科普贴:电动汽车的驱动电机和电机控制系统

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驱动电机系统是纯电动汽车三大核心部件之一,是电动汽车的动力来源。驱动电机系统是直接将电能转换为机械能的部分,决定了电动汽车的性能指标。因此,对于驱动电机的选择就尤为重要。

1. 驱动电机系统:

驱动电机系统由驱动电动机(DM)、驱动电机控制器(MCU)构成,通过高低压线束、冷却管路,与整车其它系统作电气和散热连接。

通过电机控制器控制实现动力输出,以实现整车的怠速、前行、倒车、停车、能量回收以及驻坡等功能。

电机按结构和工作原理可划分:可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。

1)同步电机可划分:永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。

2)异步电机可划分:感应电动机和交流换向器电动机。

永磁同步电机具有效率高、体积小、重量轻及可靠性高等优点,因此广泛应用于乘用车领域。它是动力系统的重要执行机构,是电能与机械能转化的部件,且自身的运行状等信息可以被采集到驱动电机控制器。依靠内置传感器来提供电机的工作信息,这些传感器包括:

• 旋转变压器:用以检测电机转子位置,控制器解码后可以获知电机转速;

• 温度传感器:用以检测电机的绕组温度,控制器可以保护电机避免过热 。

永磁同步电机工作原理:永磁体作为转子产生旋转磁场,三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应,感应三相对称电流,此时转子动能转化为电能,永磁同步电机作发电机(generator)用;此外,当定子侧通入三相对称电流,由于三相定子在空间位置上相差120,所以三相定子电流在空间中产生旋转磁场,转子旋转磁场中受到电磁力作用运动,此时电能转化为动能,永磁同步电机作电动机(motor)用。

2. 驱动电机控制系统:

驱动电机控制系统根据数学模型,采集位置、电流信号,对IGBT进行通断控制,形成交变磁场,从而控制电机按目标进行运转。

具体如下:

1. 根据转子的位置,通过控制定子磁场的幅值和相位,实现定转子同步运行;

2. 定子磁场的幅值是通过电流闭环控制精确实现的;

3. 定子磁场的相位与转子位置同步;

4. 在运行的过程中,要根据电机的健康程度,确定是否要降功率运行

驱动电机控制器采用三相两电平电压源型逆变器,驱动电机系统的控制中心,又称智能功率模块,以IGBT模块为核心,辅以驱动集成电路、主控集成电路;对所有的输入信号进行处理,并将驱动电机控制系统运行状态的信息通过CAN2.0网络发送给整车控制器。使用以下传感器来提供驱动电机系统的工作信息,包括:

• 电流传感器:用以检测电机工作的实际电流

• 电压传感器:用以检测供给电机控制器工作的实际电压

• 温度传感器:用以检测电机控制系统的工作温度

电机系统的特殊测试项目——MAP图和再生能量回馈试验

1、MAP图

根据电动汽车用驱动电机系统试验标准,需要对新能源汽车驱动电机进行MAP图测试,获取该电机的效率特性和高效区分布情况。图中横轴为转速,纵轴为转矩,颜色表示对于的效率,它代表了电机在不同的工作区域(转速,转矩)下的效率特性分布情况,其中橙红色部分就是电机的高效区。高效区分布越广,代表该电机在各类工况下运行时越省电。

2、再生能量回馈试验

同样根据电动汽车用驱动电机系统试验标准,还需要对新能源汽车驱动电机进行再生能量回馈试验。该试验目的是考量驱动电机在制动时,即运行在发电机状态时,能否正常实现电能的回馈,同时评估电机的真实能耗情况。

我国驱动电机及电机控制系统的发展目前还处于起步阶段,技术不够成熟,问题较多,但是随着电动汽车产业的发展,在众多有志之士的努力下,该系统会变得越来越成熟可靠。会为将来电动汽车全面爆发助一臂之力。

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