纯电动客车电机控制器设计方案..
新能源汽车电机控制系统设计
新能源汽车电机控制系统设计随着环保意识的增强和国家政策的扶持，新能源汽车已经成为了未来汽车产业的发展方向。
其中，电动汽车由于其零排放和低噪音等特点，成为了新能源汽车的重要组成部分。
而电动汽车的电机控制系统是电动汽车的核心技术之一，也是影响电动汽车性能的重要因素之一。
本文将从以下几个方面，介绍新能源汽车电机控制系统的设计。
一、电机控制系统的组成电机控制系统是由电机、电控模块、电池管理系统、传感器、电控器等组成。
电机是电动汽车的核心部件，主要负责车辆的动力输出。
电控模块是将电池的直流电转换为电机需要的三相交流电的装置，同时电控模块还起到了电机速度调节、转矩控制、能量回收等多种功能。
电池管理系统主要是管理电池的温度、电量和保护功能。
传感器主要是感测车辆的各种状态信号，用于电控器对电机进行更精确的控制。
电控器则是整个系统的控制中枢，承担着数据采集、数据处理、控制信号输出、电机监控等功能。
二、电机的选择与设计电机的选择与设计是电动汽车的关键环节，需要根据车型、使用条件、性能要求等多方面因素进行综合考虑。
通常，电机可以分为异步电机和同步电机两种。
异步电机适用于大多数电动汽车，其性能稳定、制造成本低，但是效率较低。
而同步电机则具备高效、高扭矩等优点，但是制造造成较高。
在进行电机设计时，需要考虑到电机的功率、转速范围、效率、扭矩等参数，以及电机的结构和散热等方面。
同时，为了满足电机的更精确的控制，需要配备到位传感器如霍尔传感器、温度传感器等，以提高电机的转矩控制和能量回收效率。
三、电控模块设计电控模块是电动汽车电机控制系统的核心部分，其设计水平和性能关系到整个电动汽车的性能表现。
电控模块可以分为交流电控模块和直流电控模块两种。
直流电控模块主要是将电池的直流电转换为电机需要的直流电的装置，而交流电控模块则是将电池的直流电转换为电机需要的三相交流电的装置。
在电控模块的设计中，需要考虑到电机的功率，电池的电压和电流，以及电控模块的效率和稳定性等因素。
新能源汽车用电机控制系统设计
新能源汽车用电机控制系统设计随着环保意识的增强以及对传统燃油车辆的限制，越来越多的人开始关注新能源汽车。
新能源汽车以其高效、环保和可持续的特点成为了未来出行的主流选择。
而作为新能源汽车的核心部件，电机控制系统的设计对新能源汽车的性能和效能起着至关重要的作用。
本文将介绍新能源汽车用电机控制系统的设计原理和一些关键技术。
一、电机控制系统的组成新能源汽车用电机控制系统主要由电机、控制器和电源组成。
电机是转化电能为机械能的核心设备，而控制器则负责监测和控制电机的转速、输出功率等参数。
电源则为电机和控制器提供电能。
二、电机控制系统的设计原理在新能源汽车中，电机控制系统通过对电机的电流、电压和频率进行控制，实现对电机的精准控制。
控制系统的设计原理包括三个方面：1. 电机驱动模式选择：新能源汽车的电机驱动模式主要有直流驱动和交流驱动两种。
直流驱动方式简单、成本低，适用于中小型电动汽车。
而交流驱动方式能够更好地发挥电机的性能，适用于高性能电动汽车。
2. 电机控制策略选择：电机控制策略主要包括电流控制和转速控制两种。
电流控制主要通过控制电机的电流大小来调节其输出功率。
转速控制则通过控制电机的转速来实现对车辆行驶速度的控制。
3. 故障保护和安全控制：为了保证新能源汽车的安全性和可靠性，电机控制系统需要具备故障保护和安全控制功能。
例如，当电机温度过高或控制器出现故障时，系统应能够及时停机并报警，避免进一步损坏。
三、电机控制系统的关键技术1. 电机参数模型建立：电机参数的准确建模对于电机控制系统的设计和优化至关重要。
通过测算和实验，可以建立电机的数学模型，包括电机的电流-转速特性、电机的转矩-转速特性等。
2. 控制算法设计：电机控制系统的核心是控制算法的设计，通过运用现代控制理论和算法，实现对电机的精确控制。
常见的电机控制算法包括比例积分控制、模糊控制和自适应控制等。
3. 功率电子器件选型：功率电子器件是电机控制系统中起到关键作用的组件。
电动汽车电机控制器方案设计说明书
电动汽车电机控制器方案设计说明书1 引言随着常规能源的日益减少和环境污染的日益严重，世界各国的环保意识逐渐增强，电动汽车以其零排放的优点受到世界各国的重视，并成为未来车辆的一个发展趋势。
传统的电动汽车多采用直流电机，其中最多的是有刷他励直流电机，因为存在电刷，导致电机的寿命和效率降低，目前比较新的无刷直流电机，这种电机寿长，效率比较高，但是因为位置传感器的安装精度不够导致控制效果不是很好和寿命短的问题。
无速度传感低压交流驱动器，比传统的直流系统相比。
