試論新能源汽車與電機(jī)驅(qū)動控制技術(shù)

王銅鋼 趙旭輝

摘要：新能源汽車是目前比較常見的汽車種類之一。目前新能源汽車得到了快速的發(fā)展，使用的一般是動力電池，天然氣，汽電混合或油電混合等清潔能源，很大程度上降低了尾氣排放。大量的使用清潔能源不僅可以減少汽車尾氣排放的污染物，還可以減少對不可再生能源的使用，做到了真正的環(huán)保。目前新能源汽車的發(fā)展還不斷完善中，電機(jī)驅(qū)動的控制技術(shù)在新能源汽車占有極其重要的地位，本文就是討論新能源汽車與電機(jī)驅(qū)動控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;動力電池;汽油;電機(jī)驅(qū)動;控制技術(shù)

第二次工業(yè)革命改變了人們的生活，推動力國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展?，F(xiàn)今，電動行業(yè)發(fā)展越發(fā)壯大，并且在經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中起著不可磨滅的作用。然而。隨著這個行業(yè)的快速發(fā)展，消耗的能量以及不清潔能源的產(chǎn)生已經(jīng)嚴(yán)重對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了威脅。那么將來社會的能源短缺、環(huán)境污染和溫室效應(yīng)等問題也會逐漸加重。由于這些種種因素的影響，人們已經(jīng)開始探索更節(jié)能、更環(huán)保的動力來源的新型電車。區(qū)別于傳統(tǒng)的電車，新能源電動車采用非常規(guī)的車用燃料來作為動力來源，如電能等。在國務(wù)院制定的節(jié)能與新能源電動車發(fā)展規(guī)劃中，提到要以純電驅(qū)動為新能源電機(jī)驅(qū)動。新能源電動車產(chǎn)業(yè)是一個典型的資源密集型以及技術(shù)密集型的產(chǎn)業(yè)。電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是系能源電動車的核心之一。高密度、高效能、可靠性強(qiáng)的驅(qū)動電機(jī)及其控制系統(tǒng)已經(jīng)成為新能源電動車的熱點研究領(lǐng)域之一。驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)因為是整車的動力輸出單元，也被稱為電動車的“心臟”，它的重要性是不可質(zhì)疑的。

1電動車發(fā)展概述

電動車使用電動機(jī)來驅(qū)動，以化學(xué)電池、燃料電池。超級電容和調(diào)速器作為它的能量源。純電動機(jī)在很多方面都是優(yōu)于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車。零排放、高的運行效率。傳統(tǒng)的電動車主要是從內(nèi)燃機(jī)車改裝過來的。雖然只需要把內(nèi)燃機(jī)和郵箱換成電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)和電池組。但是這樣得到的產(chǎn)品卻有很多的缺點。車身重、運行的靈活性很差，爬坡能力也不行。但是由于半導(dǎo)體技術(shù)和電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電動車行業(yè)再次的活躍在人們的視野中?，F(xiàn)代的電動車基于原有的車型和構(gòu)架設(shè)計，更好的滿足了人們的需求?，F(xiàn)代的電動車系統(tǒng)主要由能量存儲系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)和輔助設(shè)施。其中的電機(jī)控制單元、功率變換單元、電動機(jī)、機(jī)械傳動組件和輪胎構(gòu)成了電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。新能源電動車行業(yè)是一個發(fā)展?jié)摿O大的領(lǐng)域，各個企業(yè)基本走在差不多的起跑線上，不像傳統(tǒng)的燃油機(jī)車。從中國的國內(nèi)的新能源發(fā)展的趨勢來看，各個車企已經(jīng)在爭先恐后的前進(jìn)。國外的車企也看好中國的新能源發(fā)展，很多都在中國市場進(jìn)行投資。電動車從最早的驅(qū)動電機(jī)的多樣化，最先開始的直流電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)。然后發(fā)展到了現(xiàn)在的永磁電機(jī)等。雖說直流電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)仍然存在市場上，但是在電動車這個行業(yè)對它們的應(yīng)用是相對比較少的。就目前的形勢來看，永磁電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)等是應(yīng)用的比較多的。而且由于永磁電機(jī)的高性能的永磁材料，更多的被電車行業(yè)所采用。

