新能源汽車電機驅動控制技術研究

王小林

摘 要：電氣驅動控制作為新能源汽車中最為關鍵的部分之一，其與新能源汽車的運行穩定性和安全性密切相關。同時在當下新能源汽車的競爭中，電機驅動控制技術的先進性和應用效果，也直接影響了相關新能源企業的競爭力和市場份額。因此文章就對當下新能源汽車電機驅動的選擇原則以及三種電機驅動控制技術的原理和應用展開了分析研究，以供參考。

關鍵詞：新能源汽車 電機驅動控制 技術原理 發展趨勢

1 電機驅動控制技術概述

電機驅動控制技術是新能源汽車中的核心技術之一，主要用于實現車輛的動力傳遞和操控。電機驅動控制器通過控制電機的轉速和轉矩，使車輛在不同工況下實現穩定的驅動力和行駛力，保證車輛的加速、減速、爬坡、倒車等行駛功能的實現。同時，電機驅動控制器還可以對電池的充電和放電進行控制，以保證電池的安全性和壽命。在新能源汽車中，電機驅動控制器實現了電力驅動系統的高效、靈活、可靠的控制，提高了車輛的性能和舒適度。隨著新能源汽車技術的不斷發展，電機驅動控制器也在不斷升級和優化，如采用新型功率半導體器件、智能控制策略和高性能控制算法等，以進一步提高車輛的動力性能和節能效果。隨著新能源汽車的逐漸普及，對電機驅動控制器的要求也越來越高[1]。為了提高車輛的性能和安全性能，需要不斷對電機驅動控制器進行優化設計和技術升級。同時，還需要對電機驅動控制器的電磁兼容性和可靠性進行充分研究和測試，以確保車輛的正常運行和安全性能。

2 新能源汽車電機驅動的選擇原則

合理進行電動驅動的選擇，對于提高新能源汽車的運行效率有著極其重要的作用和意義。在現階段可以圍繞以下幾點進行新能源電機驅動的選擇：

（1）匹配性。根據車輛的使用場景和需求，選擇與電機相匹配的驅動器，以保證車輛的動力性能和能耗表現。同時，也應考慮驅動器的質量和可獲得性。

（2）控制策略?？刂撇呗詫囕v的駕駛體驗、能耗表現和安全性能都有重要影響。選擇具有先進控制策略的驅動器，如矢量控制、轉矩控制等，以提高車輛的性能和舒適度。

（3）電壓等級。驅動器的電壓等級應與電池組的工作電壓相匹配，以保證車輛的正常運行和電池組的安全性。

（4）穩定性。驅動器的穩定性能直接影響著車輛的運行效率和可靠性。應選擇穩定性高、可靠性好的驅動器，以保證車輛的安全性能和壽命。

（5）節能性。驅動器的節能性能也對車輛的使用成本產生影響。選擇具有節能性能的驅動器，如智能啟停、制動能量回收等，以提高車輛的節能性和續航里程。

（6）技術創新。隨著新能源汽車技術的不斷創新，驅動器的技術和控制算法也在不斷升級和改進。選擇具有技術創新性和前瞻性的驅動器，以保證車輛的性能和競爭力。

3 新能源汽車電機驅動控制系統分析

新能源汽車電機驅動控制系統主要由電機控制器、驅動電機、電子換擋操縱裝置、加速踏板組成，還包括高壓電線、信號線和冷卻系統。其中，電機控制器、驅動電機和電子換擋操縱裝置是新能源汽車電機驅動控制系統的主要組成部分，它們協同工作實現車輛的動力傳遞和操控。各組件的詳細分析如下：（1）電機控制器是新能源汽車電機驅動控制系統的核心部件，主要用于控制驅動電機的轉速和轉矩，同時還可以控制電池的充電和放電。電機控制器通過采集車輛的動力需求信號和駕駛模式信號，生成驅動電機的控制信號，以實現車輛的穩定驅動力和行駛力[2]。（2）驅動電機是新能源汽車電機驅動控制系統中的執行部件，用于將電池的電能轉化為機械能，為車輛提供驅動力。驅動電機的主要性能指標包括轉速、轉矩、效率、功率密度等，根據不同的使用場景和需求，選擇不同的驅動電機以實現車輛的綜合性能表現。（3）電子換擋操縱裝置是新能源汽車電機驅動控制系統中的重要組成部分，用于實現車輛的自動換擋和駕駛模式選擇。電子換擋操縱裝置通過采集車輛的行駛信號和駕駛模式信號，根據預設的換擋策略和駕駛模式，自動控制驅動電機的轉速和轉矩，以實現車輛的平穩換擋和駕駛體驗。（4）加速踏板是新能源汽車電機驅動控制系統中的輔助控制部件，用于控制車輛的加速和巡航速度。加速踏板的位置信號被送給電機控制器，電機控制器根據加速踏板的位置信號生成驅動電機的控制信號，以實現車輛的加速和巡航速度控制。（5）除了上述主要組成部分外，新能源汽車電機驅動控制系統還包括高壓電線、信號線和冷卻系統等輔助組成部分。高壓電線用于連接電池組和驅動電機，傳輸電能；信號線用于連接各個控制部件，傳輸信號；冷卻系統用于控制電機控制器的溫度，保證其正常工作?？傊?，新能源汽車電機驅動控制系統是一個高度集成的控制系統，各個組成部分協同工作，實現車輛的動力傳遞和操控。電機控制器、驅動電機和電子換擋操縱裝置是該系統中的核心部件，直接影響著車輛的動力性能、能耗表現和駕駛體驗。

