新能源汽车驱动电机系统的优化设计及控制技术研究

《北京汽车》2009.No.3北京汽车文章编号：1002-4581（2009）03-0021-04电动汽车用驱动电机控制系统研究肖平1冯能莲2XIAOPing1，FENGNeng-lian2（1.安徽工程科技学院先进数控和伺服驱动技术安徽省重点实验室，安徽芜湖241000；2.北京工业大学环能学院，北京100022）摘要：驱动电机的控制技术是电动汽车的关键技术之一，对整车性能有决定性的影响。文中针对电动汽车的要求对直流驱动电机的控制系统进行研究，完成了控制系统软硬件设计。采用智能功率模块IPM作为强电回路的主要功率器件，设计中采用软件滤波和光电隔离的措施以提高系统的抗干扰能力，采用模糊PI调节对电枢电流和励磁电流进行闭环控制。试验表明，所设计的控制系统能够满足电动汽车的行驶要求，为进一步进行电动汽车的研究奠定了基础，积累了一定的技术经验。关键词：电动汽车；直流电机；控制；设计；模糊PI中图分类号：U469.72:TM331+.3文献标识码：A自从电动汽车面世以来，就有了电机驱动系统。电机驱动系统是电动汽车的心脏。它的任务是在驾驶员的控制下，将蓄电池的电能转化为车轮上的动能，或者将车辆上的动能反馈到蓄电池中[1]。电动汽车对电机驱动控制系统的基本要求是：有4~5倍的过载动力以满足短时加速行驶和最大爬坡度的要求；电机应根据车型、车辆的行驶规律进行设计；要求有较高的功率密度和好的效率图（在较宽的转速和转矩范围内都有较高的效率），从而能够降低车重，延长续驶里程；为使多电机协调运行，要求电动汽车驱动电机可控性高、稳态精度高、动态性能好[2]。目前，在电动汽车上运用的电机驱动系统主要有直流电机驱动系统、异步电机驱动系统、开关磁阻电机驱动系统、永磁电机驱动系统。异步电机有结构简单、电机成本低等优点，但有驱动系统的控制复杂，不易达到宽范围的恒功率调速的缺点；开关磁阻电机有效率高、成本低等优点，但是电机驱动系统有转矩脉动，噪声大并且使用位置传感器增加了结构复杂度，降低了可靠性等缺点；永磁电机具有功率密度高、在宽速度范围内运行效率高等优点，但有驱动系统电流损耗大，永磁体有退磁问题,有转矩脉动，工作噪声大等缺点。与这3种电机驱动系统相比，直流驱动系统具有成本低、调速性能好(平滑和精确)、控制器简单、控制相对成熟等优点，同时直流电机还具有起动转矩高和宽恒功率调速范围，适合在牵引领域应用等优点；因此，本课题研究的电动汽车采用直流电机驱动系统，尽管它存在机械换向器所引起的效率低、转矩脉动大等缺点[3]，但是由于设计中采用了直流斩波技术，使得直流电机的功率因数、工作效率、动态性能和转矩脉动性得到明显改善，因此设计中的直流电机能够满足电动汽车的工作要求。1驱动电机控制系统硬件设计文中所研究的电动汽车，电池为水平铅布电池，单体电池容量85Ah，额定电压216V（单体电池电压12V×电池数18）；驱动电机采用45kW他励直流电机，其控制系统硬件设计包括电机的·电动汽车用驱动电机控制系统研究·

新能源汽车驱动电机技术研究

新能源汽车是近几年来快速发展的领域。与传统内燃机驱动汽车相比，新能源汽车有着更优秀的环保性能，减少了对自然环境的污染，也是解决气候变化问题的一种手段。随着政府各种政策的支持，新能源汽车的销售量也在逐年增加。而随着电动汽车的普及，驱动电机技术的研究也变得越来越重要。

一、电动汽车的驱动电机技术发展历程

电动汽车的发展前景一直备受关注，但由于电动汽车的驱动电机技术一直较为落后，限制了电动汽车的发展。而在长期的发展中，驱动电机技术也经历了几个阶段的发展。

1. 直流电机阶段

最早的电动汽车使用直流电机作为驱动电机，这种电机通常是由可逆的电池组提供动力，在使用过程中具有很高的效率。但是，直流电机需要使用大型的电容器存储电能，使得电机效率受到了较大的限制。

