新能源汽車電機、電控技術(shù)剖析
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2016-05-25 13:53:32
電機技術(shù)解析
所謂電機,顧名思義,就是將電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的一種電力元器件。當(dāng)電能被轉(zhuǎn)換成機械能時,電機表現(xiàn)出電動機的工作特性;當(dāng)電能被轉(zhuǎn)換成機械能時,電機表現(xiàn)出發(fā)電機的工作特性。大部分電動汽車在剎車制動的狀態(tài)下,機械能將被轉(zhuǎn)化成電能,通過發(fā)電機來給電池回饋充電。
電機主要由轉(zhuǎn)子,定子繞組,轉(zhuǎn)速傳感器以及外殼,冷卻等零部件組成。在新能源汽車領(lǐng)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(zhuǎn)子時加入永磁體,使電機的性能得到進(jìn)一步的提升。而所謂同步,則指的是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)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,電動汽車的車速將終被控制。而如何調(diào)節(jié)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,永磁同步電機的優(yōu)點就是具有較高的功率密度與轉(zhuǎn)矩密度,說白了,就是相比于其他種類的電機,在相同質(zhì)量與體積下,永磁同步電機能夠為新能源汽車提供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(yè),為什么永磁同步電機是廣大汽車制造商的主要原因。
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(guān)注。與同步電機相比起來,電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是小于旋轉(zhuǎn)磁場(由定子繞組電流產(chǎn)生)的轉(zhuǎn)速。因此,轉(zhuǎn)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(yōu)點是成本低,工藝簡單;當(dāng)然其缺點就是其功率密度與轉(zhuǎn)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(yīng)用的一個熱點。輪轂電機的特點就是,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(nèi)。相比傳統(tǒng)動力裝置而言,輪轂電機的優(yōu)點顯而易見,由于省了大量的傳動部件,車輛結(jié)構(gòu)也相對簡單;當(dāng)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。
電控技術(shù)解析
電控單元相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的ECU,是電動汽車上對高壓零部件實現(xiàn)控制的主要執(zhí)行單元。除了電機控制以外,對車載充電機,DC-DC單元等相關(guān)組件的控制,同樣也是由電控單元來實現(xiàn)的。
電控單元的,便是對驅(qū)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(qū)動電機所需要的,則是三項交流電。因此,電控單元所要實現(xiàn)的,便是在電力電子技術(shù)上稱之為逆變的一個過程,即將動力電池端的直流電轉(zhuǎn)換成電機輸入側(cè)的交流電。
為實現(xiàn)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(dāng)電流從動力電池端輸出之后,首先需要經(jīng)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(guān)以及其他控制單元的配合,直流電被終逆變成交流電,并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(zhuǎn)速傳感器與溫度傳感器的反饋值,電控單元終實現(xiàn)對電機的控制。
除了對電機實現(xiàn)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(gòu)。充電與電機控制正好相反,需要把電網(wǎng)提供的交流電轉(zhuǎn)換成動力電池的直流電,也就是在電力電子學(xué)上稱為整流的過程。而DC-DC單元,則是實現(xiàn)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(zhuǎn)換成12V電池的低壓端,用以終實現(xiàn)為新能源汽車充電。
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