新能源汽车电机驱动系统关键技术展望研究

新能源汽车电机驱动系统关键技术展望研究

章亮

奇瑞商用车(安徽)有限公司

摘要：随着我国绿色、协调、可持续的发展目标的提出，我国政府及汽车行业对新能源汽车的重视程度进一步提高，新能源汽车已经成为当前时代经济社会发展的焦点之一。但新能源汽车仍存在诸多技术难关尚未攻破，就目前的发展现状而言，传统能源汽车依然占据汽车市场的主流，新能源汽车尚未得到真正的普及与应用。基于此，本文从新能源汽车电机驱动系统的角度入手，针对电机驱动系统的关键技术展开合理探讨。

关键词：新能源汽车；电机驱动；技术展望

引言：作为新能源汽车的重要动力装置，长期以来，针对新能源其策划电机驱动系统的研究就从未停止，国内外研究学者都就这一系统展开过多项研究，并切实取得了一些具有建设性和创新性的研究成果。但根据本文对现有研究文献的梳理与总结发现，目前大部分学者的研究都集中在某一项技术这一微观领域，却鲜有人从宏观角度对电器驱动系统的关键技术展开研究与分析，从这一角度来讲，本文的研究内容具有较高的创新意义和研究价值。

一、新能源汽车概述

（一）新能源汽车的基本概念

新能源汽车所使用的新能源，简单来说就是除石化能源外的一切清洁能源，很多人会将新能源汽车狭义地理解为电驱动汽车，但事实上二者是包含关系，虽然当前环境下电动汽车的使用频率相对较高，但新能源汽车包含还有很多分类，要对新能源汽车电机驱动系统展开研究，就必须正确理解系能源汽车的概念内涵，才能正确界定其所使用的电机驱动系统。

（二）新能源汽车的优势

相较于传统能源汽车，新能源汽车的优势是十分明显的，具体而言，新能源汽车具备以下几点优势：

第一，新能源汽车的降噪性能更强。新能源汽车的驱动方式与传统能源汽车完全不同，其不以内燃机作为主要的动力源，电机驱动相较于内燃机而言振动频率更小，噪声也更小，通过其他降噪技术的加持，新能源汽车可以将噪音和震动限制在一个很小的范围内，这对于提升汽车的驾驶体验和安全性能来说具有很大优势。

第二，新能源汽车更为绿色环保。这是新能源汽车最突出的优势，其采用的能源是可再生的清洁能源，可以有效缓解石化能源紧缺问题，同时，汽油柴油等石化能源燃烧后还会产生大量空气污染物和碳排放，新能源汽车则从根本上解决了之一问题，因此新能源汽车在节能、减排、环保方面具有突出优势。

二、驱动控制器关键技术

（一）功率半导体器件技术

当前的功率半导体技术正向着宽禁带半导体和定制化模块封装、双面冷却集成等方向发展，但就目前的发展状况而言，上述技术的研究并不成熟，影响上述技术应用的关键点在于成本因素，出于成本考虑，上述技术在驱动控制器中尚未得到全面应用，目前新能源汽车仍然采用传统的硅基绝缘栅双极型晶体管，由于其制造成本极低，可以预见的是，在未来的一段时间内硅基绝缘栅双极型晶体管依然会是最主流的功率半导体器件。

（二）智能门极驱动技术

智能门极驱动技术的发展应当是与功率半导体器件技术相适应的，要能跟上功率半导体器件技术的发展速度。目前最常用的智能门极驱动技术就是IGBT门极驱动，该技术具备完善的隔离、驱动和保护功能，可以满足当前驱动控制器对智能门极驱动的各项技术需求。而对于该技术的未来发展，目前有两个研究方向，一是主动门极的控制和监控装置的诊断。主动门极控制主要依赖于设备所处环境，要实现主动门极控制，就要未IGBT门极驱动设计完善的实时控制程序，使其可以实时监测环境因素变化并进行主动的门极驱动[1]。二是要独立对待开通和关断过程的门极调控，这是为了提高门机驱动的智能化水平，以减少不必要的开关活动，以避免大量的反复开关而对驱动控制器带来不良影响。