2. 交流电机阶段

随着电子技术的进步，现代的电动汽车大多采用交流电机作为驱动电机，这种电机相对于直流电机来说，功率密度更高，效率更高，也更加具有抗干扰技术。但是，交流电机的控制技术相对而言更加复杂，电机的可靠性也受到了比较严重的制约。

3. 磁共振电机阶段

磁共振电机是电动汽车领域的新一代驱动电机技术。这种电机基于磁共振理论，能够实现高效、高功率且低噪音的驱动效果。磁共振电机的应用在电动汽车上，具有当世所有电机中最高的功率密度，支持从几马力到几百马力的所有级别的电动汽车，是未来发展的趋势。

二、新能源汽车驱动电机技术的研究现状

1. 驱动电机的设计研究

电动汽车的驱动电机系统由多种关键部件组成，如电机、电控器、变速器等。在新能源汽车生产中，为保证驱动电机的实际性能与设计同步，需要开展一系列研究设计工作。此外，电动汽车驱动电机还是一个系统集成的过程，需要各项技术协同工作，特别需要加强底盘、悬挂、转向等配套技术工作的研究。

2. 驱动电机的控制研究

电动汽车驱动电机的控制系统是整个汽车系统的关键部件之一。目前，通过动态系统模型的分析和仿真，大量研究表明，通过优化和改进控制算法、提高控制精度，可以改善电动汽车动态性能和经济性能，降低能源消耗和排放量。

