浅析纯电动汽车驱动电机及控制系统

张立东

摘 要：由于纯电动汽车的驱动电机及控制系统要求很高，且发展技术还不够成熟，严重阻碍了我国的纯电动汽车发展步伐。因此在今后的工作中，就要做到具体问题具体分析，对其存在的问题进行不断完善优化。

关键词：纯电动汽车；驱动电机；控制系统

目前国内的电机驱动系统技术较以往已有了较大进步，在我国科研工作者的努力下各类新能源汽车的需求得到了满足且我国所生产的电机驱动系统在某些方面已达到世界先进水平。即便这样，较国外成熟的驱动电机产品仍旧存在一定的差距。但是伴随着我国新能源汽车行业的飞跃式发展，国内研发的电机驱动产品较国外的差距将会逐步缩小。

一、纯电动汽车电机驱动系统中电机选择原则

1.功率高

在进行电动机选择时，要注意选择能够满足用户使用需求功率的电动机，这样才能够确保在爬坡、过山路时能够正常行驶。功率是发动机性能的直接体现，因此，在进行同类别电动机比较时，首先要考虑的是功率要高。

2.性能强

对于纯电动汽车来说，核心装置就是电机驱动系统，也就是电动机装置。在汽车行驶过程中，电动机相当于一个核心动力装置，因此电动机的性能一定要满足汽车使用的要求。主要表现在重量轻、体积小、性能好方面，这样不但能够保证用户的使用效果，还能够为汽车节省更大的空间，给用户提供舒适的环境。

3.经济可行性高

所谓经济可行性高就是指在同一标准时，要选择成本较低的电动机，这样能够达到资源利用最大化，保证客户的利益最大化。因此在选择电动机时，在保证性能的基础上，要注意控制成本。

4.辐射程度低

选择低辐射的电动机不但能够起到保护环境，降低污染的作用，最主要的是能够减少对用户的危害，提高用户的满意度。使用纯电动汽车的主要目的就是要保护环境，减少危害，因此在进行电动机选择时，要格外注意辐射程度的影响。

2. 纯电动汽车驱动电机以及控制系统分析

1.优缺点分析

在工作运行中，需要做到内部结构协调统一，其内部结构包括直流电机、交流感应电机、开关磁阻电机、永磁同步电机等。直流电机，与之前的电机没有大的区别，虽然安全可靠，但是维护成本高，维护过程复杂。交流感应电机是建立在传统的直流电机基础上发展起来的，虽然维护成本较低，维护控制比较简单，但是控制过程复杂，调速范围比较约束。对于开关磁阻电机而言，虽然运行效率高，维护成本较低，但是转矩范围较小，噪音污染大，内部结构复杂。我国的纯电动汽车应用的驱动电机，大多数为交流感应电机，还需要进一步完善优化。

2.功率电子装置分析

在纯电动汽车的控制系统中，常用的元器件有矩形脉冲断开、双极型三级管、绝缘栅双极型晶体管、绝缘栅型场效应管、新型MOS控制晶闸管等。其中绝缘栅双极型晶体管，由于结合了双极型三极管和绝缘栅型场效应管的优点，具有很大的应用优势，也是现阶段应用较为广泛的一种。其不仅运行安全可靠，而且工作效率高，维护成本较低，内部结构简单，值得在今后的应用中推广。

三、纯电动汽车电机驱动系统控制技术

新能源汽车电机驱动系统的控制主要是通过电机驱动控制器实现的，这也是

新能源汽车的重要组成部分。现在应用比较普遍的电机驱动控制器是通过永磁同步电动机调速系统实现的。在永磁同步电动机的三相绕阻上缠绕着三个正弦电流，夹角为 120 度，电流在这个结构中形成旋转后就形成了磁场，从而对电动机进行驱动。永磁同步电动机中一般存在有正弦磁场和转子磁场。其中转子磁场由转子磁极构成，转子磁极由稀土永磁体组成，稀土永磁体在空气中会产生正弦次长，稀土永磁体在主要的固定位置，因此，在矢量控制过程中，同步旋转轴系应该与转子旋转轴系在同一位置，此为电机驱动系统控制原理。

四、电机驱动技术发展存在的问题

1.驱动电机控制器

①制动时：电动机做发电机运行将动能变为电能产生三相交流电，经逆变器变为直流电反馈回蓄电池，进行再生制动。

②运行方向控制：通过改变逆变器中控制模块的导通顺序就可以改变输出三相交流电的相序，即改变了三相异步电动机定子三相绕组所接交流电的相序，三相异步电动机反转，从而改变汽车的运行方向。

③运行速度控制：采用脉宽调制控制改变逆变器输出的三相交流电的电压和频率就可以改变电机的转速，从而对汽车进行调速。

④驱动与制动控制：通过改变逆变器输出三相交流电的频率，改变三相异步电动机的转差频率的正负，控制三相异步电动机是处于电动机状态还是发电机状态，从而控制汽车的驱动和制动。

2.驱动电机

①直流电机：国内企业已对其控制技术完成了优化改进，它的性能在各方面都进行了改进完善，但由于其后期维护成本、体积及功率密度等问题难以得到有效解决，目前新开发的新能源电动车型中已基本不再采用此类型驱动电机。

②交流异步电机：国内大部分交流异步电机生产企业已具备了自主开发、批量生产、试验及服务的实力。

③永磁同步电机：国内的电机生产企业已具备了完整的产品开发和生产制造的能力和规模，基本技术指标已接近国际水准。

④开关磁阻电机：现今开关磁阻电机在我国新能源纯电动汽车上的应用较少，我国在开关磁阻电机上的研发能力不足，生产出来的开关磁阻电机因噪声高等缺陷而无法实现广泛应用。

我国经过十几年的发展之后，在新能源纯电动汽车的应用方面，已经完全掌握了驱动电机及其控制器设计生产制造，我国的生产能力完全能够满足生产需求，而且我国还有部分企业的产品也在对外出口。总体来看，我国驱动电机行业已取得了较大进步，相同功率等级下的主要参数方面均接近世界先进水平。

2. 纯电动汽车驱动电机及控制系统的未来发展趋势

1.集成化方向

虽然纯电动汽车是依靠电机系统进行运行，不需要变速箱的应用。但是通过变速箱的应用，能够有效强化车辆的牵引效率。再加上其控制系统需要实现各种能量的转换与控制，因此在今后的发展中，就需要借助相关技术，实现控制系统的集成化，促使控制过程更加简单。

2.一体化方向

电动汽车动力性能的优劣直接反应在电机驱动系统上。高转速轻量化的电机系统对电动汽车的动力性能的提升有很大的帮助，在提升电机系统性能的同时还要有效控制其生产成本，通过将驱动电机、控制器与减速器的一体化来减小驱动系统的重量和体积，从而在根本上控制生产成本。

3.智能化方向

对于纯电动汽车而言，电机系统以及控制系统非常重要。要想实现汽车的安全、平稳、可靠运行，就需要实现故障的自动诊断、自动监测、自动保护等。因此在未来的发展中，需要朝着智能化方向发展，以有效保障电机系统以及控制系统的安全。

结束语：

伴随着我国电动汽车行业的大力推行，大批的研发机构和生产企业也随之涌现，虽然当前的发展存在艰苦和曲折，但是我国发展电动汽车的决心却不会因此而动摇。现今我国的市场主流车辆仍然是传统燃油车，但是随着可持续发展和绿色发展的提出，清洁环保的电动汽车势必将会取代传统的燃油车。伴随着相关技术产业的发展，电动汽车终将会遍布到世界的各个角落。

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