纯电动汽车电池散热风扇控制系统方案探讨

张小兴

摘要：纯电动汽车由于环境污染小、用车成本低以及舒适性高等优点受到越来越多人们的喜爱，纯电动汽车也逐渐成为了未来的汽车发展趋势，电池是纯电动汽车中非常重要的一部分，电池在使用过程中会产生大量热量，必须要精确控制电池散热风扇工作状况，选取三相永磁同步电机作为散热风扇驱动装置，利用矢量变换的方式来实现电机的解耦以及线性化，创立加强的龙贝格状态查看器，实时获取同步电机转子的转动速度以及方位，从而完成速度环的闭环管控。

关键词：纯电动汽车;电池;散热风扇;控制

0  引言

隨着现代社会经济的快速发展，人们的生活水平和生活追求也越来越高，汽车作为便利的交通工具走进了千家万户，使得我国汽车保有量迅速增长，汽车行业的发展一方面促进了我国社会经济的进一步发展，另一方面也极大的改善了人们的出行方式和生活质量。然而，汽车的大量使用，不仅会消耗掉大量的不可再生资源，同时也会对环境产生较大的污染，不利于人们的长久、健康发展。为此，我国在20世纪末期就开始了出台了许多关于发展新能源汽车的奖励扶持政策，同时加强对新能源汽车三大核心部件的研发力度，分别是多能源动力控制体系、驱动电机以及电池[1]，纯电动汽车属于新能源汽车中的一种，在国家推动新能源汽车发展中占据非常重要的地位。为了确保纯电动汽车能够获得更好的发展，必须要解决电池散热问题，本文重点探讨了电池散热风扇控制系统方案，希望能够为电池散热带来优化的空间。

1  实验样机概述

本研究中的电池散热风扇类型选用离心式风机，是基于外传子式的三相永磁同步电机为驱动电机。该驱动电机运行效率高、实现功率大、安装方便、运行稳定性好以及维修方便等优势[2]。电机运行控制系统选用磁场定向控制方式，采用延伸龙贝格状态获取驱动电机运行中转子的实际速率以及方位，不需要再增加额外的位置传感器，不仅避免了位置传感器对整体控制系统产生的影响，也降低了设备制造成本，增加了电池散热风扇控制系统的稳定性与可靠性，确保其在纯电动汽车运行中能够持续、高效运行，为电动汽车的安全运行提供坚实保障[3]。

2  永磁同步电机控制原理

2.1 PSMS控制方法

三相永磁同步电机也叫做永磁无刷交流电机，具有非常广泛的用途，该类型同步电机在受到反向感应时，其电动势表现为正弦波形，能够很好的降低扭矩传递产生的振动。从永磁同步控制电机的安装方式上进行划分，PMSM定转子结构可以划分为面装式、内嵌式以及埋藏式三种[4]。

采用面装式的永磁同步电机，能够拥有自身独特的同性构造，交轴以及直轴两侧的电感数值是相同的，即Ld=Lq。一般状况下，该电机的各个机械部件之间可以预留较大的气隙，因而不具备强大的弱磁能力。内嵌式的永磁同步电机同性构造中，Ld

2.2 带位置传感器控制

位置传感器的主要职能是收集电机转动过程中转子的具体方位以及实际转速，现阶段市面上比较常用的位置传感器类型有霍尔传感器、正交编码盘以及选择变压器三种。

霍尔传感器检测类型是目前最常用的电机转动参数检测方式，检测方式比较简单，检测需要承担的费用也比较低，利用感知电机转子极性释放相应的逻辑输出指令，输出的电平数值要和当前的转子磁场极性相匹配，将霍尔传感器应用到三相永磁同步电机工作中时，通常情况下安装三个霍尔传感器，安装的角度主要为60°以及120°两种情况，在使用60°方式安装霍尔传感器时，主要是安装在电机的某一侧，相互之间成60°角的圆周上，而采用120°方式进行安装时，主要将三个传感器均布在电机圆周上。

