学长福利——电动汽车电机驱动控制技术的研究现状与其发展趋势

编号：35

《电动汽车》课程论文

电动车电机驱动控制技术的研究现状及

其发展趋势

Study Status and DeveIopment Trend of

EIectric VehicIe

ControI TechnoIogy of Motor Driving

班级：车辆1103

姓名（及手机）：李朗

学号：1101504321

任课教师：郑建祥

2013年5月14号

电动车电机驱动控制技术的研究现状及其发

展趋势

摘要：当今世界上节能和环保日益受到重视，因此电动车技术的发展步伐正在加快。本文综合评述了电动车的关键技术—电机驱动技术，并对未来的发展趋势作了展望。

关键词：电动汽车；电机；驱动系统

Study Status and DeveIopment Trend of

EIectric VehicIe

ControI TechnoIogy of Motor Driving Abstract：The development of the technology for electric vehicle is speeding up，as more attentions have been paid to the world energy saving and environment protection.This article described the key technology to electric vehicle———the motor driving control system，and made a prospect for the future technology.

Key words：electric vehicle；motor；driving

1.课题背景及选题意义

由于能源和环境的压力，节能减排、以减少二氧化碳为目标的“低碳”经济的概念越来越得到全社会的认可。与内燃机汽车相比，电动汽车具有无污染、低噪声、高效率、结构简单、维修方便等优点，以其为代表的新能源汽车受到国内外的极大关注。根据 TRU Group 的预测，2015、2019 年全球电动汽车产量约为 200 万辆、425 万辆。而根据美国阿贡实验室的评估报告，电动汽车控制器约占整车生产成本的 9.5%结合以上数据分析，2015 年后全球电动汽车驱动电动机控制器所占市场份额大约为210亿元。目前，国外大部分汽车企业在电动汽车领域有充足的积累，控制策略成熟度高，整车节能效果良好，控制器产品通过市场检验证实了其可靠性，尤其美国、日本及欧洲国家所拥有的电动汽车研发技术处于世界领先水平。目前国内的车用驱动电机系统已达到了小批量生产的水平，包括上述的各种类型电机以及风冷、水冷等冷却形式，涵盖5kw～180kw功率范围。部分系统指标（如比功率和系统效率）达到了国际先进水平。系统中应用了矢量控制、直接转矩控制等控制方法,采用了Igbo等全控型电力电子器件,dsp等先进的数字处理器,can总线通讯模式等控制技术,对参数辨识,效率优化,死区补偿等专门的问题开展了有针对性的研究,取得了卓有成效的成果,有一大批车辆已在城市道路上进行示范运行。目前车用驱动电机系统尚需提高的地方:

①全运行范围内的转矩、转速控制精度,效率最优化；

②系统可靠性及耐久性尚未得到充分验证,和汽车行业的严格要求还有一定差距；

③动力总成装置的集成度不高,机电一体化不够；

④关键材料（如高性能硅钢片，绝缘材料）和关键元器件（如Igbo模块，cpu 芯片)仍依靠进口，限制了选择余地和成本降低；

⑤尚未形成完整的、满足汽车工业标准的供应商体系。虽然具备了小批量供货的能力,但产品尚未通过ts16949质量体系标准认证。

今后仍需要重点研究的内容:

①系统的集成化；

②高性能电机控制策略，电机效率优化；

③系统热管理；

④系统失效模式分析，系统可靠性、耐久性预测与快速评估方法；

⑤系统电磁兼容，环境适应性研究及试验验证，电机系统成本控制等

鉴于此，国家在《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》中明确指出开发系列纯电驱动汽车及其能源供给系统。电动机驱动控制器作为电动汽车的关键部件，其性能优劣直接影响整车的动力性与经济性。电动汽车电驱动系统应具有尽可能高的转矩密度、良好的转矩控制能力、高可靠性及在宽车速范围内的高效率。电动汽车电驱动功能的实现涉及电机、电力电子、微处理器、蓄电池、控制理论等多学科技术领域，是赶超世界汽车先进水平的核心技术。因此，对电动汽车电驱动系统的研究开发具有重要的社会意义和工程实际意义。

2.电动汽车用电机概述

相比传统汽车，电动汽车的动力通过柔性的电缆传输且驱动电机和变速器的布置多种多样，省去了联轴器和传动轴等装置因此结构较为简单。在结构上，电动汽车可分为动力能源系统、电机驱动系统和辅助控制系统，结构如图1.1所示。电机

驱动系统一般由驱动电机、控制系统（包括控制器和传感器）、减速及传动装置、车轮等组成，它是电动汽车关键部分之一。电机驱动系统通过接收控制系统发来的命令，把动力电池的能量转变为电机的机械能，经由传动系统将动力传递到车轮上，保证车辆正常行驶。电动汽车研究的最终目的以为了替代当前的燃油车，在性能上要保证车辆能够频繁的起停、加减速、乘坐的舒适性和恶劣环境的通过性等，因此对于电动汽车的驱动系统要有较高的要求：

①电动汽车用电动机应具有简单耐用、过载能力强、加速性好、转矩的动态响应快的特点。

②电动机要能实现对转矩和功率的快速平滑的响应且能满足恒转矩区和恒功率区的调速。能在起步、爬坡等低速范围运行时输出较大的恒定转矩；在额定转速以上运行时，恒功率输出，以满足超车加速等高速行驶要求，提高了调速范围。其良好的自动调速功能减轻了司机的操纵强度，达到了与内燃机车相同的加速踏板响应效果。

③电动汽车用电动机应具有再生制动功能。可以在汽车减速或下坡时，回收制动能量储存在动力电池中，提高了整车的能量利用率，也增加了车辆的续驶里程。

④为满足减少系统损耗和延长续驶里程的要求，电动汽车用电动机驱动系统效率尽量达到最优。而且电机应有较高的瞬时功率和功率密度，以满足高速行驶的需要。

⑤要求车用电机可靠性好，以适应在恶劣环境下的长期工作；便于使用与维修；尺寸和重量小，便于整车布置；价格便宜，利于批量应用。

图 1.1 电动汽车系统简图

Fig1.1 Diagram of electric vehicle system

目前，根据电动车辆所装备的电机类型，驱动系统一般可分为直流电机驱动系统和交流电机驱动系统。表 1.1 为相应的电动汽车用电机的性能比较。直流电动机的低速恒转矩和高速恒功率的特性非常适合汽车对转矩的要求并且结构简单，控