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解析電動汽車電機電控技術

放大字體??縮小字體 發布日期:2016-06-13 19:07:45 ??來源:新能源汽車網??編輯:全球新能源汽車網??瀏覽次數:719
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    現階段關于電動汽車關鍵零部件的討論,大部分主要集中在對動力電池的討論上,而對電機電控等方面的探討,卻少之又少。究其原因,一方面是關于動力電池技術的發展上,不時有新技術與新熱點出現,容易吸引媒體與讀者的注意。而電機電控方面,新技術新熱點則少之又少;二是在電機電控領域,尤其是在電控領域,國內供應商還處于一個相對初級的階段,所研發的產品還無法達到國際領先水平,這也極大的限制了廣大消費者們對電機電控技術的關心。鑒于篇幅所限,筆者只對電機電控的基本知識為大家做一個簡單的介紹,希望對大家能有所幫助。
    電機技術解析
   

    所謂電機,顧名思義,就是將電能與機械能相互轉換的一種電力元器件。當電能被轉換成機械能時,電機表現出電動機的工作特性;當電能被轉換成機械能時,電機表現出發電機的工作特性。大部分電動汽車在剎車制動的狀態下,機械能將被轉化成電能,通過發電機來給電池回饋充電。
    電機主要由轉子,定子繞組,轉速傳感器以及外殼,冷卻等零部件組成。在新能源汽車領域,永磁同步電機被廣泛使用。所謂永磁,指的是在制造電機轉子時加入永磁體,使電機的性能得到進一步的提升。而所謂同步,則指的是轉子的轉速與定子繞組的電流頻率始終保持一致。因此,通過控制電機的定子繞組輸入電流頻率,電動汽車的車速將最終被控制。而如何調節電流頻率,則是電控部分所要解決的問題。
    與其他類型的電機相比較,永磁同步電機的最大優點就是具有較高的功率密度與轉矩密度,說白了,就是相比于其他種類的電機,在相同質量與體積下,永磁同步電機能夠為新能源汽車提供最大的動力輸出與加速度。這也是在對空間與自重要求極高的新能源汽車行業,為什么永磁同步電機是廣大汽車制造商首選的主要原因。
    除了永磁同步電機,異步電機也因特斯拉的使用而被廣泛關注。與同步電機相比起來,電機轉子的轉速總是小于旋轉磁場(由定子繞組電流產生)的轉速。因此,轉子看起來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的原因。
    相比于永磁同步電機,異步電機的優點是成本低,工藝簡單;當然其缺點就是其功率密度與轉矩密度要低于永磁同步電機。而特斯拉ModelS為何選用異步電機而不是永磁同步電機,除了控制成本這個主要原因之外,較大的ModelS車體能夠有足夠空間放的下相對大一點的異步電機,也是一個很重要的因素。
    除了同步電機與異步電機之外,輪轂電機也是新能源汽車電機應用的一個熱點。輪轂電機的最大特點就是,把車輛的動力裝置、傳動裝置以及制動裝置都整合一起到輪轂內。相比傳統動力裝置而言,輪轂電機的優點顯而易見,由于省了大量的傳動部件,車輛結構也相對簡單;當然,在電機的同步控制,涉水密封等方面,輪轂電機依然還有很多問題需要解決。

    電控單元相當于傳統汽車的ECU,是電動汽車上對高壓零部件實現控制的主要執行單元。除了電機控制以外,對車載充電機,DC-DC單元等相關組件的控制,同樣也是由電控單元來實現的。
    電控單元的核心,便是對驅動電機的控制。動力單元的提供者--動力電池所提供的是直流電,而驅動電機所需要的,則是三項交流電。因此,電控單元所要實現的,便是在電力電子技術上稱之為逆變的一個過程,即將動力電池端的直流電轉換成電機輸入側的交流電。
    為實現逆變過程,電控單元需要直流母線電容,IGBT等組件來配合一起工作。當電流從動力電池端輸出之后,首先需要經過直流母線電容用以消除諧波分量,之后,通過控制IGBT的開關以及其他控制單元的配合,直流電被最終逆變成交流電,并最終作為動力電機的輸入電流。如前文所述,通過控制動力電機三項輸入電流的頻率以及配合動力電機上轉速傳感器與溫度傳感器的反饋值,電控單元最終實現對電機的控制。
   

    除了對電機實現控制以為,電控單元也是車載充電機,DC-DC單元等組件的主控制機構。充電與電機控制正好相反,需要把電網提供的交流電轉換成動力電池的直流電,也就是在電力電子學上稱為整流的過程。而DC-DC單元,則是實現通過動力電池為12V電池充電的過程,電控單元需要把動力電池端的高壓,轉換成12V電池的低壓端,用以最終實現為新能源汽車充電。
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關鍵詞: 電控 技術 汽車電機


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