一、電機及控制器的原理
電機及控制器的原理見圖1。電機驅動汽車前行,而電機控制器驅動電機工作。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。控制器接受電機轉速等信號反饋到儀表,當發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、電機控制驅動系統分類
電動汽車的負載是隨機變化的,具體表現為,車輛行駛方向有前行和倒退,有加速和減速。電機控制驅動系統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。基本分類:
①直流電機驅動系統: 一般采用脈寬調制(PWM)斬波控制方式,其特點是控制技術簡單、成熟、成本低,但效率低、體積大等。?
②交流感應電機驅動系統: 一般采用脈寬調制(PWM)斬波控制方式,高壓直流到三相交流的電源變換,采用變頻調速方式實現電機調速,采用矢量控制或直接轉矩控制策略實現電機轉矩控制的快速響應。?
③交流永磁電機驅動系統:目前主流的是采用PWM方式實現高壓直流到三相交流的電源變換,采用變頻調速方式實現電機調速,其低速轉矩脈動小且高速恒功率區調速更穩定。
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做到“五合一”水平,代表發展方向。目前的產品有5大類:
①單主驅控制器、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+DCDC);
④物流車三合一控制器(集成:主驅+DCDC+PDU);
⑤物流車五合一控制器(集成:主驅+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:通過逆變橋調制輸出正玄波來驅動電機;
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、電空調回路供電、電除霜回路供電等等;
③IGBT驅動回路:接收控制信號,驅動IGBT并反饋狀態,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,檢測電機系統傳感器信息,根據指令傳輸電機控制信號;
⑥結構與散熱系統: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發展趨勢
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展。
③高壓化是基本趨勢。GBT的方向是650V IGBT的設計往更高的750V以及1200V 。
④EMC等級越來越高。接下來要做到class5水平。
六、小結
發展電動汽車,電控部分的技術含量是很高的,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快的,但是關鍵的電子器件(如IGBT)主要還要依靠外商提供。