(国网湖北省电力有限公司武汉供电公司 湖北武汉 430000)
摘要：目前，全球能源和环境面临着巨大的挑战，发展电驱动汽车是应对包括纯电在内的节能减排的主要挑战的需要。以电动和混合动力为动力的新型电动车是新能源车辆主要技术方向。本文就电动车电驱动系统的相关技术进行了研究。
关键词：电动车；电驱动系统；应用
前言
再生制动能量回收系统可以在汽车减速或制动时，通过与驱动轮相连的能量转换装置，把汽车的一部分动能转化为电能储存起来，在减速或制动的同时达到回收制动能量的目的，从而显著地提升能量利用率及实现节能减排；但由于电驱动汽车动力源及驱动系统的变化，造成再生制动与传统制动共同参与制动，使传统制动使用频率和强度下降，带来新的问题和挑战，
1电驱动汽车对制动系统的特殊要求及应对措施
1.1无真空源的影响及对应措施
电驱动汽车由于没有了常规发动机，主要靠电池和电机来进行驱动，也即没有真空提供源，而常规燃油车制动系统主要靠发动机提供真空负压，并通过真空助力器的放大来执行制动，所以针对电驱动汽车，必须采用替代助力装置来实现制动力的放大作用，应对措施有以下2种。
1.1.1 辅助真空源措施
常规燃油车真空源来自发动机歧管，电驱动汽车真空源来自电子真空泵，即在现有真空助力系统的基础上，增加额外的电子真空泵来解决新能源车无真空源的问题，这是一种升级快速、技术难度低并且成本及质量相对燃油车都增加不多的措施，是国内主机厂当前普遍采用的措施。
1.1.2 电机驱动液压助力措施
在智能驾驶与新能源汽车多方面的需求下，全球各供应商提供了多种无需真空源的解决方案，如某公司的HasHev高压液压蓄能器助力或iBooster电机驱动液压助力，以及集成机电助力ABS/ESP控制的IBC模块。采用电机驱动液压助力替换常规燃油车原有的真空助力器，即可实现对现有制动系统改动小、能量回收率高、能量消耗低及占用空间小等目的。目前，该方法已被国外的很多电驱动汽车，如特斯拉和大众的e-Golf等广泛运用，随着成本的逐步降低，这种电机驱动液压助力方案[6]将会逐步普及，它代表着未来5年的发展趋势。
1.2 电驱动汽车再生制动能量回收系统对摩擦片的影响及应对措施
调查表明，私家车有80%的工况均是0.3g以下的制动工况，而0.3g及以下的制动工况下均可以通过再生制动能量回收系统进行能量回收（通过与驱动轮相连的能量转换装置，把汽车的一部分动能转化为电能储存起来，在减速或制动的同时回收制动能量），由于再生制动与传统制动共同参与制动，使得传统制动使用频率和强度下降，带来摩擦片寿命、耐腐蚀及摩擦低温性能要求发生变化。
1.2.1 摩擦片寿命的影响及应对措施
电驱动汽车摩擦片磨耗低于传统车，摩擦片体积缩小将有利于轻量化和降成本，电驱动汽车摩擦片比常规燃油车摩擦片体积明显减小。该措施在某款A级纯电动车上得到运用，通过摩擦片面积减小20%和摩擦材料厚度减小15%，使摩擦片成本降低约20%，很好地解决了电驱动汽车价格昂贵的问题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
1.2.2 摩擦片腐蚀、摩擦低温效能要求提升的应对措施
由于再生制动介入，使制动频率降低，摩擦片在一段时间未使用可能会发生腐蚀从而导致制动效能下降，同时由于再生制动使汽车行驶中没有机会“热身”，所以一旦出现紧急制动，将导致制动效能不足，因此，需要摩擦片在不同温度下具有较稳定的摩擦因数。针对这一影响，可在摩擦片中加入石墨和二硫化钼等成分，以增强摩擦片的耐腐蚀性及保持摩擦因数在不同温度下的稳定性，并适当提升摩擦片耐腐蚀性及摩擦因数温度稳定性试验标准要求。
2 电动机的选型
