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电动汽车电机控制工作原理及优化方案,这篇文章讲全了

作者:音曼顿 浏览: 发表时间:2022-06-02 09:48:03





新能源汽车三电是指动力电池、驱动电机、车辆电控。


三电是新能源汽车的核心。在动力电池技术的发展中,新技术和新热点不时出现。在电子控制领域,我们的发展一直处于相对初级的阶段。


提高电控效率可以显著提高纯电动汽车的整车经济性。


广义上,电控包括车辆控制器、电机控制器和电池管理系统。



本文介绍了电机控制的工作原理和优化方案。


01 电机控制器

电机控制器是连接电机和电池的神经中心,用于调整车辆的性能。足够智能的电气控制不仅可以保证车辆的基本安全和精确控制,而且可以使电池和电机发挥足够的力量。


02 电机控制器的工作过程

电机控制器单元的核心是对驱动电机的控制。电力单元的供应商——电力电池提供直流电,而驱动电机需要三个交流电。因此,电气控制单元需要实现的是电力电子技术中称为逆变器的过程,即将电力电池端的直流电转换为电机输入侧的交流电。


为实现逆变过程,电控单元需要直流母线电容,IGBT等待组件一起工作。当电流从动力电池端输出时,需要通过直流母线电容器消除谐波重量,然后通过控制IGBT在开关和其他控制单元的配合下,直流电最终逆转为交流电,最终作为动力电机的输入电流。如上所述,电气控制单元通过控制动力电机三个输入电流的频率和动力电机上转速传感器和温度传感器的反馈值来控制电机。


下图是一个典型的纯电动汽车动力系统电气图,其中蓝线为低压通信线,所有通信、传感器、低压电源等应通过该低压接头连接到车辆控制器和动力电池管理系统。


红线为高压动力线。两对高压接口。一对输入接口用于连接动力电池组的高压接口;另一对连接电机提供控制电源的高压输出接口。


不同的电机工作原理直接影响调节过程的复杂性和准确性。


直流无刷电机、永磁同步电机、开关磁阻电机、异步电机按控制由易到难排列。


电子控制的难度不仅包括硬件系统设计的规模和成本,还包括软件算法实现的控制精度,以及为实现这一精度而采用的策略和方法。


硬件结构简单,软件算法简单,控制精度高,系统稳定性好,是人们所期待的。


03 电机控制器主电路选择


选择依据:电机控制器作为一种特定功能的逆变器,利用电力电子技术中的调压调频技术,将电力电池中存储的直流电转换为控制电机所需的矩形波或正玄波交流电,改变输出电压、电流振幅或频率,改变电机转速和扭矩,达到控制车速和加速的目的。


电力电子电路设计,根据不同的调速要求,进行不同程度的复杂设计,成本也不同。


例如,控制直流电机。如果采用单管斩波器电路,只能单向调速,电流不能转向;如果采用双管斩波器电路,可以实现能量反馈动作,但仍不能使直流电机转向;如果采用H桥式斩波电路,可调速直流电机,能量反馈,励磁电流反转。


但以上三种选择,一种比一种更复杂,一种比另一种更昂贵。设计师需要在性能和成本之间做出选择,最昂贵的不一定是


最好的,最合适的。


04 分布式驱动电动汽车集成控制


分布式驱动电动汽车具有可控性好、传动链短、结构紧凑、内部空间利用率高等优点,一直是研发的重点。此外,各车轮的驱动电机可以独立控制。通过合理分配电机扭矩,充分利用电机的高效范围,结合反馈制动策略,可以提高车辆的经济性。


为了提高控制系统对车辆参数、状态和驾驶环境的适应性,需要设计状态估计和参数识别算法,以满足控制要求,确保控制估计系统的稳定性,分布式驱动为车辆状态估计算法提供了更大的可能性。


为了保证分布式驱动电动汽车在复杂工况下的良好驾驶性能,解决多控制目标、多控制功能、多执行器和多维运动的协调问题,集成控制已成为分布式驱动电动汽车动力控制的研究重点。


传统的独立设计控制器有自己明确的控制目标。然而,系统之间存在一定程度的功能重叠和干扰。因此,多执行系统的动作分配和多控制目标的协调是系统集成控制策略的关键。


集成控制系统架构


05 电控系统效率优化技术


电控系统的效率提高了1%,对整车的经济性和重量都有很大的优势。DPWM发波技术、过调制技术、广域高效H ** 电机。


逆变器部分是电控系统的主要损耗来源,70%的逆变器损耗来自开关部分。


从开关损耗的角度来看,研究了负载频率动态调整技术。通过模拟试验发现,调整开关频率后,控制器效率最大可提高2%左右。采用动态负载频率技术,特别是在低速、对负载频率要求较低的情况下,调整负载频率可以有效降低控制器损耗,提供控制器效率。预计每100公里可提供1.大约5公里,负载频率不能无限降低,还需要考虑车辆噪声和电机控制的需要。


采用不连续发波的技术应用DPWM技术比COWM技术减少1/3的开关次数,可显著减少开关次数,达到减少开关损耗的目的。


当调制比M>0.816,CPWM和DPWM调制下的谐波几乎相同。该区域可用DPWM技术以降低器件损耗。


控制器损耗包括开关损耗和导电损耗。导电损耗与输出电流密切相关。输出功率一定时,需要相应增加输出电压。


通过增加调制,可以有效提高弱磁区的输出功率和输出扭矩,提高输出电压4%,峰值功率相应提高4%左右,提高整车高速功率性能;


通过添加过调制,输出相同的功率,电流显著降低,可以降低系统加热,提高控制器的过载能力,提高车辆的动力性能;

通过添加调制,可以有效提高基波电压。与无调制相比,可以有效提高电机效率,显著降低电机电流(0~8%)提高效率可有效延长续航里程。


除了提高电控效率外,还包括提高电机效率。


与同步电机相比, 电机混合IPM电机可兼顾低速区效率和高速区效率。特别是在中高速恒功率运行区,效率优势更为明显。


考虑到车辆工况的综合能效定向优化技术,通过调整电机损耗比例,实现效率定向优化,结合具体车型路况信息,定制开发综合能效更高的电机,提高里程。


06 电动汽车电机控制器技术发展趋势


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