电动汽车用永磁电机及驱动控制探究

程毅

摘 要：汽车是人们出行和货物运输的重要交通工具。近年来，受能源紧张和环境污染等问题的影响，电动汽车成为国内外汽车行业的研究重点。在电动汽车所使用的各类电机中，永磁电机由于具有效率高、可靠性强、结构简单等特点，在电动汽车领域得到了广泛应用。文章首先概述了电动汽车的发展现状，随后分析了电动汽车驱动电机的特点及类型，最后就永磁同步电机控制方法进行了论述。

关键词：电动汽车；永磁电机；驱动控制

中图分类号：TM351 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）08-0070-01

电动汽车的动力来源于车载电源，大力推广电动汽车的使用，能够有效环节石油能源短缺和大气污染严重等问题。我国自2001年开始着手进行电动汽车的研究，尽管电动汽车相关技术的研究与国际前沿水平仍有差距，但是也在多个方面取得了成就。永磁同步电机虽然满足了电动汽车驱动要求，但是永磁体价格昂贵、永磁电机弱磁难等问题尚未得到很好的解决，需要在下一步的工作中进行重点研究。

1 电动汽车发展现状

自上世纪末期能源危机爆发以来，世界各国都开始在各个行业寻找石油、煤炭等能源的替代资源。在汽车领域内，日本是最早开始进行电动汽车研究的国家，也是目前电动汽车技术较为成熟的国家之一。早在1997年，日本丰田汽车公司就推出了世界上第一款混合动力轿车，虽然该款轿车并不是真正意义上的电动汽车，但是在世界范围内拉开了电动汽车研究的帷幕。随后，美国、挪威、中国等国家开始加入到电动汽车研究的队伍中，并在各个领域取得了成绩。

我国人口数量庞大，加上近年来国民经济水平不断增长，汽车保有量也逐年上涨。为了降低传统能源汽车对环境造成的破坏，我国在2006年颁布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》，其中明确将电动汽车研究列入高新技术研发行列。截至目前，像比亚迪、奇瑞、长安等汽车公司，都在新能源汽车领域取得了较大的研究突破。例如，2009年比亚迪推出的E6纯电动出租车，百公里耗电仅为20度，成本花费仅为传统燃油汽车的1/4。

2 电动汽车驱动电机的特点及类型

作为电动汽车的核心部件，电机驱动系統不仅要保证电动汽车像正常燃油车辆一样具备高速行驶能力，而且要满足频繁启动、制动和紧急刹车等驾驶要求。具体来说，电动汽车的驱动系统应具备以下要求[1]：

（1）提供足够的动力，在短时间内为电动汽车提供最大的动力输出，例如百公里加速和极限爬坡等。考虑到系统运行的安全性，还要求电机具备过载能力，通常其过载限定值为正常状态下的5倍左右；（2）要具备较好的系统稳定性，尤其是在雨雪、高温、颠簸路面等恶劣环境下，要保证电动汽车具备良好的环境适应能力；（3）要提供给司乘人员良好的驾车体验，包括行车稳定性和舒适度等。

3 电动汽车永磁同步电机控制方法

结合近年来国内外对电动汽车的研究表明，电动汽车驱动系统性能的高低，一方面与电动汽车所选用的电机质量有关，另一方面也和驱动控制策略有密切联系。要想保证电动汽车内永磁电机的性能得到最优化发挥，必须要同时协调好两方面的因素。目前来说，永磁电机的控制方式主要分为矢量控制和弱磁控制，国内电动汽车永磁电机驱动控制也是基于上述两种形式进行的[2]。

3.1 永磁电机的矢量控制

早期的矢量控制采用的是异步电机，主要作用是防止交流电机的转矩控制出现问题。其主要依据是使用坐标变换方法将相电流分解为与励磁对应的直轴电流和与转矩对应的交轴电流，实现励磁磁场和电磁转矩的解耦控制。随着永磁电机理论研究的不断深入，矢量控制理论的内容也得到了极大的丰富，并且在多个行业（伺服控制、智能机器等）得到了广泛应用。永磁电机由于自身结构的影响，在运行过程中不会出现转差，转子励磁恒定，因此在永磁同步电机上采取矢量控制方式，能够极大的简化电动汽车驱动控制的难度。

3.2 永磁电机的弱磁控制

在凸式永磁同步电机中，弱磁控制根据调节方式的不同，又被分为前馈式开环调节和反馈式闭环调节，虽然两种调节方式的控制策略不尽相同，但是所达到的弱磁控制目的基本类似。在弱磁控制工程技术上的问题上，许多学者提出了具体的方案，一个方向是电机本体结构的优化：通过对电机本体设计中参数的研究和改进；内置式永磁电机提高凸极比，优化磁路，提升弱磁性能。另一个主要方向即弱磁控制策略的不断完善。

4 基于电压反馈驱动控制策略

现阶段，日本、美国等国家在进行永磁电机调控时，一般选用电压反馈法，这种方法的应用优势主要体现在计算量较小，且精度较高。但是由于电动汽车运行环境的硬性，电压反馈法对电机运行参数的的依赖性较大。实验表明，电动汽车永磁电机在运行时，出现的温度升高、磁路饱和等现象，都会使电机参数发生改变。因此，需要在采取电压反馈法的基础上，进行前馈弱磁电流计算，以修正电压控制策略，确保电机运行使保证动态性能良好。

参考文献

[1]田文奇，和敬涵，姜久春，等.基于自适应变异粒子群算法的电动汽车换电池站充电调度多目标优化[J].电网技术，2012（11）：25-29.

[2]邵艾博.可再生能源和电动汽车一体化管理对多模微电网稳定性的影响分析[D].华中科技大学，2015.