汽车电控开发与应用

汽车电控开发与应用

一、前言

我们常讲的新能源汽车大三电和小三电是什么？新能源汽车的大三电是指：电池、电机、电控，这是新能源汽车的关键技术，“三电”技术也是新能源车区别于传统汽车的新技术。在这三项技术中，电池又是最主要的，它影响到汽车单次充电的行驶里程、汽车生产成本等。小三电指的是电动空调，电动刹车，电动转向。

新能源汽车是指用新能源取代传统燃料，以新的驱动取代传统驱动的汽车。目前新能源汽车主要分为混合动力汽车（HEV），蓄电池纯电动汽车（BEV），以及燃料电池汽车（FCEV）等三类。新能源汽车产业主要包括新能源汽车设计研发，生产制造，市场销售，后续服务的整个产业过程，其中研发与制造是新能源汽车产业的核心环节。

二、汽车电控系统开发

电控系统是汽车重要组成部分，其性能影响汽车的动力性，经济性，排放性，舒适性等。为了解决汽车的经济性和排放污染问题，电子技术在汽车上广泛应用。特别是大规模集成电路和微处理器的应用，是汽车对各工作过程的控制内容由传统的机械手段转变为电子控制手段，提高了控制精度，增加了控制内容。

新能源汽车作为传统汽车的替代品，其产生的电动动力总成系统“三大电”——电池、电机、电控。其中，电机、电控系统作为传统发动机(变速箱)功能的替代，其性能直接决定了电动汽车的爬坡、加速、最高速度等主要性能指标。同时，电控系统面临的工况相对复杂：

1）需要能够频繁起停、加减速，低速/爬坡时要求高转矩，高速行驶时要求低转矩，具有大变速范围；

2）混合动力车还需要处理电机启动、电机发电、制动能量回馈等特殊功能。

此外，电机的能耗决定了固定电池的续航里程。电机驱动控制系统的好坏关系着电动汽车能否安全可靠地运行。随着整车车体结构轻量化的推进，电池、电机、电控系统在新能源汽车整车中的成本占比也逐渐上升。根据Argonne 国家实验室统计数据，新能源汽车动力总成(电机、电控、变速器)的成本分别占整车成本的15.67%(轿车)和13.69%(小型货车)，总成占比仅次于电池和BMS 系统。

在新能源汽车政策驱动下，动力成本、重量压力将逐步传导至电机、电控产品厂商，具备技术、规模优势的供应商将在成本下降的过程中占据优势。因此，电机电控市场仍然在很大程度上影响新能源汽车市场的走向。

电动汽车驱动系统有特殊要求：

1）驱动电机要实现轻量化、低成本，适应车内空间，同时要具有能量回馈能力，降低整车能耗；

2）驱动电机同时具备高速宽调速和低速大扭矩，以提供高启动速度、爬坡性能和高速加速性能；

3）电控系统要有高控制精度、高动态响应速率，并同时提供高安全性和可靠性。

三、电机与电机控制器

电动机应用非常广泛，覆盖范围宽，种类也很多。但由于新能源汽车在功率、转矩、体积、质量、散热等方面对驱动电机有更高的要求。

1）小体积以适应车辆有限的内部空间

2）工作温度范围宽(-40~105℃)，适应不稳定的工作环境

3）高可靠性以保证车辆和乘员的安全

4）高功率密度以提供良好的加速性能(1.0-1.5kW/kg)

因此，驱动电机的种类相对较少，功率覆盖也相对较窄，产品相对集中。

目前，新能源汽车的电机有三类，交流、直流、开关磁阻。其中在目前乘用车、商用车领域应用较为广泛的电机包括直流(无刷) 电机、交流感应(异步)电机、永磁同步电机、开关磁阻电机等。其他特殊类型的驱动电机包括轮毂/轮边电机、混合励磁电机、多相电机、双机械端口能量变换器( Dmp-EVT)，目前市场化应用较少，是否能够大规模推广需要更长时间的车型验证。