目前研究比较多的是交流异步电机及其控制器，与直流电机相比，交流异步电机具有效率高，相同功率等级下成本低等优点，交流系统低速恒转矩模式有效攻克了直流无刷启动力矩不足的问题。
高速恒功率模式使整机效率更加优越。
随着交流电机控制算法的日益完善，其控制性能可以和直流电机相媲美，交流异步电机在电动汽车上的广泛应用成为发展趋势。
本系统采用无速度传感器矢量控制策略，提高电机工作效率，采用SVPWM技术，提高电压利用率，并减少谐波干扰，并克服了传统直流系统电动车启动力矩不足的缺点。
2 硬件总体说明系统总共分为三块电路板叠成立体方式实现。
2.1功率变化电路总体说明2.1.1 功能介绍此功率电路采用三相相移120度2.1.2 理论依据ACI3_1的简易系统图如图1所示：电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪图1 ACI3_1的简易系统图图1所示为三相感应电机驱动的完整系统图。
使用了一个三相电压源逆变器来控制三相感应电机，DSP输出六路PWM信号控制逆变器的六个MOSFET的通断，从而控制电机电压。
还有一个捕获输入脚用来捕获电机速度传感器的输出以测量电机转速，但在实际调试时没有使用速度传感器，所以没有速度反馈，整个系统是一个开环系统。
感应电机的等效电路如图2所示：电动汽车电机控制器方案设计说明书（原创）- ZZ - 狂风悟浪图2 感应电机的等效电路在V/Hz控制中，感应电动机的转速由可调节的定子电压大小和对应的频率大小一起控制，其中磁通量在固定状态总是保持预期值。
电动汽车用电机控制器的设计方法
矩 而不是功率 及散热能力 。
常 用 交 流 无 刷 电 机 有 感 应 用永磁一 磁阻电机 内置式 。与第
就一个给定 电机而言 , 在不 考虑散热限制前提下
一 电机 的低速下最大力矩输 出 取决于逆变器 的电流能力
一 电机高速下输 出力矩的能力 受制于 逆 变器 的 电压
一 最大电机输 出功率 由逆变器 决定
混合动力系统功能是机 电能量
转换 。动力蓄 电池作 为电源或负
载 储电装置 发动机作为机械负
载或机械能源 电机 作 为双 向机
电能量转换装置 逆变器作 为交
流 、直 流 电能 转 换 装 置 , 控 制 器 作为上述能量转换的控制装置 。
其 工作模式 中电机可兼作电 动和发电运行 。
电动模式一 电机将电能转换成 机械能
附表列 出表面式永磁电机与永
暇组的固计翻承 功饭 行硬
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电机驱 动系统 的功率限制 因素 整个机 电系统 的功率转换 以串
联形 式 实现 。系统功率 由转换过 程中功率最小的环节决定 。
·动力蓄电池功率 由动力电池 电压 和 电流能 力决定
·逆变器功率 由功率半导体器 件 丁或 「 的电压和电流 能 力 以及散 热 能 力决定
·电机 功率 由 电机 散 热 能 力 决定 。
一代相 比 , 力矩密度提高 ,
新能源汽车电机控制器的设计与优化
新能源汽车电机控制器的设计与优化随着环境意识的增强和能源危机的日益加重，新能源汽车作为传统燃油车的替代品，成为了现代社会发展的重要方向。
而作为新能源汽车的核心组成部分，电机控制器的设计与优化至关重要。
本文将详细讨论新能源汽车电机控制器的设计与优化方法。
首先，为了确保电机控制器的稳定运行，恰当的硬件设计是非常关键的。
电机控制器需要具备较高的集成度和可靠性。
例如，可以采用多层PCB板设计，来实现各个电路模块之间的隔离，并且合理布局各个元器件，尽量减少电路路径长度，减小电磁干扰。
同时，合理选择电容器、电感器等元件参数，以及适当增设隔离电源和过压保护电路，可以提高电机控制器的运行稳定性和抗干扰能力。
其次，在软件设计方面，对电机控制器进行优化也起着重要的作用。
首先是控制算法的选择。
新能源汽车电机控制器常用的控制算法包括PID控制、模型预测控制、无模型自适应控制等。
需要根据不同的控制需求和性能要求，选择适合的算法。
其次是参数的优化。
通过实验数据的反馈和模拟仿真，可以对控制器的各个参数进行调整，以提高系统的动态响应性、稳态精度和抗扰性能。
此外，还可以通过引入智能控制算法，如神经网络控制和模糊控制算法，以适应复杂不确定的工况和环境变化。
再次，对电机控制器进行效率优化也是提高整车能量利用率的重要手段之一。
传统的电机控制器往往存在能量的浪费和损耗，而通过合理的电机控制策略和优化设计，可以有效减小能量损失。
例如，可以采用拓扑结构合理的功率电路，提高功率电路的效率和响应速度。
此外，还可以引入电机的再生制动技术，将制动过程中产生的电能回馈给电池储能系统，提高整车的能量利用效率。