4 新能源汽車中各類電機驅動控制技術分析

4.1 直流電機驅動技術

直流電機驅動技術曾經是新能源汽車中的主流技術之一，但隨著永磁同步電機驅動技術的發展，直流電機驅動技術正在逐漸被替代。但是一些低速電動汽車和老年代步車仍然使用直流電機驅動技術。直流電機是一種用電來驅動轉動的電機，直流電機的基本構成包括定子、轉子、電刷、機座和端蓋。與直流電動機類似，定子部分由主磁極、換向極、機座和電刷裝置等組成，轉子部分由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器等組成。其基本原理是利用電勢差的作用力原理，通過改變電機的電勢差或電流方向，以實現轉動的目的。在直流電機中，電勢差的作用力方向是固定的，因此需要不斷地改變電機的電勢差或電流方向來實現連續的轉動。直流電機具有啟動轉矩大、效率高、調速范圍廣、可靠性高、維護成本低等優點，因此在新能源汽車中得到廣泛應用[3]。在新能源汽車中，直流電機驅動技術主要用于驅動車輛的動力系統，包括驅動車輪、壓縮機、水泵等。其中，驅動車輪是直流電機驅動技術的核心應用，通過控制電機的電勢差或電流方向來實現車輛的加速、減速、轉向等動作。同時，在新能源汽車中，直流電機驅動技術還用于充電和放電，即通過控制電機的電流方向來實現電池的充電和放電。但是直流電機驅動技術在具體應用中也會出現一些限制和缺陷，比如直流電機的空氣冷卻能力有限，因此在工作中會產生較多的熱量，影響穩定的運行；直流電機的拓撲構造，在車輛運行速度快的時候，無法實現剎車輸出，會影響穩定性運行；直流電機對電源要求較高，停電和切換電源會影響直流電機的運行性能。受磁場干擾等等，這就要求在今后需要進行進一步的技術研究和完善。

4.2 交流異步電機驅動技術

交流異步電機主要應用于新能源汽車中的主驅電機和輔助電機。在純電動汽車中，交流異步電機通常作為主驅電機，可以為車輛提供高效的動力輸出，并能夠實現較長的續航里程；在混合動力汽車中，交流異步電機通常作為輔助電機，與發動機協同工作，提高燃油效率；在插電式混合動力汽車中，交流異步電機通常作為動力回收裝置，能夠有效地將能量回收并儲存到電池中。交流異步電機基本構成為定子、轉子、軸和保護罩，如圖1所示。定子是電機磁路的一部分，并在其上放置定子繞組。定子鐵芯是電機磁路的一部分，并在其上放置定子繞組。定子繞組是電機的電路部分，通入三相交流電，產生旋轉磁場。轉子是電機磁路的一部分，通過轉軸連接。轉子鐵芯是電機磁路的一部分，在轉子外圓沖有均勻分布的槽，用以嵌放轉子繞組。轉子繞組和定子繞組一樣，由三個在空間互隔120°電角度、對稱排列的結構完全相同的繞組連接而成。保護罩用于保護定子、轉子、軸等部件。在新能源汽車中，交流異步電機驅動技術的原理是利用定子提供旋轉磁場，交流異步電機要驅動提供扭矩，需要在定子線圈中通入三相交流電，產生不斷旋轉的磁場。旋轉磁場的轉速取決于磁極對數和電源頻率，可以通過改變電流方向和頻率來改變旋轉磁場的轉向和速度，從而改變轉子的轉動方向和轉速，這樣就可以通過控制電機的電流方向和頻率來實現車輛的加速、減速、轉向等動作[4]。該技術具有結構簡單、維護成本低、效率高、適應性強等優點，因此在新能源汽車中得到廣泛應用。但是交流異步電機驅動技術也存在著一些不足和缺點，比如由于轉子的轉速與定子旋轉磁場的旋轉速度存在轉差率，所以調速性能相對較差；電機進行轉矩調節時，定子和轉子之間的磁場相互作用會產生轉矩脈動，這會導致電機震動和噪音；交流異步電機需要使用定子、轉子、電刷等復雜的機械結構，而且需要三相交流電源進行供電，電機的復雜性和成本抑制了其在實際應用中的效果，因此在今后需要通過新型電機控制策略和驅動電路、優化電機設計和制造工藝等方面入手來進一步優化完善電機結構，提高電機運行控制效果。

