作者：Alex，豪華車企高級(jí)工程師（知乎id：堅(jiān)果0904）

純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成匹配技術(shù)研究五部曲—第四篇 電力驅(qū)動(dòng)控制器及策略開發(fā)

純電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車，同樣是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)工程，需要將動(dòng)力電池技術(shù)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，汽車技術(shù)，現(xiàn)代控制理論相集成，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的控制過程。國家在電動(dòng)汽車科技發(fā)展規(guī)劃中，繼續(xù)堅(jiān)持“三縱三橫”的研發(fā)布局，根據(jù)“純電驅(qū)動(dòng)”技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，進(jìn)一步突出“三橫”共性關(guān)鍵技術(shù)研究，即研究驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)、動(dòng)力電池及其管理系統(tǒng)、動(dòng)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(wù)發(fā)展策略。

筆者在梳理新能源動(dòng)力總成開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，為動(dòng)力總成的設(shè)計(jì)和測試生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)和參考。計(jì)劃分為5個(gè)篇章來整純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成開發(fā)中關(guān)鍵技術(shù)，今天首先聊一下第四篇章 ：電力驅(qū)動(dòng)控制器及策略開發(fā)

圖1 動(dòng)力總成開發(fā)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

純電動(dòng)汽車的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電池管理系統(tǒng)，電機(jī)控制系統(tǒng)，整車控制系統(tǒng)三大部分，本文重點(diǎn)梳理電機(jī)控制和整車控制。

1.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器開發(fā)

相比于同步電機(jī)，交流異步電機(jī)因其堅(jiān)固耐用，價(jià)格便宜，效率高廣泛適用于各大純電動(dòng)汽車，本文以異步電機(jī)作為研究對象開展。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器硬件設(shè)計(jì)包括以下6個(gè)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(shè)計(jì)預(yù)充回路。功率開關(guān)器件釆用英飛凌針對電動(dòng)汽車幵發(fā)的絕緣柵雙極型晶體管

2）微控制器

電機(jī)控制器是一個(gè)集矢量控制、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、故障診斷及保護(hù)、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(diǎn)：

超高數(shù)據(jù)處理運(yùn)算能力，高效實(shí)時(shí)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(chǔ)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(hào)原理

在設(shè)計(jì)的電機(jī)控制器中，輸入信號(hào)包括兩相相電流、直流母線電流、電機(jī)溫度、功率模塊溫度、驅(qū)動(dòng)板溫度、電機(jī)位置及直流母線電壓等信號(hào)。

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(jī)控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和標(biāo)定，還設(shè)計(jì)有串行接口電路；為方便電機(jī)控制器進(jìn)行故障診斷，還基于設(shè)計(jì)有通信接口電路。

6）IGBT功率模塊門極驅(qū)動(dòng)電路

IGBT驅(qū)動(dòng)芯片采用汽車級(jí)溫度范圍的單通道驅(qū)動(dòng)器，芯片一般具有欠壓保護(hù)和互鎖功能，采用無磁芯變壓器技術(shù)，需要進(jìn)行電氣隔離，信號(hào)傳播延遲時(shí)間短，應(yīng)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(dòng)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可以比較直接地反映電動(dòng)汽車的實(shí)際能耗情。

車輛的加速度和車輛速度以及制定速度和電機(jī)過載等因素都會(huì)對電動(dòng)汽車的能耗產(chǎn)生較大的影響。據(jù)車輛行駛動(dòng)力學(xué)模塊仿真得到其需求轉(zhuǎn)矩和為避免電機(jī)轉(zhuǎn)矩過載引起電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率過度降低。不同駕駛員駕駛車輛時(shí)，能耗還存在一定差異，這主要是由司機(jī)駕駛習(xí)慣引起。激進(jìn)駕駛員頻繁超速且傾向于緊急制動(dòng)，相對于謹(jǐn)慎駕駛員的保持較大車距和輕度制動(dòng)來講，其急加速、高速行駛、緊急制動(dòng)等使電機(jī)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(jì)車速，并采用滑行和輕度剎車減速，可實(shí)現(xiàn)滑行能量和制動(dòng)能量的有效回收，提高車載能源利用率。

總結(jié)：

純電動(dòng)汽車電力驅(qū)動(dòng)控制器及策略開發(fā)是一項(xiàng)復(fù)雜和耗時(shí)的系統(tǒng)性工程，需要綜合考慮電池電機(jī)以及整車控制的影響因素。需要規(guī)劃車輛的驅(qū)動(dòng)模式，設(shè)計(jì)純電動(dòng)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(jìn)行優(yōu)化控制。同時(shí)需要綜合分析電機(jī)轉(zhuǎn)速，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電池組SOC和電池組溫度等因素的影響，開發(fā)相應(yīng)的滑行能量回饋控制策略和制動(dòng)能量回饋策略。