作者：Alex，豪華車企高級工程師（知乎id：堅果0904）

純電動汽車動力總成匹配技術研究五部曲—第四篇 電力驅動控制器及策略開發(fā)

純電動汽車結構和設計不同于傳統(tǒng)的內燃機驅動汽車，同樣是一個復雜系統(tǒng)工程，需要將動力電池技術，電機驅動技術，汽車技術，現(xiàn)代控制理論相集成，實現(xiàn)最優(yōu)化的控制過程。國家在電動汽車科技發(fā)展規(guī)劃中，繼續(xù)堅持“三縱三橫”的研發(fā)布局，根據(jù)“純電驅動”技術轉型戰(zhàn)略，進一步突出“三橫”共性關鍵技術研究，即研究驅動電機及其控制系統(tǒng)、動力電池及其管理系統(tǒng)、動力總成控制系統(tǒng)。各大廠家依據(jù)國家發(fā)展戰(zhàn)略制定各自的業(yè)務發(fā)展策略。

筆者在梳理新能源動力總成開發(fā)過程中的關鍵技術，為動力總成的設計和測試生產(chǎn)提供理論基礎和參考。計劃分為5個篇章來整純電動汽車動力總成開發(fā)中關鍵技術，今天首先聊一下第四篇章 ：電力驅動控制器及策略開發(fā)

圖1 動力總成開發(fā)中的關鍵環(huán)節(jié)

純電動汽車的電力驅動系統(tǒng)包括電池管理系統(tǒng)，電機控制系統(tǒng)，整車控制系統(tǒng)三大部分，本文重點梳理電機控制和整車控制。

1.1 驅動電機控制器開發(fā)

相比于同步電機，交流異步電機因其堅固耐用，價格便宜，效率高廣泛適用于各大純電動汽車，本文以異步電機作為研究對象開展。

驅動電機控制器硬件設計包括以下6個部分。

1）控制系統(tǒng)主回路

通常為避免在接通高壓瞬間主電路電容產(chǎn)生過大的電流沖擊，都需要設計預充回路。功率開關器件釆用英飛凌針對電動汽車幵發(fā)的絕緣柵雙極型晶體管

2）微控制器

電機控制器是一個集矢量控制、實時數(shù)據(jù)采集、故障診斷及保護、通信等功能于一體的汽車電子管理系統(tǒng)。作用類似于電池管理系統(tǒng)BMS。微控制器芯片的選擇具有以下特點：

超高數(shù)據(jù)處理運算能力，高效實時中斷系統(tǒng)，足夠的輸入輸出接口，集成度高，足夠大的程序存儲空間，較高為穩(wěn)定性，可靠性和電磁兼容性，芯片溫度符合車用要求。英飛凌是目前主流芯片提供商。

3）傳感器信號原理

在設計的電機控制器中，輸入信號包括兩相相電流、直流母線電流、電機溫度、功率模塊溫度、驅動板溫度、電機位置及直流母線電壓等信號。

4）主控板電源電路

需要電源芯片為主控板提供電源，全滿足微控制器以及各功能模塊電路對電壓和功率的需求。

5）主控制板通訊電路

對電機控制系統(tǒng)參數(shù)進行監(jiān)測和標定，還設計有串行接口電路；為方便電機控制器進行故障診斷，還基于設計有通信接口電路。

6）IGBT功率模塊門極驅動電路

IGBT驅動芯片采用汽車級溫度范圍的單通道驅動器，芯片一般具有欠壓保護和互鎖功能，采用無磁芯變壓器技術，需要進行電氣隔離，信號傳播延遲時間短，應用電路簡單。

1.2 整車控制策略研究

整車控制策略開發(fā)需要考慮穩(wěn)態(tài)模式，瞬態(tài)模式，失效模式和超速模式。

1.3 純電動汽車耗能影響因素分析

駕駛特性是指駕駛員在對路況信息處理過程中所表現(xiàn)出來的自身感知、判斷及操作特性。

以單位里程電池組電量消耗作為評價標準，可以比較直接地反映電動汽車的實際能耗情。

車輛的加速度和車輛速度以及制定速度和電機過載等因素都會對電動汽車的能耗產(chǎn)生較大的影響。據(jù)車輛行駛動力學模塊仿真得到其需求轉矩和為避免電機轉矩過載引起電力驅動系統(tǒng)效率過度降低。不同駕駛員駕駛車輛時，能耗還存在一定差異，這主要是由司機駕駛習慣引起。激進駕駛員頻繁超速且傾向于緊急制動，相對于謹慎駕駛員的保持較大車距和輕度制動來講，其急加速、高速行駛、緊急制動等使電機過載的工況比例明顯提高。在道路工況限制前提下，盡量使車輛行駛在經(jīng)濟車速，并采用滑行和輕度剎車減速，可實現(xiàn)滑行能量和制動能量的有效回收，提高車載能源利用率。

總結：

純電動汽車電力驅動控制器及策略開發(fā)是一項復雜和耗時的系統(tǒng)性工程，需要綜合考慮電池電機以及整車控制的影響因素。需要規(guī)劃車輛的驅動模式，設計純電動汽車的控制策略，在車輛不同模式下，按照效率最優(yōu)路徑進行優(yōu)化控制。同時需要綜合分析電機轉速，制動轉矩，電池組SOC和電池組溫度等因素的影響，開發(fā)相應的滑行能量回饋控制策略和制動能量回饋策略。