前言

隨著能源緊張、環(huán)保壓力加大，節(jié)能、環(huán)保的新能源汽車無疑將成為汽車未來的發(fā)展方向，美國、日本和歐洲等國相繼出臺鼓勵政策，支持電動汽車研發(fā)和電動汽車的市場化等。國內(nèi)外各大汽車公司均對此領(lǐng)域表現(xiàn)出極大的熱情，并投入巨大人力物力來研發(fā)電動汽車。在英國每天清晨有2萬輛電動汽車為各家各戶送鮮奶；法國電動汽車的保有量己達1萬輛；美國圣芭芭拉城試驗運行的電動公交小巴，紐約市運行的電動公交車深受市民喜愛；在日本，EV與ITS的組合已成為目前電動汽車技術(shù)水平下實用化和商業(yè)化的新途徑。

我國在電動汽車的研發(fā)上與發(fā)達國家有一定差距，但是在國家政策扶持下，我國的電動汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有了長足發(fā)展，“十城千輛”節(jié)能與新能源汽車示范推廣試點城市等政策措施都為電動汽車提供巨大支持。而2010年開始，國家更將新能源汽車產(chǎn)業(yè)列為七個戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，制定了中長期的發(fā)展目標，提出“著力突破動力電池、驅(qū)動電機和電子控制領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)，推進插電式混合動力汽車、純電動汽車推廣應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化?！?/p>

EV550是中冶南方（武漢）自動化有限公司為電動客車定制開發(fā)的專用驅(qū)動控制矢量型變頻器。

電動汽車對電驅(qū)動系統(tǒng)的要求

電動汽車的最終目標，是要用電氣驅(qū)動系統(tǒng)取代機械推進系統(tǒng)，用電池代替汽油作為車載能源，在實現(xiàn)零排放或減少排放的前提下，達到或超過燃油汽車各項技術(shù)指標。

同普通燃油汽車一樣，電動汽車運行工況復(fù)雜多變，既要能高速飛馳，又要能頻繁啟制動、上下坡、快速超車、緊急剎車。作為一種在陸地上露天行駛的走行機械，電動汽車同樣要能適應(yīng)雪天、雨天、盛夏、嚴冬等惡劣天氣條件，能承受道路的顛簸振動，還要保證司乘人員的舒適與安全。因此，電動汽車對電驅(qū)動系統(tǒng)的要求與一般的工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)有著很大不同的，可歸納為以下幾點：

1、具有較寬的調(diào)速范圍和轉(zhuǎn)矩輸出能力。在基速(即額定轉(zhuǎn)速)以下區(qū)域，應(yīng)能輸出恒定大轉(zhuǎn)矩以適應(yīng)快速起動、加速、負荷爬坡、頻繁起停等要求。而在基速以上區(qū)域，則運行在高速度、小轉(zhuǎn)矩、恒功率狀態(tài)，以滿足公路飛馳、超車等要求。

2、在整個轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)的效率最大化，以謀求電池一次充電后的續(xù)馳里程盡可能長。開發(fā)比功率更高的新型電池是解決這個問題最根本的方法，但提高電機及其電驅(qū)動系統(tǒng)的效率也是重要的一環(huán)。

3、電機及其電驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)結(jié)構(gòu)堅固、體積小、免維護或少維護、抗顛簸振動、具有較高的安全性。

4、電動汽車驅(qū)動電機要求工作可控性高、穩(wěn)態(tài)精度高、動態(tài)性能好；

5、先進的能量管理系統(tǒng)。

6、操作性能符合司機習慣，運行平穩(wěn)，乘坐舒適，電動系統(tǒng)失效保障措施完善。

7、單位功率的系統(tǒng)設(shè)備性價比。目前，電動汽車的成本仍大大高于普通汽車，這也限制了電動汽車的市場化。

電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)

圖一中冶南方自動化公司整車控制系統(tǒng)原理圖

電動汽車是指全部或部分由電機驅(qū)動的汽車，目前主要指純電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車三種類型，它是集機械、能源、電子、計算機、信息等多種技術(shù)為一體的一種典型的高新技術(shù)產(chǎn)品，其最終目標是實現(xiàn)高效率、零污染、數(shù)字化、智能化和輕量化，這也是其優(yōu)于傳統(tǒng)汽車之所在。

電動汽車研制開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)主要有電池、電機、電機驅(qū)動系統(tǒng)、車身和底盤設(shè)計，以及能量管理技術(shù)等，其中前3項構(gòu)成了電動汽車的電氣驅(qū)動系統(tǒng)，也是電動汽車的發(fā)展瓶頸。

電池系統(tǒng)作為整車的動力源，主要功能是為驅(qū)動控制系統(tǒng)提供能量，并用周期性的充電來補充電能。動力電池組作為電動汽車的關(guān)鍵裝備，它的質(zhì)量和體積以及存儲的能量對電動汽車的性能起決定性作用。經(jīng)計算電池系統(tǒng)選用鋰離子電池。

電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)是電動汽車的心臟，其任務(wù)是在駕駛員控制下，高效的將蓄電池的能量轉(zhuǎn)化為車輪的動能，驅(qū)動汽車前進。驅(qū)動控制系統(tǒng)主要由電機和電機控制器組成，電機與電池之間的能量流動通過控制器調(diào)節(jié)，電機與車輪通過機械傳動裝置連在一起。驅(qū)動電機可選用交流電機、永磁同步電機、直流電機或開關(guān)磁阻電機。