电动机是驱动系统的核心部件，电动汽车驱动电机主要有交流感应电动机和永磁无刷直流电动机。电动机的参数有额定电压、额定功率、峰值功率、额定转速、最高转速、最大扭矩心。电动机额定电压的电压等级要尽量高，以降低能量损耗，提升效率。额定功率须满足最高车速、最大爬坡度要求，峰值功率满足加速性能要求。如果功率选择过小会使电机长时间过载，过大则无法保证功率的充分应用，效率降低。当设计经济适用型电动汽车时，可不必计算峰值功率。因为续驶里程长、成本低是其最终设计目的，如果追求较高的加速性能必然要增加峰值功率，这样会使得电机成本升高，运行效率降低。在实际确定功率参数时，可不考虑加速性能要求，只考虑最高车速和最大爬坡度要求。在市区行驶时，最高车速可设置为60—80km／h，以最高车速行驶时，要求电机处于连续工作特性状态，即电机输出额定功率。且由于市区路况良好，汽车处于爬坡的工况比较少，所以可不必使电机额定功率也满足最大爬坡度要求，峰值功率(电机的短时工作特性)满足最大爬坡度要求即可。
3 PWM电机驱动系统结构及工作原理
PWM电机驱动系统主要由动力蓄电池、逆变器、高压线路以及驱动电机等构成，驱动电机控制器采用脉冲宽度调节技术，其基本原理为：以期望速度与实际速度的差值作为速度调节器的输入量，限幅转化后得到一个输出电流，结合已确定的初始电流及输出电流，经过坐标逆变后得到期望三相电流，之后把实际测得的三相电流与期望三相电流进行滞环比较，从而生成PWM控制信号驱动IGBT开关管的导通和关断，实现对电机的双闭环控制。
4 EMI干扰源分析
PWM电机驱动系统的电磁干扰主要由传导性干扰与逆变器的共模辐射组成，具体内容有：（1）驱动器中功率变换电路中的开关元器件在开关过程中产生大脉冲电流的切换，电流随时间的变化率偏大引起的电磁干扰。（2）交流电网负载突变（如驱动电机的起动、制动以及各种电器件的通断等）时，在负载突变处产生瞬变电压，电压随时间的变化率偏大引起的电磁干扰。（3）驱动电机电流切换导致电流随时间变化率很大引起的电磁干扰。
5 EMI分析方法
电机驱动系统EMI分析方法主要是通过理论模型仿真与实际台架实验测试相结合的方式进行，主要内容有：（1）运用多导体传输线理论建立逆变器输入和输出非屏蔽线路的高频电路模型，采用解析法计算线路单位长度电阻，运用有限元分析法在特定的仿真软件中求解线路单位长度的电感和电容。（2）通过测量电机端口共模阻抗和差模阻抗幅频特性，采用谐振单元的方法，建立电机高频等效模型，同时推导等效电路模型中电阻、电容和电感参数的计算方法，以驱动电机为对象，完善其高频等效电路模型。（3）设计IGBT开关驱动电路，建立电机驱动系统电磁干扰源和其他部件的电路模型等。（4）搭建电机驱动系统试验测试平台，测试传导干扰电流的频域波形，与仿真结果对比验证电机驱动系统EMI预测模型的正确性及有效性。
结语
纯电动汽车中的电动机效率直接由电动机输出转矩和转速决定，且电动机运行效率不仅直接受变速器换挡规律的影响，同时也受变速器传动比的影响。对于任何给定的电动机，换挡规律和传动比的选择都是紧密相连、相互影响的，因此对其进行研究很有必要。
参考文献：
[1]余卫平，李明高．现代车辆新能源与节能减排技术[M]．北京：机械工业出版社，2014．
[2]李明远．纯电动汽车驱动电机选择方法及仿真研究[J]．潍坊学院学报，2014，14(2)：25．28．
论文作者:李明智
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/1/25
标签：电机论文; 功率论文; 汽车论文; 系统论文; 电动机论文; 能量论文; 真空论文; 《电力设备》2018年第25期论文;