王小林

摘 要：电气驱动控制作为新能源汽车中最为关键的部分之一，其与新能源汽车的运行稳定性和安全性密切相关。同时在当下新能源汽车的竞争中，电机驱动控制技术的先进性和应用效果，也直接影响了相关新能源企业的竞争力和市场份额。因此文章就对当下新能源汽车电机驱动的选择原则以及三种电机驱动控制技术的原理和应用展开了分析研究，以供参考。

关键词：新能源汽车 电机驱动控制 技术原理 发展趋势

1 电机驱动控制技术概述

电机驱动控制技术是新能源汽车中的核心技术之一，主要用于实现车辆的动力传递和操控。电机驱动控制器通过控制电机的转速和转矩，使车辆在不同工况下实现稳定的驱动力和行驶力，保证车辆的加速、减速、爬坡、倒车等行驶功能的实现。同时，电机驱动控制器还可以对电池的充电和放电进行控制，以保证电池的安全性和寿命。在新能源汽车中，电机驱动控制器实现了电力驱动系统的高效、灵活、可靠的控制，提高了车辆的性能和舒适度。随着新能源汽车技术的不断发展，电机驱动控制器也在不断升级和优化，如采用新型功率半导体器件、智能控制策略和高性能控制算法等，以进一步提高车辆的动力性能和节能效果。随着新能源汽车的逐渐普及，对电机驱动控制器的要求也越来越高[1]。为了提高车辆的性能和安全性能，需要不断对电机驱动控制器进行优化设计和技术升级。同时，还需要对电机驱动控制器的电磁兼容性和可靠性进行充分研究和测试，以确保车辆的正常运行和安全性能。

2 新能源汽车电机驱动的选择原则

合理进行电动驱动的选择，对于提高新能源汽车的运行效率有着极其重要的作用和意义。在现阶段可以围绕以下几点进行新能源电机驱动的选择：

（1）匹配性。根据车辆的使用场景和需求，选择与电机相匹配的驱动器，以保证车辆的动力性能和能耗表现。同时，也应考虑驱动器的质量和可获得性。

（2）控制策略。控制策略对车辆的驾驶体验、能耗表现和安全性能都有重要影响。选择具有先进控制策略的驱动器，如矢量控制、转矩控制等，以提高车辆的性能和舒适度。

（3）电压等级。驱动器的电压等级应与电池组的工作电压相匹配，以保证车辆的正常运行和电池组的安全性。

（4）稳定性。驱动器的稳定性能直接影响着车辆的运行效率和可靠性。应选择稳定性高、可靠性好的驱动器，以保证车辆的安全性能和寿命。

（5）节能性。驱动器的节能性能也对车辆的使用成本产生影响。选择具有节能性能的驱动器，如智能启停、制动能量回收等，以提高车辆的节能性和续航里程。

（6）技术创新。随着新能源汽车技术的不断创新，驱动器的技术和控制算法也在不断升级和改进。选择具有技术创新性和前瞻性的驱动器，以保证车辆的性能和竞争力。

3 新能源汽车电机驱动控制系统分析

新能源汽车电机驱动控制系统主要由电机控制器、驱动电机、电子换挡操纵装置、加速踏板组成，还包括高压电线、信号线和冷却系统。其中，电机控制器、驱动电机和电子换挡操纵装置是新能源汽车电机驱动控制系统的主要组成部分，它们协同工作实现车辆的动力传递和操控。各组件的详细分析如下：（1）電机控制器是新能源汽车电机驱动控制系统的核心部件，主要用于控制驱动电机的转速和转矩，同时还可以控制电池的充电和放电。电机控制器通过采集车辆的动力需求信号和驾驶模式信号，生成驱动电机的控制信号，以实现车辆的稳定驱动力和行驶力[2]。（2）驱动电机是新能源汽车电机驱动控制系统中的执行部件，用于将电池的电能转化为机械能，为车辆提供驱动力。驱动电机的主要性能指标包括转速、转矩、效率、功率密度等，根据不同的使用场景和需求，选择不同的驱动电机以实现车辆的综合性能表现。（3）电子换挡操纵装置是新能源汽车电机驱动控制系统中的重要组成部分，用于实现车辆的自动换挡和驾驶模式选择。电子换挡操纵装置通过采集车辆的行驶信号和驾驶模式信号，根据预设的换挡策略和驾驶模式，自动控制驱动电机的转速和转矩，以实现车辆的平稳换挡和驾驶体验。（4）加速踏板是新能源汽车电机驱动控制系统中的辅助控制部件，用于控制车辆的加速和巡航速度。加速踏板的位置信号被送给电机控制器，电机控制器根据加速踏板的位置信号生成驱动电机的控制信号，以实现车辆的加速和巡航速度控制。（5）除了上述主要组成部分外，新能源汽车电机驱动控制系统还包括高压电线、信号线和冷却系统等辅助组成部分。高压电线用于连接电池组和驱动电机，传输电能；信号线用于连接各个控制部件，传输信号；冷却系统用于控制电机控制器的温度，保证其正常工作。总之，新能源汽车电机驱动控制系统是一个高度集成的控制系统，各个组成部分协同工作，实现车辆的动力传递和操控。电机控制器、驱动电机和电子换挡操纵装置是该系统中的核心部件，直接影响着车辆的动力性能、能耗表现和驾驶体验。

