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纯电动汽车电力驱动控制器及策略开发
作者：Alex，豪华车企高级工程师（知乎id：坚果0904）
纯电动汽车动力总成匹配技术研究五部曲—第四篇 电力驱动控制器及策略开发
纯电动汽车结构和设计不同于传统的内燃机驱动汽车，同样是一个复杂系统工程，需要将动力电池技术，电机驱动技术，汽车技术，现代控制理论相集成，实现最优化的控制过程。国家在电动汽车科技发展规划中，继续坚持“三纵三横”的研发布局，根据“纯电驱动”技术转型战略，进一步突出“三横”共性关键技术研究，即研究驱动电机及其控制系统、动力电池及其管理系统、动力总成控制系统。各大厂家依据国家发展战略制定各自的业务发展策略。
笔者在梳理新能源动力总成开发过程中的关键技术，为动力总成的设计和测试生产提供理论基础和参考。计划分为5个篇章来整纯电动汽车动力总成开发中关键技术，今天首先聊一下第四篇章 ：电力驱动控制器及策略开发
图1 动力总成开发中的关键环节
纯电动汽车的电力驱动系统包括电池管理系统，电机控制系统，整车控制系统三大部分，本文重点梳理电机控制和整车控制。
1.1 驱动电机控制器开发
相比于同步电机，交流异步电机因其坚固耐用，价格便宜，效率高广泛适用于各大纯电动汽车，本文以异步电机作为研究对象开展。
驱动电机控制器硬件设计包括以下6个部分。
1）控制系统主回路
通常为避免在接通高压瞬间主电路电容产生过大的电流冲击，都需要设计预充回路。功率开关器件釆用英飞凌针对电动汽车幵发的绝缘栅双极型晶体管
2）微控制器
电机控制器是一个集矢量控制、实时数据采集、故障诊断及保护、通信等功能于一体的汽车电子管理系统。作用类似于电池管理系统BMS。微控制器芯片的选择具有以下特点：
超高数据处理运算能力，高效实时中断系统，足够的输入输出接口，集成度高，足够大的程序存储空间，较高为稳定性，可靠性和电磁兼容性，芯片温度符合车用要求。英飞凌是目前主流芯片提供商。
3）传感器信号原理
在设计的电机控制器中，输入信号包括两相相电流、直流母线电流、电机温度、功率模块温度、驱动板温度、电机位置及直流母线电压等信号。
4）主控板电源电路
需要电源芯片为主控板提供电源，全满足微控制器以及各功能模块电路对电压和功率的需求。
5）主控制板通讯电路
对电机控制系统参数进行监测和标定，还设计有串行接口电路；为方便电机控制器进行故障诊断，还基于设计有通信接口电路。
6）IGBT功率模块门极驱动电路
IGBT驱动芯片采用汽车级温度范围的单通道驱动器，芯片一般具有欠压保护和互锁功能，采用无磁芯变压器技术，需要进行电气隔离，信号传播延迟时间短，应用电路简单。
1.2 整车控制策略研究
整车控制策略开发需要考虑稳态模式，瞬态模式，失效模式和超速模式。
1.3 纯电动汽车耗能影响因素分析
驾驶特性是指驾驶员在对路况信息处理过程中所表现出来的自身感知、判断及操作特性。
以单位里程电池组电量消耗作为评价标准，可以比较直接地反映电动汽车的实际能耗情。
车辆的加速度和车辆速度以及制定速度和电机过载等因素都会对电动汽车的能耗产生较大的影响。据车辆行驶动力学模块仿真得到其需求转矩和为避免电机转矩过载引起电力驱动系统效率过度降低。不同驾驶员驾驶车辆时，能耗还存在一定差异，这主要是由司机驾驶习惯引起。激进驾驶员频繁超速且倾向于紧急制动，相对于谨慎驾驶员的保持较大车距和轻度制动来讲，其急加速、高速行驶、紧急制动等使电机过载的工况比例明显提高。在道路工况限制前提下，尽量使车辆行驶在经济车速，并采用滑行和轻度刹车减速，可实现滑行能量和制动能量的有效回收，提高车载能源利用率。
总结：
纯电动汽车电力驱动控制器及策略开发是一项复杂和耗时的系统性工程，需要综合考虑电池电机以及整车控制的影响因素。需要规划车辆的驱动模式，设计纯电动汽车的控制策略，在车辆不同模式下，按照效率最优路径进行优化控制。同时需要综合分析电机转速，制动转矩，电池组SOC和电池组温度等因素的影响，开发相应的滑行能量回馈控制策略和制动能量回馈策略。
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