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电动汽车电机控制器关键技术研讨 [复制链接]

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电动汽车核心技术就是“三电”,三电包括动力电池、电机控制器、电机,其中电机控制器是三电中的重中之重,因为,电机控制器的功耗决定了动力电池电能转化成电机驱动整车机械能的效率,当然了,这个效率所指的并非综合效率,综合效率的影响因子很多,例如:电机控制器效率、电机效率、机械转化效率、热功耗、开关损耗、电机铜耗、铁耗等等。一个好的电机控制器企业一般会生产一代、研发一代、预研一代,利用不断优化的技术优势来获取市场的青睐。下面我们分析一下电机控制的几个关键技术点:

一、如何提高电机控制器效率?

提高电机控制器效率的常见方法有,通过电机标定特定转矩、转速工况下的最佳电流矢量,以此保证电机电流最小值,此时IGBT的损耗、电阻损耗就会变低。其次,就是通过桥电路提高电机控制器输入电压利用率,提高电机输入电压值,在恒功率区域总的电流值就会减少,由此也会减少损耗和漏磁。再者,通过变载频技术,让电机控制器载波频率在不同的工作区间实时变化,在低转速区间降低载波频率,降低了开关损耗;在高频阶段恢复高频载波控制,兼顾了性能和效率。还有就是寄希望于第四代宽禁带半导体材料SiC的发展、应用,以此降低开关导通的损耗。最后就是提高电压平台,以降低损耗,目前常见的电动汽车高压平台有VDC、VDC,以后可能提升到VDC平台,电流越来越小,损耗固然可以降低,但是其他电器元件的耐压等级和要求提高了,所以提高电机控制器效率要权衡其他各方面的综合因子来评估。

二、如何提高电机控制器的功率密度?

衡量一个电机控制器的性价比,可以通过功率价格比,衡量一个电机控制器是否良好,也可以通过功率密度比,一个功率密度比较高的电机控制器就可以给整车所减布置空间。目前主流的电控厂如汇川可以将功率密度做到33kW/L,到年左右预计做到50kW/L,这将给电控带来进一步的提升。通过优化立体水路结构可以提升散热能力,采用更好的导热材料也可以减少热源和水路的热阻。电机控制器良好的散热环境也可以提升电控持续输出功率的能力,良好的散热环境也可以降低器件损耗、延长产品使用寿命。

三、如何消除电机控制器与电机噪声NVH指标?

NVH:NoiseVbrition、Harshness噪声、振动、声噪粗糙度是衡量汽车的一个重要指标。电动汽车噪声一般是因为传动链发生抖动引起车体的共振。消除噪声的方式有主动阻尼,通过在线识别出传动链抖动频率,增加阻尼PWM调制波,通常包含三角波的载波和基波,其中数倍于基波频率的的谐波载便是噪声。所以通过调整载波频率,弱化噪声来提升NVH特性。事实上,软件也可以实现防抖功能,这个就会影响效率,所以如何取舍就要看工程师的校核、验证了。电器的高频共振主要通过消除噪音、吸收噪音、隔离噪音,通常只能消除噪音,主要通过减小激励(输入)电流,再者就是将激励与车身模态固有频率避开,避免共振。

四、电机控制器成本与那些因素有关?

电机控制器的成本首先与功率成正相关,但是电压、电流的提升导致EMC等级的提高也会增加成本。低速变频为低载频的脉动,低转速脉动载波与输入频率之间的载波比会影响电机控制器性能,恒功率弱磁区时,电机控制器效率升高,电机谐波增加,此时铁耗、铜耗各不相同,造成的成本也不同,所以要均衡电机控制器效率和电机谐波。

五、电控电流与电机转矩、电控电压与电机转速关系如何?

首先提个概念,转矩电流比:单位电流能够输出的转矩。电机在没有进入不饱和区域时,电机转矩与电控输出电流成线性关系;电控电压和电机转速的关系基本上是属于线性的。电控输出电压和电机变频调速会有恒转矩调速,此时电控电压是线性的;恒功率阶段:电控电压饱和区,此时电控功率属于饱和转态,所以电压和转速之间就没有关系了。

六、电动汽车设计中电控与电机是如何进行匹配的?

首先肯定是动力性相匹配,也就是说电控功率要与电机功率匹配,电压、电流相匹配。电机控制器、电机都会有效率损失,电机控制器的输出功率、电机输出功率都会有一个设计余量,电压、电流余量要满足电机输出、电控输出频率满足电机输出范围。

七、总结

电动汽车驱动系统的开发会涉及到很多问题,包括结构、硬件、软件、电气、效率、质量、体积、成本、功率等等因素,由于小编水平有限,上文难免有不妥之处,希望大家批评指正,在下面留言讨论。

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