2電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)類型

在新能源電動車中，電機(jī)往往被安裝在比較小的空間里。與傳統(tǒng)的電車驅(qū)動相比較起來，工作環(huán)境相對惡劣，灰塵多、腐蝕嚴(yán)重。固此，新能源電動車的驅(qū)動電機(jī)應(yīng)該有這些要求：體積小、重量輕。有低速大扭矩和寬范圍內(nèi)高速功率的特性?？煽啃愿摺ｋ姍C(jī)需要寬調(diào)速、可控性高、價格合適、安裝空間小等特點。系能源電動車的驅(qū)動電機(jī)的發(fā)展離不開電機(jī)設(shè)計、制造技術(shù)以及電力電子元器件技術(shù)等。到如今的三大電機(jī)系統(tǒng)：

永磁同步電機(jī)系統(tǒng)：永磁同步電機(jī)及其控制器組成了永磁同步電機(jī)系統(tǒng)。永磁電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用了高磁能積和稀土燒結(jié)鐵硼等的永磁材料。稀土燒結(jié)鐵硼充磁以后不再需要增加能量也能建立很強(qiáng)的永久磁場?？梢杂脕泶?zhèn)鹘y(tǒng)電機(jī)的電勵磁場。并且效率高、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠等的優(yōu)點。永磁同步電機(jī)控制器通過其中的電力電子器件將電動車的直流電逆變?yōu)榻涣麟?，而且還進(jìn)行電流大小、波形以及相位的控制。進(jìn)而實現(xiàn)對電機(jī)的控制，使電機(jī)能夠按照它的指令運轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)向不改變的條件下，只要改變控制器的導(dǎo)通順序，電機(jī)就能就能夠在電動狀態(tài)和發(fā)電狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。由電動變發(fā)電的時候會產(chǎn)生反向的一個轉(zhuǎn)矩，能夠起到一個制動的效果。永磁同步電機(jī)系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)的電刷、滑環(huán)。所以也稱作永磁無刷電機(jī)。另外其也有方波和正弦波的區(qū)分，這種區(qū)分方式是通過電流方式區(qū)別的。永磁同步電機(jī)是當(dāng)前新能源電動車最普遍采用的驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)之一。并且永磁機(jī)是它的未來的發(fā)展的一個方向。永磁同步電機(jī)的高功率密度、高效率的特點是優(yōu)點之一?！巴诫姍C(jī)”言外之意是電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相同的交流電機(jī)。目前，永磁同步電機(jī)-磁阻電機(jī)是一種將永磁電機(jī)和磁阻電機(jī)結(jié)合起來的新型的電機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)。它不但繼承了永磁電機(jī)的高轉(zhuǎn)矩密度，也繼承了磁阻電機(jī)的寬泛的恒功率調(diào)速。所以它具有弱磁容易，調(diào)速范圍寬，效率和力矩都是比較高。國內(nèi)的大多數(shù)的新能源汽車廠都在往這個方向在發(fā)展。

三相異步電機(jī)系統(tǒng)：三相異步電機(jī)系統(tǒng)里邊包含了三相異步電機(jī)、控制器。控制器通過電力電子器件把直流變成交流，再輸入電機(jī)。三相定子繞組會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場。轉(zhuǎn)子和磁場相對切割運動。此時，導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并且產(chǎn)生電流。電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、堅固、成本低、運行也很可靠?，F(xiàn)在的三相異步電機(jī)技術(shù)已經(jīng)是比較成熟的了，也是被最早用于電動車的驅(qū)動系統(tǒng)。

開關(guān)磁阻電機(jī)：開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)主要包括了開關(guān)磁阻電機(jī)、功率變換器、控制器、以及轉(zhuǎn)子位置傳感器。這種驅(qū)動系統(tǒng)的特點是電機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊牢固，并且適合高速運行。驅(qū)動電路也是相對簡單、成本低、性能也是比較可靠的。但是雖然它的轉(zhuǎn)矩脈動大、噪聲也大。噪聲大的特點使得它在乘用車這類非常重視舒適度的車輛上基本無法使用。

