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電動汽車電機控制器原理及技術(shù)發(fā)展趨勢

一、電機及控制器的原理

電機及控制器的原理見圖1。電機驅(qū)動汽車前行,而電機控制器驅(qū)動電機工作。電機控制器由逆變器和控制器兩部分組成。逆變器接收電池輸送過來的直流電電能,逆變成三相交流電給汽車電機提供電源??刂破鹘邮茈姍C轉(zhuǎn)速等信號反饋到儀表,當(dāng)發(fā)生制動或者加速行為時,控制器控制變頻器頻率的升降,從而達到加速或者減速的目的。


圖1 電機及控制器的原理 

二、電機控制驅(qū)動系統(tǒng)分類

電動汽車的負載是隨機變化的,具體表現(xiàn)為,車輛行駛方向有前行和倒退,有加速和減速。電機控制驅(qū)動系統(tǒng)的基本功能是控制電機的工作,確保汽車的前行和倒退、加速和減速自如?;痉诸?

①直流電機驅(qū)動系統(tǒng): 一般采用脈寬調(diào)制(PWM)斬波控制方式,其特點是控制技術(shù)簡單、成熟、成本低,但效率低、體積大等。 

②交流感應(yīng)電機驅(qū)動系統(tǒng): 一般采用脈寬調(diào)制(PWM)斬波控制方式,高壓直流到三相交流的電源變換,采用變頻調(diào)速方式實現(xiàn)電機調(diào)速,采用矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制策略實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)矩控制的快速響應(yīng)。 

③交流永磁電機驅(qū)動系統(tǒng):目前主流的是采用PWM方式實現(xiàn)高壓直流到三相交流的電源變換,采用變頻調(diào)速方式實現(xiàn)電機調(diào)速,其低速轉(zhuǎn)矩脈動小且高速恒功率區(qū)調(diào)速更穩(wěn)定。

目前大部分純電動汽車用的是永磁同步電機,采用稀土永磁體勵磁,與感應(yīng)電機相比不需要勵磁電路,具有效率高、功率密度大、控制精度高、轉(zhuǎn)矩脈動小等特點。 

三、電動汽車電機控制器基本趨勢是集成

目前城市配送電動車電機控制器已經(jīng)做到“五合一”水平,代表發(fā)展方向。目前的產(chǎn)品有5大類:

①單主驅(qū)控制器、輔件三合一控制器(集成:EHPS控制器+ACM控制器+DCDC);

②輔件五合一控制器(集成:EHPS控制器+ACM控制器+DCDC+PDU+雙源EPS控制器);

③乘用車控制器(集成:主驅(qū)+DCDC);

④物流車三合一控制器(集成:主驅(qū)+DCDC+PDU);

⑤物流車五合一控制器(集成:主驅(qū)+EHPS控制器+ACM控制器+DCDC+PDU)。

四、多合一的電機控制器功能介紹

①基本功能:通過逆變橋調(diào)制輸出正玄波來驅(qū)動電機;

②配電回路:為集成控制器其他部分提供配電,如TM接觸器、熔斷器、電空調(diào)回路供電、電除霜回路供電等等;

③IGBT驅(qū)動回路:接收控制信號,驅(qū)動IGBT并反饋狀態(tài),提供電壓隔離以及保護;

④輔助電源:為控制電路提供電源,為驅(qū)動電路提供隔離電源;

⑤DSP電路:接收整車控制指令,并提供反饋信息,檢測電機系統(tǒng)傳感器信息,根據(jù)指令傳輸電機控制信號;

⑥結(jié)構(gòu)與散熱系統(tǒng):為電機控制器提供散熱,提供控制器安裝支持,提供控制器安全防護。

五、電動汽車電機控制器技術(shù)發(fā)展趨勢

①高安全性,這個是基本要求。集成功能越來越多,安全要求越高。

②高功率密度化。外形體積隨分裝向小型化發(fā)展。

③高壓化是基本趨勢。GBT的方向是650V IGBT的設(shè)計往更高的750V以及1200V 。

④EMC等級越來越高。接下來要做到class5水平。

六、小結(jié)

發(fā)展電動汽車,電控部分的技術(shù)含量是很高的,尤其是電機控制器,目前中國在電機控制器的集成方面進步是相當(dāng)快的,但是關(guān)鍵的電子器件(如IGBT)主要還要依靠外商提供。

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