新能源汽车电机控制系统介绍

新能源汽车代表着未来汽车的发展方向，新能源汽车技术发展体系可总结为"1+2+3"。

"1"代表整车平台技术，作为新能源技术的综合载体，可通过传统汽车平台、传统平台的电气化改进以及开发电动汽车专用平台来实现。

"2"代表充电技术和智能技术，分别是新能源汽车发展的保障和未来发展方向。

"3"代表动力电池技术、驱动电机技术和电控技术（即"三电")，这三者是新能源技术的核心。

驱动电机系统是电动汽车的三大核心部件之一，是车辆行驶过程中的主要执行机构，其性能直接影响车辆的动力性、经济性和用户驾乘感受，本文主要讲述新能源汽车电机控制系统的整体架构及原理。

新能源汽车技术发展体系

1、新能源纯电动汽车的电气控制

新能源电动汽车是由电气系统和机械系统组成的复杂系统，电机驱动控制系统是连接驱动电机与动力电池的中枢，用来调校整车各项性能，动力电机驱动控制系统不仅能保障车辆的基本安全及精准操控。新能源汽车电气控制系统主要包括电力驱动控制系统、底盘系统、车身系统、辅助系统四大部分，而电力驱动控制系统是其核心部分。

新能源电动汽车的整车控制构架如下图所示，主要包括能源系统、电力驱动系统、辅助系统。

纯电动汽车的电气控制构架

（1）能源系统

能源系统为整车提供充足的电能储备，主要由动力电池HV、电池管理系统BMS、车型充电机OBC、电源转换器DC-DC以及低压辅助电池组成。车型充电机OBC通过交流充电口将外部220V的交流市电转换为合适的直流电，为动力电池组HV充电。动力电池组储备电能为整车高压部件供电，同时通过电源转换器DC-DC向低压蓄电池充电，间接为整车低压电器供电。

整车能源系统

（2）辅助系统

辅助系统用于电动汽车的行驶安全，操作方便灵活。主要包含电动助力转向系统、电动空调系统、电动真空泵助力制动系统。由于电动汽车上取消了随时在运转的发动机，因此传统汽车上助力转向、空调、发电机、真空等利用发动机带动的辅助系统，都必须改由电动的了。

①电动助力转向系统

新能源汽车的助力转向，均采用了电动助力转向系统，以助力电机作为直接动力源，当操纵方向盘时，ECU依据转向盘旋转的方向和转角大小、方向盘对转向机构的扭矩大小以及行车速度快慢等信息，控制助力电机的输出扭矩大小与方向，再经减速机构减速增扭后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与工况相适应的转向作用力，实现转向助力功能。

电动助力转向系统

②电动汽车的电动真空泵助力制动系统

电子真空泵工作电压也是12V，属于低压电器设备，由低压蓄电池供电。目前，电动汽车仍然采用传统汽车的真空助力制动，但是由于车辆上取消了发动机，进气系统及真空来源，在车辆上增加了电动真空泵和真空罐等器件。

③电动空调系统

空调系统主要是控制驾驶室内空气的温度、湿度、流速和等，提高驾乘人员的舒适度，保障行车安全。空调系统主要任务是调节车内空气的温度，传统燃油汽车通过发动机热源将冷却液引入到车内进行加热空气；利用发动机的富余动力，带动压缩机运转，驱动制冷剂在制冷循环系统中进行物态变化，将车内的热量转移到国外，达到制冷的效果。

新能源电动汽车因为取消了发动机，因此电动汽车的空调系统用电动压缩机代替了传统汽车上的机械压缩机，用PTC加热器代替了发动机加热冷却液。

电动汽车空调系统组成

（3）电力驱动系统

纯电动汽车保留了传统汽车的加速踏板、制动踏板和各种操纵手柄。在纯电动汽车工作时，传感器将加速踏板、制动踏板机械位移的行程量转换为电信号，输入到整车控制系统VCU，同时接收汽车上包括钥匙信号、挡位信号、充电开关、制动信号、电池信息、车速传感器等，综合处理后，发出控制驱动信号给电机控制器MCU，再输出合适的电流给动力电机，驱动汽车行驶。

轮毂电机电动汽车驱动系统

2、新能源纯电动汽车电机驱动控制器

电机驱动控制单元（MCU）是电动汽车驱动系统的核心部件，MCU是新能源汽车特有的核心功率电子单元，通过接收VCU的车辆行驶控制指令，控制电机输出指定的扭矩和转速，驱动车辆行驶。实现把动力电池的直流电能转换为所需的高压交流电、并驱动电机本体输出机械能。同时，MCU具有电机系统故障诊断保护和存储功能。

MCU由外壳及冷却系统、功率电子单元、控制电路、底层软件和控制算法软件组成。

电机驱动控制单元

驱动电机控制器功能：

3、电动汽车驱动电机的调速控制方式

（1）电压调节法

早期的直流电机，采用串接电阻调速电，当电阻值变化时，流过电机的电流亦随之变化，致使电机产生的转矩变化；电机阻力矩不变时，电机的转速相应变化。虽然串接电阻调速的方法简单，但调速电阻上会产生能量损耗，经济性较差，一般应用于小功率、不长时间运行的电机。

电阻调压调速

目前，串励直流电机无级调速的控制方式通过电力电子器件实现，常用的电力电子器件包括晶闸管、功率场效应晶体管和大功率晶体管。通过控制电力电子元件的相对导通时间，从而改变电机的工作电流，实现电机的变速控制。

电力电子器件控制的串励电机调速电路

（2）变频调速方法

变频调速是通过变频器改变电机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法，变频器可分成交流﹣直流﹣交流变频器和交流﹣交流变频器两大类，目前国内大都使用交流﹣直流﹣交流变频器，其特点：

4、纯电动汽车的冷却系统

纯电动汽车驱动电机大功率输出时会产生大量的热量，驱动电机的控制系统中的大功率半导体元器件，工作电流变大时会产生大量的热量；动力电池的充电及放电时也会产生大量的热量；车辆DC/DC变换器、车载充电机工作时也会产生大量热量。冷却系统主要对驱动电机及大功率的控制元器件进行冷却。

电动汽车的冷却系统分为风冷与水冷两种冷却形式。

风冷式变频器工作原理：为将变频器散热片的冷却叶片置于通风管道处或电动风扇出风口处，使其被管道或出风口吹入或抽入的风冷却。

水冷式变频器工作原理：冷却回路主要包括散热器、膨胀水箱、冷却风机、冷却液软管、电子水泵以及穿过变频器的内部冷却管道。冷却液从散热器泵入变频器内部，散热设备将变频器部件产生的热能传递给冷却液，然后冷却液流回到散热器，在冷却风扇的帮助下，散热器将热能传递到周围空气中。

水冷系统工作原理

新能源汽车以电池、电驱、电控系统（即“三电”系统）为核心，纯电动汽车和混合动力汽车是新能源汽车产业发展的重要方向，“电动化、智能化、网联化、数字化”战略的提出，使得未来车载汽车电子电气架构系统的开发越来越复杂。汽车开放系统架构的层次化、模块化、平台化技术则是汽车电子软件开发的重要趋势。在电动汽车的三大电控系统中（电机控制、电池管理、整车控制），电机控制作为核心之一，其整体架构的研究设计对于汽车电控系统的开发有重要意义。