（三）功率组件集成设计技术

目前的功率组件集成设计技术主要采用的是模块封装技术，这种技术的应用就是为适应新能源汽车驱动控制器的内在要求，技术人员会对组件模块进行定向设计，以提高其针对性和实效性。但随着集成技术的不断发展，目前已经有研究人员开始尝试将功率半导体器件同其他电子元件相结合，而就目前的技术发展水平而言，其具备一定的可行性，同时这种结合也具有一定优势。因此，本文认为器件的集成系统是功率组件集成设计技术的未来发展方向。器件集成系统主要有两方面内容，一是物理集成，就是要将各部分器件的参数调整到一个平衡的状态，以使驱动控制器内的机、电、热、磁设计方案处于理想化状态。二是需求集成，这一集成系统的设计是由新能源汽车的功能需求所决定的，与物理集成不同，其不追求参数的平衡状态，其更强调提升新能源汽车的性能指标。

三、驱动电机的关键技术

（一）扁铜线技术

目前的扁铜线技术是存在较多缺陷的，虽然扁铜线的散热速度快，损耗率低，从长远来看是有其特殊优势的，但就目前的技术水平而言，在大功率驱动电机中的扁铜线却又很大的技术缺陷，其绕组的环流损耗更大，同时使用寿命也更低，扁铜线经过反复弯折之后会出现严重的损坏和缺口，这也极大地限制了扁铜线的应用空间。扁铜线定子绕组如下图（图1）所示：

图1发卡式(扁铜线)定子绕组

因此，对于扁铜线技术，其未来发展方向应当是集中全部精力和资源攻克其自身缺陷，打破该技术的局限性，这是降低新能源汽车能源损耗率的重要途径。

（二）多相永磁电机技术

    多相永磁电机技术具有独特的技术优势，其在相同的输出功率之下，具有更小的转矩脉动和更强的容错能力，这使得其在降噪、减震方面具有突出优势。而随着新能源汽车的不断发展，消费者对新能源汽车的性能与质量要求也会越来越高，低噪声和低震动本就是新能源汽车的优势和卖点，因此未来的新能源汽车必然会继续提升其优势，而多相永磁电机技术的应用频率也会进一步增高。

（三）永磁同步磁阻电机技术

永磁同步磁阻电机技术简单来说就是将永磁同步电机和磁阻电机结合起来，以使这一结合体具备两种电机的技术优势。而该技术的优势在于其磁链很小，而磁阻转矩又很大，这就是得该电机可以使用少量稀土甚至是完全不使用稀土，这无疑可以大大降低电机得制造成本[2]。永磁同步磁阻电机具体样式如下图（图2）所示：

图2 车用永磁同步磁阻电机

但与之相对的，该项技术与传统的电机技术相比，其工艺要更为复杂，材料成本虽然降低了，但其工艺成本提升了，要使该技术得到有效应用，就必须克服这一问题，进一步简化其工艺，这是该技术未来的发展方向。

（四）轮毂电机技术

轮毂电机技术也是当前新能源汽车研究焦点之一，轮毂电机技术的多样性是很高的，其有很多分支技术，但根据本文对现有研究文献的梳理发现，目前国内外各企业和研究机构的研究重心都放在外转子轮毂电机技术上，这是因为该技术具有很明显的技术优势，能够实现四轮分布驱动，从而有效提高新能源汽车的动力和稳定性。但与此同时，该技术的缺陷也是十分明显的，电机散热差、防水性能差等等问题都影响这该技术的应用，对于该技术的研究应将重点放在对其问题与缺陷的解决方面。
结论：综上所述，随着新能源电机驱动技术的不断发展，新能源汽车的优势会进一步展现出来，而基于其特有优势以及我国当前发展需求，新能源汽车的大范围应用是完全有可能的，而要实现之一目标，就需要对其关键技术进行进一步优化与发展。基于此，本文针对电机驱动系统中的驱动控制器和驱动电机这两个关键部分的关键技术加以分析，指出其技术缺陷和未来发展方向，对其发展前景进行合理探讨，以期为相关研究提供一条新的研究思路。
参考文献：

[1]丁大尉,王高林,张国强,徐殿国.三相供电交流电机驱动系统无电解电容控制技术综述[J].电气工程学报,2021,16(04):2-11.

[2]田梦杰. 面向轮毂电机驱动汽车的预稳定控制策略研究[D].吉林大学,2022.