新能源汽车电机驱动系统关键技术研究

邓玉胜

摘 要：如今新能源汽车产业蓬勃发展，其中的电动汽车，其本身零排放及零污染的特质呼应了当下的环保的理念，顺应时代的发展趋势，与可持续发展环保理论相适应，故而其研制及推广得到社会和国家的大力支持，成为人们出行新选择。关于电动汽车关键技术的研究和开发从未停止过，本文将从电机控制器与驱动电机两方面深入探索了新能源汽车电机驱动系统的关键技术，以供参考。

关键词：新能源汽车;电机驱动系统;关键技术

电池技术、电机技术及电机控制器技术是新能源汽车的三大关键技术。目前，由于电池技术方面的研究尚未取得突破，因此如何将电机驱动系统效率、安全性、可靠性、功率密度提高，成为了当下研究新能源汽车电机驱动系统的主要方向，而这也恰好是我国政府及企业在今后发展中的关键性规划内容。

1 新能源汽车电机控制器关键技术

1.1 功率半导体器件技术

电机控制器作为新能源汽车的三大关键技术之一，其升级与变革，是以功率半导体为根据，以传统单面冷却封装、硅基绝缘栅双极型晶体管技术为基础，将宽禁带半导体、双面冷却集成及定制化模块封装等作为新的研究开发方向[1]。然而，硅基绝缘栅双极型晶体管其价格的优势，使得它在今后一段时间内，在电机控制器产品方面仍然是第一选择。就硅基IGBT芯片技术而言，如果参照传统的硅基器件，宽禁带半导体器件或许拥有更高的级别，因此宽禁带半导体器件在实际应用方面具有更优越的功能性。继第一代以硅、鍺元素为主的半导体材料和第二代以化合物为主的半导体材料之后诞生的第三代宽禁带半导体材料，其具备相当优异的耐高温能力，且具备较大的热导率、禁带宽度、饱和电子漂移速率耐较高击穿电压等诸多方面的优势。此外宽禁带半导体器件和硅基绝缘栅双极型晶体管导通损耗率、开关损耗率低，能适应高频率开关过程。正是因为以上优点，在与高速电机匹配时面临高频率的开关过程依旧能够承受，故而宽禁带半导体器件最合适高速电机。且新式封装技术，如铜线键合、银烧结、芯片倒装和瞬态液相焊接等，也能使硅基绝缘栅双极型晶体管功率部位使用时限和载流密度得到有效提升。

1.2 智能门极驱动技术

智能门极驱动技术，是高压功率半导体器件得以与抵押控制电路实现衔接的关键性技术，在驱动功率半导体过程中，此项技术发挥了至关重要的作用。IGBT门极驱动拥有驱动、隔离及保护功能，需对IGBT开通和关断两种情况进行把控，以平衡损耗和电磁干扰。所以说，在看待该项技术自身特质时，可以从两个方面入手：一方面，主动门极控制和监控装置诊断;另一方面是IGBT开关实时控制，主动门极控制基本上都是围绕其工作运行环境及工况为中心进行的，其原理就在于做好IGBT开关程序的最优实时控制方案[2]。在IGBT分级调控理论中，该项技术的具象化表现在面对开通和关断过程的门极调控，需要独立对待，这样一来便能将反复开关产生的负面影响最大限度减少。智能门极驱动技术是通过实施测评，明确功率半导体器件状况后得到的研究成果，该定论的产生是因为其能为电机控制器提供安全性能方面的保障，同时还能将功率半导体的作用切实发挥，这样一来新能源汽车在应用过程中就可以降低损耗，且电压的利用率也能得到有效提升。

1.3 功率组件集成设计

国际上的电机控制器产品，为了满足新能源汽车高可靠性、长寿命、高功率密度等一系列要求，功率半导体模块封装基本上都为定向设计，功率半导体器件逐渐与其他电子部件实现了更深程度的融合，新能源汽车电机控制器的发展目前也逐渐倾向基于器件的集成设计。

器件级集成设计技术，是由需求集成设计和物理集成设计两方面组成。其中，需求集成设计，是将整车和电驱动系统需求朝着功率模块封装、IGBT芯片设计等方面延伸，以整车设计和性能需求为根据，并以整车需求为导向，建立自上而下的由系统向核心零部件的优化设计方法，在整车减少电池容量需求、增加续航里程方面，该项技术能够发挥巨大的作用。而物理集成设计，主要是对电机不同器件间物理结构进行研究，从而实现机械强度、散热及寄生参数之间的平衡优化，最终取得最优化的机、电、热、磁设计，这样一来便能实现电机控制器设计中高可靠性和高功率密度的目标。

2 新能源汽车驱动电机关键技术

2.1 扁铜线技术

扁铜线技术是在发卡式定子绕组的运用下将电机定子槽满率加大，以此促进电机功率密度的升高。相对于传统圆铜线而言，若汽车驱动电机功率较大，扁铜线绕组反而会出现更大的环流损耗，且扁铜线若是经过弯折使用，绝缘层会有损坏及缺口的情况出现[3]。因此，扁铜线使用的局限性成为目前技术人员的主要关注内容，若能优化该项技术，新能源汽车电机技术必然能够再上一个台阶。

2.2 多相永磁电机技术

多相电机在输出相同功率时的母线电压与传统三相电机相比更低，且容错能力更强、转矩脉动更小，故而在振动、噪声等要求较高的电驱系统中十分适用。如双三相永磁同步电机，电机两套绕组在空间上有30°电角度的距离，5次、7次谐波磁势被消除，电机转矩脉动大幅度减少。且因隔离中线设计的缘故，与4相、5相电机相比，系统阶次降低，分析和控制更加方便。当电机与控制器有故障产生时，基本无需变更控制算法电机系统便能很容易的实现容错运行控制。

2.3 永磁同步磁阻电机技术

永磁同步磁阻电机技术本身磁阻转矩相当大，且磁链很小，属于没有或少量稀土的技术方案。同时，该项技术具备相当高的扭矩电流比和功率密度，还包含更宽广的高效率调速范围。但是，由于该项技术耗费的成本比较高，制造工艺复杂，因此该技术大多应用在十分精密的转子结构设计中。

3 结语

就目前的情况来看，我国新能源汽车电机驱动控制技术的研究及应用已有了一定的成果，但现有的技术依旧不够完善，还需要进一步创新。当前国内政策及市场都对新能源汽车的开发给与了极大的支持，新能源汽车各方面技术，还需技术研究人员继续开发，为我国环境保护及可持续发展添砖加瓦。

参考文献：

[1]陈跃.新能源汽车电机驱动系统控制技术分析[J].南方农机，2019，50（09）：241.

[2]陈醒.浅析新能源汽车电机驱动系统控制技术[J].科学与信息化，2019（23）：43.

[3]翟羽.新能源汽车电机驱动系统关键技术展望研究[J].时代汽车，2019（21）：34-35.