詳解電動(dòng)汽車電機(jī)與電控技術(shù)解析

電動(dòng)汽車的電池討論的比較多，但是同樣重要的還有電機(jī)和電控。國(guó)內(nèi)的技術(shù)水平到底如何?現(xiàn)階段關(guān)于電動(dòng)汽車關(guān)鍵零部件的討論，大部分主要集中在對(duì)動(dòng)力電池的討論上，而對(duì)電機(jī)電控等方面的探討，卻少之又少。究其原因，一方面是關(guān)于動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展上，不時(shí)有新技術(shù)與新熱點(diǎn)出現(xiàn)，容易吸引媒體與讀者的注意。

而電機(jī)電控方面，新技術(shù)新熱點(diǎn)則少之又少;二是在電機(jī)電控領(lǐng)域，尤其是在電控領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商還處于一個(gè)相對(duì)初級(jí)的階段，所研發(fā)的產(chǎn)品還無(wú)法達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，這也極大的限制了廣大消費(fèi)者們對(duì)電機(jī)電控技術(shù)的關(guān)心。

電機(jī)技術(shù)解析

所謂電機(jī)，顧名思義，就是將電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的一種電力元器件。當(dāng)電能被轉(zhuǎn)換成機(jī)械能時(shí)，電機(jī)表現(xiàn)出電動(dòng)機(jī)的工作特性;當(dāng)電能被轉(zhuǎn)換成機(jī)械能時(shí)，電機(jī)表現(xiàn)出發(fā)電機(jī)的工作特性。大部分電動(dòng)汽車在剎車制動(dòng)的狀態(tài)下，機(jī)械能將被轉(zhuǎn)化成電能，通過(guò)發(fā)電機(jī)來(lái)給電池回饋充電。

電機(jī)主要由轉(zhuǎn)子，定子繞組，轉(zhuǎn)速傳感器以及外殼，冷卻等零部件組成。在新能源汽車領(lǐng)域，永磁同步電機(jī)被廣泛使用。所謂永磁，指的是在制造電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)加入永磁體，使電機(jī)的性能得到進(jìn)一步的提升。而所謂同步，則指的是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與定子繞組的電流頻率始終保持一致。因此，通過(guò)控制電機(jī)的定子繞組輸入電流頻率，電動(dòng)汽車的車速將最終被控制。而如何調(diào)節(jié)電流頻率，則是電控部分所要解決的問(wèn)題。

與其他類型的電機(jī)相比較，永磁同步電機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)就是具有較高的功率密度與轉(zhuǎn)矩密度，說(shuō)白了，就是相比于其他種類的電機(jī)，在相同質(zhì)量與體積下，永磁同步電機(jī)能夠?yàn)樾履茉雌囂峁┳畲蟮膭?dòng)力輸出與加速度。這也是在對(duì)空間與自重要求極高的新能源汽車行業(yè)，為什么永磁同步電機(jī)是廣大汽車制造商首選的主要原因。

除了永磁同步電機(jī)，異步電機(jī)也因特斯拉的使用而被廣泛關(guān)注。與同步電機(jī)相比起來(lái)，電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(由定子繞組電流產(chǎn)生)的轉(zhuǎn)速。因此，轉(zhuǎn)子看起來(lái)與定子繞組的電流頻率總是“不一致”，這也是其為什么叫異步電機(jī)的原因。

相比于永磁同步電機(jī)，異步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是成本低，工藝簡(jiǎn)單;當(dāng)然其缺點(diǎn)就是其功率密度與轉(zhuǎn)矩密度要低于永磁同步電機(jī)。而特斯拉ModelS為何選用異步電機(jī)而不是永磁同步電機(jī)，除了控制成本這個(gè)主要原因之外，較大的ModelS車體能夠有足夠空間放的下相對(duì)大一點(diǎn)的異步電機(jī)，也是一個(gè)很重要的因素。

除了同步電機(jī)與異步電機(jī)之外，輪轂電機(jī)也是新能源汽車電機(jī)應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)。輪轂電機(jī)的最大特點(diǎn)就是，把車輛的動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置以及制動(dòng)裝置都整合一起到輪轂內(nèi)。相比傳統(tǒng)動(dòng)力裝置而言，輪轂電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)，由于省了大量的傳動(dòng)部件，車輛結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單;當(dāng)然，在電機(jī)的同步控制，涉水密封等方面，輪轂電機(jī)依然還有很多問(wèn)題需要解決。

電控技術(shù)解析

電控單元相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的ECU，是電動(dòng)汽車上對(duì)高壓零部件實(shí)現(xiàn)控制的主要執(zhí)行單元。除了電機(jī)控制以外，對(duì)車載充電機(jī)，DC-DC單元等相關(guān)組件的控制，同樣也是由電控單元來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

電控單元的核心，便是對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制。動(dòng)力單元的提供者--動(dòng)力電池所提供的是直流電，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需要的，則是三相交流電。因此，電控單元所要實(shí)現(xiàn)的，便是在電力電子技術(shù)上稱之為逆變的一個(gè)過(guò)程，即將動(dòng)力電池端的直流電轉(zhuǎn)換成電機(jī)輸入側(cè)的交流電。

現(xiàn)代電機(jī)的控制策略常見(jiàn)的有SVPWM(空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù))、DTC(直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù))、無(wú)速度傳感器控制以及各種新穎的智能控制技術(shù)。眾多的專家學(xué)者也在致力于改善電機(jī)控制，提高電機(jī)穩(wěn)定性，增強(qiáng)電機(jī)抗干擾能力。

為實(shí)現(xiàn)逆變過(guò)程，電控單元需要直流母線電容，IGBT等組件來(lái)配合一起工作。當(dāng)電流從動(dòng)力電池端輸出之后，首先需要經(jīng)過(guò)直流母線電容用以消除諧波分量，之后，通過(guò)控制IGBT的開(kāi)關(guān)以及其他控制單元的配合，直流電被最終逆變成交流電，并最終作為動(dòng)力電機(jī)的輸入電流。如前文所述，通過(guò)控制動(dòng)力電機(jī)三相輸入電流的頻率以及配合動(dòng)力電機(jī)上轉(zhuǎn)速傳感器與溫度傳感器的反饋值，電控單元最終實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。

除了對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制以為，電控單元也是車載充電機(jī)，DC-DC單元等組件的主控制機(jī)構(gòu)。充電與電機(jī)控制正好相反，需要把電網(wǎng)提供的交流電轉(zhuǎn)換成動(dòng)力電池的直流電，也就是在電力電子學(xué)上稱為整流的過(guò)程。而DC-DC單元，則是實(shí)現(xiàn)通過(guò)動(dòng)力電池為12V電池充電的過(guò)程，電控單元需要把動(dòng)力電池端的高壓，轉(zhuǎn)換成12V電池的低壓端，用以最終實(shí)現(xiàn)為新能源汽車充電。

總結(jié)：電動(dòng)汽車作為未來(lái)新能源應(yīng)用的重要領(lǐng)域，雖然還有很多技術(shù)不夠成熟，但這卻是將來(lái)的發(fā)展新思路。電機(jī)控制在電動(dòng)汽車中也會(huì)是制約其革命創(chuàng)新的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。