4.3 永磁同步電機驅動技術

永磁同步電機驅動技術在當下新能源汽車中的應用現狀非常廣泛。在新能源汽車市場中，永磁同步電機已經成為了主流電機之一。這是因為永磁同步電機具有許多優點，例如高效節能、輕量化、高可靠性等。這些優點非常符合新能源汽車的需求，能夠幫助新能源汽車提高續航里程、降低成本等。新能源汽車中永磁同步電機的結構主要包括定子、轉子、永磁體和電氣部分。其中定子和轉子是兩個主要部分，永磁體用于提供磁場，電氣部分則包括控制器、電池等部分，如圖2所示。其中對于轉子，至少包含端面板、轉子傳動軸以及磁鐵；對于定子，至少包含核心、磁體線束、端子以及絕緣體，同時還包括線束一體連接器，磁體線束電解槽、繞組方式一般為分布式繞組。永磁同步電機驅動技術的原理是通過永磁體產生的磁場與轉子繞組產生的電磁場相互作用，從而產生力矩并驅動電機旋轉。具體來說，永磁同步電機的轉子上安裝有永磁體，定子上有凸極結構，可以形成氣隙磁場。當定子繞組通電后，就會形成電磁場。這個電磁場與永磁體的磁場相互作用，產生力矩并驅動電機旋轉。目前，永磁同步電機主要應用于純電動汽車、混合動力汽車和插電式混合動力汽車等類型的車輛中。在純電動汽車中，永磁同步電機通常用作主驅電機，能夠提供高效的動力輸出；在混合動力汽車中，永磁同步電機通常用作輔助電機，與發動機協同工作，提高燃油效率；在插電式混合動力汽車中，永磁同步電機通常用作動力回收裝置，能夠有效地將能量回收并儲存到電池中[5]。此外，隨著新能源汽車技術的不斷發展，永磁同步電機驅動技術也在不斷升級和完善。例如，為了提高電機的效率和控制性能，研究人員正在探索新型的永磁材料、先進的磁路設計等方法。這些新技術不僅有助于提高電機的性能，還能夠降低生產成本，使永磁同步電機在未來的新能源汽車市場中更具競爭力。

5 新能源汽車電機驅動技術的發展趨勢分析

新能源汽車電機驅動技術在現階段主要是以永磁同步電機和交流異步電機為主，但是隨著新能源汽車市場的不斷擴大和技術的不斷創新，電機驅動技術將朝著高效化、輕量化和智能化的方向發展。但是在現階段發展中部分關鍵技術還不夠成熟，比如電機的設計制造、功率半導體器件的可靠性、控制策略等方面的技術瓶頸仍然存在，影響了電機驅動控制系統的效率。同時，新能源汽車電機驅動系統的成本較高，并且在現階段也缺乏一套統一規范的電機驅動系統標準，這就給用戶的使用造成了困難。此外，在現階段新能源汽車電機驅動系統市場競爭激烈，各大汽車廠商、電機制造商、電池制造商等都在加大研發和生產力度，爭奪市場份額，雖然有效促進了技術的創新和發展，但是也在一定程度上給汽車企業造成了非常大的壓力和負擔。作為政府需要出臺相關政策，一方面鼓勵企業加大對新能源汽車電動驅動技術研發的投入，推動關鍵技術的研發和應用，另一方面則需要推動驅動系統標準規范的建設，提高系統的兼容性和通用性；作為企業則需要重視對生產工藝流程的優化，積極進行新技術、新控制策略的研發，不斷提高系統的運行效果和可靠性，從而促進自身競爭力的增強，為新能源汽車行業的發展作出貢獻。

6 結語

綜上所述，隨著新能源汽車占據比例的不斷增多，為了增加新能源汽車的里程數，提高新能源汽車的行駛可靠性和穩定性，在現階段必須進一步加強對電機驅動控制技術的研究，積極向高效化、輕量化和智能化方向進行發展，全面促進我國新能源汽車行業的發展進步。

參考文獻：

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[5]李曉華.新能源汽車電機驅動控制技術的研究[J].時代汽車，2021（15）：105-106.