新能源汽车与电机驱动控制技术

新能源汽车与电机驱动控制技术

张宏涛1 ,胡振2,李松3,吴南4

1、2、3、4三一重型装备有限公司 辽宁省沈阳市 110023

摘要：随着我国社会经济发展观念的不断变化，在相关资源的开发过程中，人们更加注重对环境的保护与能源的节约。各种环保技术已经成为了各个行业中的首要目标，通过新技术的应用，不但能节约成本，还有助于发掘新能源，提高技术应用能力。在我国汽车产业中，技术类新能源汽车具有广阔发展前景，通过汽车新能源的开发，能够更好地节约资源，降低汽车尾气对空气的污染，给科学环保工作带来一定益处。

关键词：新能源汽车；电机驱动控制技术；科学环保

一、新能源汽车发展的现状

在经济快速发展的背景下，汽车逐渐走进了各家各户，随之而来的是严重的环境污染问题，同时随着汽车数量的不断增加，我国的能源资源状况也越发紧张，为了降低环境污染，缓解能源紧张的问题，需要加强新能源汽车研发力度。

1.1　中国汽车工业

中国的汽车工业在新能源汽车方面区得了重大进展，尤其在纯电动汽车领域。但是中国新能源汽车产业由于政府配套政策系列，除了纯电动汽车其他新能源汽车项目目前仍停留在样品和展示阶段，市场推广和商业化方面远远落后操作化。

1.2　核心技术缺乏竞争力

科技瓶颈严重，到目前为止，中国已经成为一个大型汽车生产国家，但根本不是一个强大的国家，混合动力汽车核心技术较为缺乏，纯电动汽车电池管理系统、电池续航里程等核心技术比较短缺，导致目前新能源汽车发展缓慢，纯电动汽车电池续航问题一直未解决。

1.3　中国新能源汽车产业差距巨大

发达国家在新能源汽车电池系统集成技术、大型产品工艺设计、生产工艺质量和成本控制等方面做的相对比较成熟。我国在这些方面相对较弱，特别是由于缺乏电池、电机、电气控制技术，而且国产关键部件性能比进口产品相对较差，电气传动系统较低，电池充电时间较长，寿命短。我国目前没有完整的电机控制技术，电机驱动系统技术、电池系统技术、动力耦合技术，发动机和变速器控制技术。

1.4　基础设施不完善

基础设施建设是实现可持续发展的前提，是新能源汽车在中国的大规模应用的基础。目前基础设施展现出高成本、低利润的现象。制约电力建设的重要因素是车辆基础设施，即使有可能随着工程规模的扩大，降低工程造价、充电站建设规模及缩减在未来的设备成本中，但是巨大挑战依旧在基础设施建设中存在。电机技术的发展对电网提出了很高的充电要求。如何改善现有电网适应新能源汽车充电需求将是汽车行业今后的一大课题。

1.5　技术创新的不完全性和不均匀性

标准新能源汽车产业是一个新兴的产业还在发展过程中。不同的生产企业采用不同的技术路线，不能用传统的标准来评价。在过去的几年里，国家出台了一系列的新能源车辆标准和法规，如燃料电池电动汽车，其他国家的工业节能汽车和新能源相关试行标准车辆都已陆续发放。然而这些标准和法规主要是新能源汽车性能和试验的基本规定，因此新能源汽车安全性有待提高。

二、新能源汽车中的电机驱动控制技术

电机驱动控制在新能源汽车行业的发展过程中占有极重的比例，和传统燃油汽车相比，新能源汽车所使用的电机其瞬时功率较大、过载能力更强、加速性更好，同时电机的使用寿命也更长。可以说，为了能够实现以上要求就需要电机具有较宽的调速范围，既可以在横转扭曲低速运行时具备较大转矩，以满足汽车在启动和爬坡过程当中的实际需求。同时也需要满足在恒功率区低转扭矩时获得较高的速度，这样可以保证汽车在平坦路面能够以较高速度行驶。另外，作为新能源汽车的关键技术环节，对能量回收并回馈给蓄电池系统是新能源汽车提高能量利用率的一大特点。最后驱动电机还需要具备较高的可靠性，为了能够让更多的国民能够安心的驾驶新能源汽车，就需要其电机性能可以在较为恶劣的环境下进行长时间的工作，同时降低噪音，简化结构，为后续的维修更换零件创造有利条件。