底盤包括傳動行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、懸架和前橋等，其中行駛系統(tǒng)又主要由變速器、傳動軸、后橋和車輪等組成，系統(tǒng)方案如圖一所示。

EV550矢量變頻器及其在電動汽車上的控制策略

矢量變頻器（電機控制器）在電動汽車中是將直流動力源轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鬏敵鲵?qū)動三相電機進而將電能轉(zhuǎn)變成機械能驅(qū)動汽車運行。它是整個電驅(qū)動系統(tǒng)的核心部分，因此它控制性能的好壞直接關(guān)系到驅(qū)動電機能否可靠、高效的運行，會影響到整個車輛的動力性能和乘客的舒適感。

下圖為矢量變頻器基本框架。

圖二矢量變頻器框架

EV550系列矢量變頻器及控制系統(tǒng)是中冶南方（武漢）自動化有限公司專為電動汽車設(shè)計開發(fā)的，其實時控制及安全性能要求較高，既能完成復(fù)雜的矢量控制運算和脈寬調(diào)制算法，又能采集處理數(shù)據(jù)，控制外部系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，配合整車控制器完成行車邏輯控制策略。

應(yīng)用EV550矢量變頻器構(gòu)建其控制系統(tǒng)的核心需求在于：

1、安全可靠的上電時序控制。

電機控制器上動力電要按照一定的時序控制，否則會造成控制器的損壞。當司機按電機控制器合閘按鈕，電機控制器接到整車控制器合閘命令后閉合預(yù)充電接觸器，使電池組通過預(yù)充電電阻緩慢的給電機控制器中電容組充電，當電機控制器檢測到直流母線電壓達到額定輸入電壓90％后，閉合電機控制器接觸器，同時切斷預(yù)充電接觸器，此時電機控制器主電完全接到電池組上，完成主電上電過程。

2、高性能控制算法。

矢量控制算法（磁場定向控制）是交流調(diào)速技術(shù)的一次飛躍，它通過對電機磁通的定向，實現(xiàn)了交流電機中的解耦控制，使電機磁通矢量的幅值和空間位置在動態(tài)和穩(wěn)態(tài)時皆可控，從而使交流電動機調(diào)速的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能可與直流電機調(diào)速系統(tǒng)相媲美，甚至在某些情況下還超越后者。以此，此算法應(yīng)用于電動汽車領(lǐng)域，滿足了電動汽車在低速時具有較大轉(zhuǎn)矩，保證其具有良好的加速性能和爬坡能力；同時還滿足其較寬的調(diào)速范圍，以使電動汽車具有在平路上高速行駛的性能。

3、最優(yōu)能量利用率。

能量的最優(yōu)利用率是對電動汽車另一個基本要求，要求其控制系統(tǒng)能夠盡可能的利用能源，包括利用過熱及再生制動能量，使得有限能源得到充分利用。能力回饋能夠?qū)崿F(xiàn)此功能。它包括車輛制動能力回饋與車輛滑行能力回饋兩種。在回饋狀態(tài)時，驅(qū)動電機按發(fā)電機運行，將車輛行駛動能轉(zhuǎn)化為電能，可以起到3個作用：輔助制動；回收能量給動力蓄電池充電，從而延長車輛續(xù)駛里程；在車輛有供熱需求時，可以直接利用這部分電能供熱取暖。

圖三EV550電動汽車專用電機控制器

而EV550變頻器產(chǎn)品應(yīng)用于電動汽車的主要優(yōu)點在于：

1、可靠性：三重過流保護、三重過壓保護、三重驅(qū)動保護，保證電機控制器可靠穩(wěn)定運行。

2、控制策略優(yōu)越：電機控制器采用矢量控制技術(shù)，性能優(yōu)越，可靠性高，適用于交流異步或永磁同步電機；

3、大容量輸出能力：使得電機輸出端無需配備變速箱或減速器，大大的降低了故障點及機械傳動系統(tǒng)的噪聲，節(jié)省成本，控制模式簡單，可靠性更高，車輛運行平穩(wěn)性好；

4、動力性能優(yōu)良：加速性能好(15秒內(nèi)0～50km/h)，更有良好的經(jīng)濟性能（0.9度/km@40km/h）；

5、故障診斷及處理：為提高整車的可靠性，電機控制系統(tǒng)必須有故障診斷功能，并能對故障進行保存，方便日后分析，另外通過診斷端口可以在線實施調(diào)試電機控制器、記錄各種運行曲線，方便優(yōu)化整個控制系統(tǒng)；

6、高效制動能量回收：充分發(fā)揮純電動汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，提高能源的利用率，電機控制系統(tǒng)須具有制動能量回收功能。

7、簡易性：電機控制器質(zhì)量可靠，且重量輕、易于布置、接線維護方便等特點，產(chǎn)業(yè)化前景非常好。

總結(jié)

交流電機的驅(qū)動控制技術(shù)，由于大功率半導(dǎo)體器件技術(shù)、微處理器技術(shù)以及控制理論的帶動，發(fā)展到今天已經(jīng)有了長足進步，在電氣傳動領(lǐng)域它正逐漸替代直流驅(qū)動，已經(jīng)成為主流發(fā)展技術(shù)。EV550矢量變頻器的推出，也將以其優(yōu)越的控制性能，在電動汽車領(lǐng)域創(chuàng)造更為廣闊的應(yīng)用。