商用车驱动电机应用及发展

 商用车驱动电机应用及发展

计硕

一汽解放汽车有限公司商用车开发院，130011，吉林长春

 摘要：为了实现我国的“碳达峰”、“碳中和”的发展目标，实现汽车的“脱碳”，推动我国能源结构的转变，是一种必然的发展趋势。文章对新能源汽车的驱动系统及其控制策略进行了综述。本文首先对目前常用的驱动电动机进行了系统的介绍，并对其优劣进行了分析和对比，认为其在新能源汽车上是最好的。然后，针对新能源汽车所面临的各种复杂情况，分别从电机控制技术、电流控制、电机控制算法等方面进行了分析，指出了目前需要解决的技术问题以及今后的发展方向。

关键词：商用车；驱动电机；应用发展

一、驱动电机概述

新型商用车的驱动电机包括直流电机、开关磁阻电机、异步电机、永磁电机等。自19世纪后期以来，直流电动机一直被用作电动车辆的驱动马达，因为它的转速可以很容易地调整。但是，由于直流电动机的效率低下、可靠性差、质量大等问题，使得它不适合在新能源商业车辆中使用。目前，这类产品主要应用在某些低转速的电动车上，比如某些工厂的物流小车和旅游景点的公交车。

转子的简单构造使得 SRM能够稳定、低成本、高速度工作。另外，它的逆变器的拓扑可以有效地避免短路。SRM具有结构简单、稳定、速度调节范围广、系统运行稳定等特点，但是存在着转矩波动大、噪声大、振动大等问题。异步电机是一种以定、转、轴承为核心的异步电机。

异步电动机的定子主要包括铁芯、三相线圈和底座。定子芯通常是由硅钢板冲制、叠合而成，其表面有一层绝缘层。异步电动机转子铁芯采用与定子相同的材质，在带环两端的转子沟槽中嵌入铝或铜。异步电机能轻易地以每小时15,000 RPM的速度运转，而且功率范围很大，结构简单、结实、造价低、可靠性高、转矩脉动低、噪音低、免维护。但是，由于异步电动机的控制线路比较复杂，其效率和功率密度都低于永磁同步电动机，因此异步电动机在新能源车辆中的应用日益减少。

在永磁同步电动机中，定子与异步电动机、异步电动机一样，都是三相绕组，并以永磁体代替了传统的励磁绕组。永磁同步电动机按其在转子处或内部的位置可分为两类：表面型和内嵌型。经优化，该电动机具有高磁阻、高效率、高功率因数、低发热、结构简单、封装小、噪音小等特点。同时，由于驱动控制技术的不断进步，嵌入式永磁同步电动机逐渐成为新能源汽车领域的主流。另外，内嵌式永磁同步电动机是全封闭的，因此维修费用低，风阻损耗低，风声低。

将励磁绕组添加到永磁同步电动机中，使其具有永磁体和励磁绕组，即永磁混合励磁电动机。这种电动机在最小气隙内漏出的磁通量密度大，功率密度大，转矩转速性能好。但是它的弊端也很明显，因为它既是永磁体，又是励磁绕组，所以它的拓扑和控制系统都比较复杂。

二、电机控制技术

电动机控制技术是新能源汽车电动机的关键技术之一。针对永磁同步电动机，由于其电动机模型是非线性的，嘉要对其进行多个参数的控制，而且各变量都是随时间变化的，各参量之间存在着复杂的耦合关系。

恒压频比控制是以稳态电动机为基础，以稳态电动机为基础，通过使电动机的空隙磁通保持不变，使输出电压减小，使输出电压与频率之比保持不变而减小。基于传统的恒压频率比控制策略， Matsuki等将状态反馈技术引入到一车转矩坐标系统中，并在此基础上提出了一种新型的无传感器电压/F控制方案，该方案可以在低速下利用转矩轴电流来维持电动机的高稳定性。另外， Tu等还采用了增加转速稳定器和抽取功率串扰成分来改善电动机在中频、高频工作时的稳定性。恒压频比是异步电动机普遍采用的调速方式，其特点是结构简单、效率高、鲁棒性好。但是，恒电压频率比控制属于开环控制，其速度和磁通量的变化会降低系统的控制精度，从而影响电动机的动力响应和负荷性能。所以，在新能源电机的控制中，很少采用恒压频比控制。

三、新能源商用车驱动电机产业发展趋势

（一）产销规模实现翻番

为电力系统的核心和核心元件，驱动电动机的市场需求和新能源汽车的市场规模是同步的。以新能源汽车为例，2014年新能源汽车的产量和销售都接近80,000台，2015年将达到20万台，而国内的电动汽车需求也要与之相当。另外，变频技术在节约能源上的突出作用使其在轨道交通、工程机械、工业应用等领域具有广阔的应用前景。

（二）产品性能持续提升

1.汽车用驱动电动机逐渐向高功率、高速度发展，其最大速度可达10000-12000 rpm；驱动电机的峰值功率逐渐增大， AO级纯电动汽车的峰值功率一般在80-9千瓦左右；在扭矩要求上，由于消费者对电动汽车的驾乘乐趣要求越来越高，因此， AO级纯电动轿车峰值转矩要求达到240~280 Nm。

2.在扭矩要求方面，由于受到自动传动产品的成熟度以及整个动力系统的总体造价，大部分公司都选择了直接传动，而直接由传动马达来驱动，因而对传动电动机的扭矩要求也越来越高，而插入式和纯电动汽车的驱动电动机通常可以达到2800-3200 Nm。

3.在电动机控制领域，国内电动机控制器的整体质量和体积都在逐步下降，产品的集成性也在提高。汽车和商用汽车的控制系统的开发也有一些不同。

急需开发客车驱动马达控制器的一体化发展。受整车布局空间、重量等因素的制约，采用 DCI/DC集成驱动电动机控制器，提高了系统的功率密度，提高了7-8 KVA/L；一些产品还具有汽车充电（ACI/DC）和V2G （汽车给电网提供电力）的功能。

结论

文章从驱动、电机控制、电流控制、电机控制策略等几个方面对新能源商用车辆驱动电机及其控制策略进行了综述。介绍了永磁同步电动机在新能源汽车上的应用。同时，对目前电机控制、电流控制和电机控制算法进行了比较。尽管新能源商用车辆的电动机及控制技术发展迅速，但也存在一些问题。如在电机优化设计、控制算法优化等方面还需要进一步的研究。

参考文献

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[2] 贡俊, 上海电驱动工程技术研究中心. 电动汽车驱动电机系统发展现状与趋势[J]. 2012中国磁性材料与应用产业发展论坛, 2013.

[3] 蒋辰. 新能源汽车驱动电机发展现状及趋势分析[J]. 汽车世界, 2019, 000(022):P.1-1.

作者简介:计硕，1992.08，男，吉林省通化，硕士，新能源车辆电气方向郭女士，13843100597  长春市宽城区凯悦世纪广场c座704，（正付）