2.1直流电机

首先，直流电动机驱动系统是电动汽车在研发早期所普遍采用的驱动技术，在可控硅整流器件被研发创造出来之前，电动汽车的速度控制是通过相关机械式的开关进行调整的，通过改变蓄电池串联的个数来调节电机电枢电压来实现。这种调速的方法是一种有机调速，不仅效率极低、可靠性较差，同时还会在驾驶过程中出现明显的顿挫感。然而在可控硅整流器出现之后，新能源汽车的驱动电机及控制系统则升级成了pwm调制的直流斩波控制，这种控制系统虽然改善了以往的有机调速，但是直流电机的效率较低，其内部的相关元器件如换向器和电刷需要经常维护甚至更换，无形当中提高了新能源汽车的运营成本。另外这种电机体积大质量大，在小型汽车领域当中的应用一直都属于高成本高能耗的代表。

2.2开关磁阻电机

开关磁阻电机属于一种新型电机，其最大的特点是结构比任何一种电机都要简单，同时电机效率能够达到超过90%，转速可以超过15,000转每分钟。在运转表现中，转矩转速特性良好，在较宽的转速范围内电机的转矩和速度能够得到有效的控制，在工作中既能够获得较高的启动转矩，同时也能够拥有较低的启动功率。而其不足是在工作中转矩的脉动过大，导致了噪声提高，相比于同功率的异步电机而言体积要更大一些。同时开关磁阻电机的控制系统相对而言较为复杂，对于整体布局调节性能以及相应的控制精度都具有较高要求。

2.3交流异步电机

交流异步电机其内部的转子为笼形结构，嵌有三项绕组，这种异步电机在新能源汽车中的应用，电机的转子会使用空心结构，这种结构具有简单、牢固、轻便、高速、免维护、成本较低的特性。可以说交流异步电机在新能源汽车中的应用是一次技术上的突破，对于电机体积缩小，功率提高，节省成本，普及应用作出了巨大贡献。

2.4永磁同步电机

随着近年来新能源汽车电机驱动控制技术的不断革新，永磁同步电机驱动系统在新能源汽车的研发、设计、生产过程中得到了更加广泛的应用。不仅获得了超过95%的利用效率，同时还可以做到体积更小、重量更轻，既没有直流电机换向器和电刷的缺点，也没有开关磁阻电机噪音大、脉冲大的缺点。目前来讲，世界范围内有很多品牌的新能源汽车都会选择使用永磁同步电机，其内部结构是由电机本体以及转子位置传感器组成的，这种电机和传感器组合的电机结构较为简单，同时也可以分为内转子外转子两个类别。外转子结构最常用在汽车车轮轮毂内部，可以实现轮驱驱动，轮驱驱动需要多台发电机同步运作，但是取消了传动系统，汽车的整体结构更加简化，对于车辆轻量化有着较为明显的提升。同时，这种转子结构还能够减少机械磨损、降低噪音，提高车辆的运行效率以及可靠性。而内转子的永磁同步电机，在新能源汽车的设计和使用过程中经常用在汽车发动机变速箱之间的位置，这种结构要求电机体量更薄，能够有效的固定在这一位置。

三、结束语

综上所述，新能源汽车是全世界都在进行研究和发展的目标，同时也能取得了一定的成效，这样有利于新能源的开发和使用，方便进行生态环境的保护。同时，新能源汽车还应该通过一定的电机驱动控制技术，更好地提高新能源汽车使用的可靠性。总之，新能源汽车具有非常广阔的发展前景，需要相关人员不断进行研究，进而推进新能源汽车的不断发展和进步。

参考文献：

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［2］程汉平.新能源汽车及电机驱动的控制技术分析［J］.时代汽车，2017（11）：45-46.

［3］吴静波，郭志军，申彦杰.关于对新能源汽车及电机驱动的控制技术的探析［J］.电子技术与软件工程，2015（18）：249.