4 新能源汽车中各类电机驱动控制技术分析

4.1 直流电机驱动技术

直流电机驱动技术曾经是新能源汽车中的主流技术之一，但随着永磁同步电机驱动技术的发展，直流电机驱动技术正在逐渐被替代。但是一些低速电动汽车和老年代步车仍然使用直流电机驱动技术。直流电机是一种用电来驱动转动的电机，直流电机的基本构成包括定子、转子、电刷、机座和端盖。与直流电动机类似，定子部分由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成，转子部分由电枢铁芯、电枢绕组、换向器等组成。其基本原理是利用电势差的作用力原理，通过改变电机的电势差或电流方向，以实现转动的目的。在直流电机中，电势差的作用力方向是固定的，因此需要不断地改变电机的电势差或电流方向来实现连续的转动。直流电机具有启动转矩大、效率高、调速范围广、可靠性高、维护成本低等优点，因此在新能源汽车中得到广泛应用[3]。在新能源汽车中，直流电机驱动技术主要用于驱动车辆的动力系统，包括驱动车轮、压缩机、水泵等。其中，驱动车轮是直流电机驱动技术的核心应用，通过控制电机的电势差或电流方向来实现车辆的加速、减速、转向等动作。同时，在新能源汽车中，直流电机驱动技术还用于充电和放电，即通过控制电机的电流方向来实现电池的充电和放电。但是直流电机驱动技术在具体应用中也会出现一些限制和缺陷，比如直流电机的空气冷却能力有限，因此在工作中会产生较多的热量，影响稳定的运行；直流电机的拓扑构造，在车辆运行速度快的时候，无法实现刹车输出，会影响稳定性运行；直流电机对电源要求较高，停电和切换电源会影响直流电机的运行性能。受磁场干扰等等，这就要求在今后需要进行进一步的技术研究和完善。

4.2 交流异步电机驱动技术

交流异步电机主要应用于新能源汽车中的主驱电机和辅助电机。在纯电动汽车中，交流异步电机通常作为主驱电机，可以为车辆提供高效的动力输出，并能够实现较长的续航里程；在混合动力汽车中，交流异步电机通常作为辅助电机，与发动机协同工作，提高燃油效率；在插电式混合动力汽车中，交流异步电机通常作为动力回收装置，能够有效地将能量回收并储存到电池中。交流异步电机基本构成为定子、转子、轴和保护罩，如图1所示。定子是电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。定子铁芯是电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。定子绕组是电机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。转子是电机磁路的一部分，通过转轴连接。转子铁芯是电机磁路的一部分，在转子外圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放转子绕组。转子绕组和定子绕组一样，由三个在空间互隔120°电角度、对称排列的结构完全相同的绕组连接而成。保护罩用于保护定子、转子、轴等部件。在新能源汽车中，交流异步电机驱动技术的原理是利用定子提供旋转磁场，交流异步电机要驱动提供扭矩，需要在定子线圈中通入三相交流电，产生不断旋转的磁场。旋转磁场的转速取决于磁极对数和电源频率，可以通过改变电流方向和频率来改变旋转磁场的转向和速度，从而改变转子的转动方向和转速，这样就可以通过控制电机的电流方向和频率来实现车辆的加速、减速、转向等动作[4]。该技术具有结构简单、维护成本低、效率高、适应性强等优点，因此在新能源汽车中得到广泛应用。但是交流异步电机驱动技术也存在着一些不足和缺点，比如由于转子的转速与定子旋转磁场的旋转速度存在转差率，所以调速性能相对较差；电机进行转矩调节时，定子和转子之间的磁场相互作用会产生转矩脉动，这会导致电机震动和噪音；交流异步电机需要使用定子、转子、电刷等复杂的机械结构，而且需要三相交流电源进行供电，电机的复杂性和成本抑制了其在实际应用中的效果，因此在今后需要通过新型电机控制策略和驱动电路、优化电机设计和制造工艺等方面入手来进一步优化完善电机结构，提高电机运行控制效果。