由于霍尔传感器在安装中需要辨别相序，所以在进行安装准备阶段，需要对每一个传感器的相序进行判定，在开展初步安装工作时，当基础位置放置在A相反感应电动势峰值位置时，这种情况下就需要将正方向上的A相反感应电动势峰值与初始相位位移偏差进行比较，在第一次运行时，在开机状态下查看各个霍尔传感器的状态，并由此确定转子的原始位置，于此同时融合相对位置数值，最终得到转子的绝对原始位置。三相永磁同步电机转子的选择方向主要取决于圆周上布置的传感器以及上一次脉冲状态，转子的选择速度通常由相关霍尔元件以及传输信号的间隔时间等方面得到的，转子在任意时间的具体方位需要对转子的速度参数进行积分处理，在此基础上结合转子的绝对初始位置，从而能够得到转子的实施方位参数。在进行脉冲数量统计工作时，必须要考虑到任意时间段电机选择速度上的差异性，为了实现更加精确的统计结果，就需要在任意时间修正测量定时器的预分频率，当出现检测计数数值偏小时，这种情况下就要提高分频数值，换言之就是增加计时器的计数时间间隔，当出现检测计数数值偏大时，这种情况下就要降低分频数值，也就是减少计时器的计数时间间隔。霍尔传感器在三相永磁同步电机上具有重要的作用，一方面可以精准的获取电子转动的速度，另一方面也可以迅速的得到任意时刻转子的绝对运动方位，能够很好的避免永磁同步电机启动过程中出现的不稳定因素，此外，正因为可以对转子位置进行同步操作，所以在运行中不会产生积累误差，然而检测精度相对较差。

3  系统控制方案

在进行系统控制方案制定时，必须要保证其具有非常好的稳定性、较低的制造成本、较好的安装便利性、优异的EMC品质以及良好的抗EMI品质，所以，必须要采取有效的措施抑制散热风扇的噪声以及振动，驱动装置需要使用转矩脉动比较小且比较安静的元器件，基于这样的基础要求，选取频率相对较大的逆变器开关，散热风扇驱动装置选取三相永磁同步电机，利用矢量变换的方式来实现电机的解耦以及线性化，创立加强的龙贝格状态查看器，实时获取同步电机转子的转动速度以及方位，从而完成速度环的闭环管控[6-7]。

在系统控制方案中，Vd以及Vq两个数值是相互独立的，有各自的PI调节器调整得到的，这种情况下，由于缺乏对两个数值的有效管控，在特殊情况下会出现控制输出幅值超过临界点，也就是比现有的调制比能够承受的最大电压還要大，如公式（1）所示，所以在开展逆PARK变换之前必须要采取电压限环操作[8]。

当公式1中不等式成立时，则可以得出各自的PI调节器调整得到的Vd以及Vq值已经溢出，这种情况下就需要参照设定的调制频率可以实现的临界制比来开展电压限环调节，如公式（2）所示。

4  结语

综上所述，永磁同步电机具有运行效率高、实现功率大、安装方便、运行稳定性好以及维修方便等优势，并且可以分为面装式、内嵌式以及埋藏式三种类型。在进行纯电动汽车电池散热风扇系统设计时，要保证其具有非常好的稳定性、较低的制造成本、较好的安装便利性、优异的EMC品质以及良好的抗EMI品质。本文中设计的电池散热系统控制方案能够为纯电动汽车电池散热问题带来更好的解决方案，具有很好的应用价值。

参考文献：

[1]丹聃，姚程宁，张扬军，钱煜平，诸葛伟林.基于热管技术的动力电池热管理系统研究现状及展望[J].科学通报，2019，64（07）：682-693.

[2]许爽，苏玉，王伟.电动汽车锂离子电池组内散热特性的数值模拟[J].科学技术与工程，2018，18（16）：55-61.

[3]赵韩，方雄灿.电动汽车锂离子动力电池组温度场仿真及散热结构优化[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2018，41（03）：289-293.

[4]任金波，张翔，施火结.新能源汽车电池散热风扇轴向振动分析与改进[J].河南科技大学学报（自然科学版），2017，38（04）：25-29，34，116-117.

[5]肖红林，郭明明，李洪亮.电动汽车动力电池组散热特性数值模拟研究[J].汽车工程，2011，33（11）：998-1002.

[6]秦大同，梁昌杰，杨亚联，陈方元.混合动力汽车用镍氢电池组散热性能仿真与试验[J].中国公路学报，2010，23（05）：107-112.

[7]杨亚联，张昕，李隆键，秦大同，胡明辉.混合动力汽车用镍氢电池的散热结构分析[J].重庆大学学报，2009，32（04）：415-419.

[8]吴学红，马西锋，王于曹，王燕令.环境温度与对流换热系数对电池散热性能的影响研究[J].低温与超导，2019，47（06）：67-72.