3新能源汽車電機(jī)驅(qū)動控制技術(shù)

目前，新能源汽車的使用逐漸增多，越來越受到人們的青睞，因為在日常生活中使用的新能源汽車具有很多優(yōu)點，例如排放的污染物少、使用時間長等。但是，由于受到各種因素的干擾，現(xiàn)在的新能源汽車制造技術(shù)還沒有完善，不能完全實現(xiàn)使用新能源，大多數(shù)的新能源汽車使用的是汽電混合和油電混合。而在新能源汽車的研究中，電機(jī)驅(qū)動控制技術(shù)有著舉足輕重的作用，將電機(jī)驅(qū)動控制技術(shù)有效的運用到新能源汽車中，使新能源汽車的發(fā)展更進(jìn)一步。

3.1電機(jī)驅(qū)動控制

目前，全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，新能源汽車的研究和使用是全球發(fā)展的主要方面之一?？陀^上看，新能源汽車的發(fā)展效果較好，不僅減少了對大氣的污染，而且在很大程度上減少了對不可再生能源的使用。在新能源汽車的研究中，電機(jī)驅(qū)動控制技術(shù)要想最大程度的發(fā)揮作用，必須使用合適的動力系統(tǒng)，要保證動力系統(tǒng)的質(zhì)量和性能，選擇最適合的動力系統(tǒng)。如何選擇動力系統(tǒng)是非常重要的問題，以下是電動機(jī)的選擇依據(jù)：

（1）要選擇性能較好、質(zhì)量較輕、外形較小的電動機(jī)。目前，各種裝置都趨向于精巧，同樣地，電動機(jī)也應(yīng)該朝著這個方向邁進(jìn)。電動機(jī)在新能源汽車的組成中占有非常重要的地位，應(yīng)該具有性能好的特點以滿足新能源汽車發(fā)展需要，并且自身的質(zhì)量要盡量輕巧，外形也應(yīng)該盡量縮小，以確保其他裝置有足夠安放的地方。

（2）要保證電動機(jī)在轉(zhuǎn)速范圍較大的情況下?lián)碛休^高的工作效率。

3.2電機(jī)驅(qū)動控制器分析

在研究和使用新能源汽車的過程中，電機(jī)驅(qū)動控制器是非常重要的，起著關(guān)鍵性的作用。目前，新能源汽車?yán)玫闹饕怯来磐诫妱訖C(jī)調(diào)速系統(tǒng)，來控制電機(jī)驅(qū)動控制器的運行，具有花費成本低、運行較安全的優(yōu)點，在新能源汽車中得到一定程度的應(yīng)用。

4總結(jié)

隨著城市的不斷發(fā)展，環(huán)境的污染也愈發(fā)的嚴(yán)重。城市空氣的污染物CO、SO2、NO2、PM值等有三分之一是來自尾氣的排放。內(nèi)燃機(jī)經(jīng)歷了長期的改良以及優(yōu)化、在尾氣排放方面的已經(jīng)很難再有突破了。時新能源電車的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)由于零排放，純電動的優(yōu)勢引起了人們的注意。永磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)因為其逐漸成熟的技術(shù)發(fā)展，成為了電車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的首選。在未來的電車發(fā)展行業(yè)中，相信對電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的研究會取得更多的進(jìn)展。新能源技術(shù)的探究和不斷進(jìn)步也會讓生態(tài)環(huán)境更加的美好。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙亮.BYD公司新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略研究[D].山東大學(xué)，2013

[2]管良勇.基于DSP的永磁同步電機(jī)新型矢量控制技術(shù)研究[D].東北大學(xué)，2009

[3]王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009

[4]賀兆順.新能源汽車的上海試驗[J]中國經(jīng)濟(jì)周刊，2013（2）：20―23