4.3 永磁同步电机驱动技术

永磁同步电机驱动技术在当下新能源汽车中的应用现状非常广泛。在新能源汽车市场中，永磁同步电机已经成为了主流电机之一。这是因为永磁同步电机具有许多优点，例如高效节能、轻量化、高可靠性等。这些优点非常符合新能源汽车的需求，能够帮助新能源汽车提高续航里程、降低成本等。新能源汽车中永磁同步电机的结构主要包括定子、转子、永磁体和电气部分。其中定子和转子是两个主要部分，永磁体用于提供磁场，电气部分则包括控制器、电池等部分，如图2所示。其中对于转子，至少包含端面板、转子传动轴以及磁铁；对于定子，至少包含核心、磁体线束、端子以及绝缘体，同时还包括线束一体连接器，磁体线束电解槽、绕组方式一般为分布式绕组。永磁同步电机驱动技术的原理是通过永磁体产生的磁场与转子绕组产生的电磁场相互作用，从而产生力矩并驱动电机旋转。具体来说，永磁同步电机的转子上安装有永磁体，定子上有凸极结构，可以形成氣隙磁场。当定子绕组通电后，就会形成电磁场。这个电磁场与永磁体的磁场相互作用，产生力矩并驱动电机旋转。目前，永磁同步电机主要应用于纯电动汽车、混合动力汽车和插电式混合动力汽车等类型的车辆中。在纯电动汽车中，永磁同步电机通常用作主驱电机，能够提供高效的动力输出；在混合动力汽车中，永磁同步电机通常用作辅助电机，与发动机协同工作，提高燃油效率；在插电式混合动力汽车中，永磁同步电机通常用作动力回收装置，能够有效地将能量回收并储存到电池中[5]。此外，随着新能源汽车技术的不断发展，永磁同步电机驱动技术也在不断升级和完善。例如，为了提高电机的效率和控制性能，研究人员正在探索新型的永磁材料、先进的磁路设计等方法。这些新技术不仅有助于提高电机的性能，还能够降低生产成本，使永磁同步电机在未来的新能源汽车市场中更具竞争力。

5 新能源汽车电机驱动技术的发展趋势分析

新能源汽车电机驱动技术在现阶段主要是以永磁同步电机和交流异步电机为主，但是随着新能源汽车市场的不断扩大和技术的不断创新，电机驱动技术将朝着高效化、轻量化和智能化的方向发展。但是在现阶段发展中部分关键技术还不够成熟，比如电机的设计制造、功率半导体器件的可靠性、控制策略等方面的技术瓶颈仍然存在，影响了电机驱动控制系统的效率。同时，新能源汽车电机驱动系统的成本较高，并且在现阶段也缺乏一套统一规范的电机驱动系统标准，这就给用户的使用造成了困难。此外，在现阶段新能源汽车电机驱动系统市场竞争激烈，各大汽车厂商、电机制造商、电池制造商等都在加大研发和生产力度，争夺市场份额，虽然有效促进了技术的创新和发展，但是也在一定程度上给汽车企业造成了非常大的压力和负担。作为政府需要出台相关政策，一方面鼓励企业加大对新能源汽车电动驱动技术研发的投入，推动关键技术的研发和应用，另一方面则需要推动驱动系统标准规范的建设，提高系统的兼容性和通用性；作为企业则需要重视对生产工艺流程的优化，积极进行新技术、新控制策略的研发，不断提高系统的运行效果和可靠性，从而促进自身竞争力的增强，为新能源汽车行业的发展作出贡献。

6 结语

综上所述，随着新能源汽车占据比例的不断增多，为了增加新能源汽车的里程数，提高新能源汽车的行驶可靠性和稳定性，在现阶段必须进一步加强对电机驱动控制技术的研究，积极向高效化、轻量化和智能化方向进行发展，全面促进我国新能源汽车行业的发展进步。

参考文献：

[1]鞠彦伟.新能源汽车及电机驱动控制技术分析[J].中国科技信息，2021（18）：67-68.

[2]尹廷亭.新能源汽车与电机驱动控制技术[J].设备管理与维修，2022（2）：105-107.

[3]卞鹏.新能源汽车电机驱动系统控制技术探究[J].内燃机与配件，2021（23）：235-236.

[4]吴君青.新能源汽车电机驱动系统控制技术分析[J].时代汽车，2021（23）：129-130.

[5]李晓华.新能源汽车电机驱动控制技术的研究[J].时代汽车，2021（15）：105-106.