TECHNOLOGY AND INFORMATION信息化技术应用

科学与信息化2019年8月中 43浅析新能源汽车电机驱动系统控制技术陈醒中国电子科技集团公司第二十七研究所 河南 郑州 450000摘 要 普通汽车目前主要以汽油、柴油为主要动力，因此燃烧时所产生的汽车尾气对环境产生很大的污染，且随着车辆越来越多，对石油、汽油的使用压力也越来越大，而新能源汽车正好可有效解决这些问题。电机驱动系统控制技术作为新能源汽车的核心技术，有效加强电机驱动系统控制技术研发，可大力促进新能源汽车推广和发展，本文对新能源汽车电机驱动系统控制技术相关概念进行阐述，并对新能源汽车电机驱动系统控制技术进行分析和评价。关键词 新能源汽车；电机驱动系统；控制技术前言近年来，我国经济发展速度空前绝后，但经济发展的同时，给环境也造成了很大影响，其中汽车尾气是主要污染源之一，为了有效保护环境，缓解不可再生能源大量使用压力，各方一直在努力发展新的可再生能源，此时新能源汽车就出现在观众视野，但由于目前相关技术还不是十分成熟，例如电机驱动系统控制技术，严重影响了新能源汽车的推广，需要各方进一步完善相关技术，本文新能源汽车电机驱动系统控制技术做简要分析。1 新能源汽车的相关概述（1）新能源汽车的概念。所谓新能源汽车就是以天然气、太阳能等可再生能源为主要动力，与烧柴油、汽油的普通汽车相比，新能源汽车尾气排放较少的大气污染物，且极大降低人类对不可再生能源的依赖程度，有效缓冲了不可再生能源压力。近几年来，我国新能源汽车发展虽取得一定成果，但是与发达国家相比，我国新能源汽车发展还有很大的空间，为了有效加强新能源汽车发展速度，我国政府出台了很多优惠政策，进一步促进新能源汽车有关技术的研发[1]。（2）新能源汽车与普通汽车相比的优势和劣势。新能源汽车与普通汽车相比：第一动力不同，新能源汽车主要依靠太阳能、天然气，而普通汽车依靠柴油、汽油，因此新能源汽车比普通汽车更环保；第二车体构造原理不同，新能源汽车构造更加合理，有效加强能源利用率，减少噪音污染，提高使用寿命，保障驾驶安全。由于新能源汽车这些诸多优点，受到各方关注和喜爱。但我国目前新能源汽车相关技术不成熟，还存在很多缺陷，如动力不足、持续运行时间不长、添加能源程序复杂以及日常维修保养技术要求高等。新能源汽车日常维修保养技术要求高的原因是因为其特殊构造，目前市面上关于汽车维修保养技术都是针对普通汽车，当对象是新能源汽车时，这种技术将不适应，需要加以改善[2]。2 新能源汽车电机驱动系统控制①新能源汽车电机选择原则。据最新官方调研结果可知，目前新能源汽车的运行效果较之前来说更好，逐渐显示新能源汽车的优势，市场推广效果也更佳，为了充分发挥新能源汽车的优势，应该合理选择电动机。电动机的选择应与实际情况相匹配，如用户需求、道路状况等，并优先考虑电动机的经济性和运行可靠性两个因素，具体选择原则如下：a.电动机各性能参数符合标准，在此基础上尽可能选择重量轻、动力足、规格小的电动机，与目前所推崇的各项设备向精细化发展方向一致，增大汽车使用空间，给予用户更好的体验。b.电动机的功率满足不同用户需求，如经过复杂地区或爬坡，此时电动机需要保障充足的动力，且尽可能选择高转速电动机。c.应选择电磁辐射较低的电动机，因为新能源汽车设计之初就是为了减少环境污染，缓解石油等不可再生能源压力，因此选择对环境污染较小的低电磁辐射电机。d.在电动机各项安全性能参数达标的基础上，选择更加经济的电动机，因为成本越低新能源汽车才更容易普遍推广。除此之外，新能源汽车电机还需增强电机驱动控制[3]。②电机驱动控制器。电机驱动控制器技术是新能源汽车研发的核心，它主要是通过调节永磁同步电动机转速来实现的，它的运行机制是在永磁同步电动机上通入连接夹角为120度的三相正弦电流，经电流在气隙中形成磁场，其中永磁同步电动机的转子磁极是由稀土永磁体组成，它能形成固定在转子位置的正弦磁场。解耦控制就是通过定子磁场带动转子磁场旋转而实现。3 新能源汽车电机驱动系统控制技术评价①电机驱动系统更符合时代发展需求。新能源汽车是在普通汽车基础上发展的，既有普通汽车的基本使用性能，又在某些方面更优于普通汽车，例如节能、环保这些特性，与目前国家走绿色可持续发展道路是相辅相成的，而电机驱动系统又是新能源汽车的核心技术，因此新能源汽车电机驱动系统更符合时代发展的需求。但由于目前我国还是处于社会主义初级阶段，与国外相比还是有较大差距，因此需要加大人力、物力和财力去研发该技术，争取符合更多用户需求，如安全性能需求、经济性需求等[4]。②电机驱动系统控制技术发展方向。近年来，我国新能源电机驱动系统控制技术虽然取得一定成绩，但是还有很大上升空间，特别是电机驱动技术、电磁驱动的机型，例如目前市场上新能源汽车以混合动能为主，因此以新能源代替混合型能源或传统能源为主要发展方向[5]。4 结束语目前新能源汽车是社会发展的热门话题，也符合时代绿色可持续发展要求，不仅有效减少汽车尾气排放，保障环境质量，还有效缓解石油等不可再生能源使用压力。电机驱动系统控制技术作为新能源汽车核心技术，对其进行深入研发可有效促进新能源汽车的推广。本文从新能源汽车发展背景引入主题，首先对新能源汽车概念和新能源汽车的特点进行阐述，其次对新能源汽车电机选择原则和电机驱动控制器进行分析，最后对新能源汽车电机驱动系统控制技术进行评价。参考文献[1] 丁荣军,刘侃.新能源汽车电机驱动系统关键技术展望[J].中国工程科学,2019,(03):56-60.[2] 陈跃.新能源汽车电机驱动系统控制技术分析[J].南方农机,2019,50(09):235.[3] 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,(22):45-46.[4] 王学军,王艺贝,闫琳.新能源汽车关键技术及其创新路径选择——以电机驱动系统技术为例[J].科技和产业,2017,17(09):70-74.[5] 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.作者简介陈醒（1988－），男，河南省郑州市人；助理工程师，现就职单位：中国电子科技集团公司第二十七研究所。 科学与信息化 8月中 内文 -印后改.indd 432019/8/19 10:57:34

新能源汽车电机驱动系统关键技术展望研究

作者：翟羽

来源：《时代汽车》2019年第21期

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。