最后，为了保证新能源汽车电机控制器的安全性，对控制器进行安全设计也是非常关键。
首先，需要设置多层次的安全保护机制，如过流保护、过温保护、过压保护等。
其次，可以采用双控制器冗余设计，确保即使一个控制器发生故障，另一个控制器仍能正常运行，提高系统的可靠性。
纯电动客车动力电池冷却控制系统设计
第3期26客 车 技 术 与 研 究BUS & COACH TECHNOLOGY AND RESEARCH No. 3 2021纯电动客车动力电池冷却控制系统设计王 涛，王志伟，王成尧，余莹莹(安徽安凯汽车股份有限公司，合肥230051)摘要：纯电动客车锂电池的冷却系统对其工作性能和安全性能影响很大。
文章主要介绍纯电动客车电池冷却控制系统的一种集成空调式设计，并进行实车验证。
关键词：纯电动客车；动力电池；冷却控制中图分类号：U469. 72； U464. 138文献标志码：A文章编号：1006-3331(2021)03-0026-03Design of Cooling Control System for Pure Electric Bus Power BatteryWANG Tao, WANG Zhiwei, WANG Chengyao, YU Yingying(Anhui Ankai Automobile Co., Ltd., Hefei 230051, China)Abstract :The cooling system of lithium battery for pure electric bus greatly affects its working and safetyperformances. This paper mainly introduces an integrated design with air-conditioning for the cooling con trol system of pure electric bus battery ， and does the actual vehicle verification.Key words :pure electric bus ； power battery ； cooling control纯电动客车采用的锂电池在充放电过程中会持续产生热量［l ］o 如果散热量小于发热量，电池的工作环境温度将不断升高，会限制电池的放电能力，并降低电池的安全性能，甚至出现热失控的风险。
纯电动大巴大功率电机控制器冷却系统设计
同时利用电机对拖实验,测出控制器的温升情况,对仿真结果进 行验证。通过对理论热阻模型计算的温度、计算机数值仿真结 果和实验的温度采集数据进行比较,验证了理论计算和计算机仿 真结果的准确性。
本文通过理论分析、仿真计算和实验验证,对纯电动大巴汽车电 机控制器冷却系统进行分析设计,为该类型的控制器散热设计提 供了参考。
分别对控制器的主要损耗、热阻模型、影响散热效果的各个因 素、控制器稳态温度场及电机温升实验进行了研究。首先,电机 控制器的热源主要为大功率开关器件,即IGBT模块。
论文通过对IGBT损耗的研究,计算出电机运行在峰值转速、额定 功率下控制器的损耗。再分析其装配工艺,建立模块热阻模型, 并设计热阻测量实验对功率开关模块和控制器水冷系统的热阻 进行实验测定,利用热阻模型计算出控制器芯片的理论最高温度, 为后续仿真和实验提供一定的参考。
其次,据计算出来的功率损耗,确定电动汽车驱动系统的冷却形 式和冷却系统布置,并对控制器散热系统进行初步设计。通过对 影响散热效果的因素进行分析研究,综合考虑不同壳体材料、冷 却液介质和流速、不同水路结构及肋片结构对控制器温升的影 响,对冷却系统进行设计。
最后利用正交实验对冷却水道肋片相关参数进行优化设计,根据 肋宽、肋高、肋间距和段数寻找出同时可以满足较好的温度需 求、冷却液压降要求和生产制造方便的组合。最后,建立控制器 主要部件的三维模型,应用专业流固耦合分析软件STAR-CCM+,根 据实际运行环境施加仿真边界条件和初始条件,对控制器的温度 场和流场进行仿真。
纯电动大巴大功率电机控制器冷却系 统设计
电机控制器是新能源电动汽车电驱动系统的核心部件,其工作性 能的好坏将直接影响到整车的运行性能。IGBT的可靠运行是电 机控制系统性能优劣的关键,它的工作温度应严格控制在结温之 下,因此控制器冷却系统的设计显得尤为重要。
纯电动客车双电机直驱调速系统设计
由电机设计公式得到主次电机外形结构尺寸参数,通过电磁场有 限元分析建立了12/26极主电机和12/10极调速电机电磁仿真模 型,分析了定转子齿宽、永磁体尺寸、定子槽口宽度等参数对电 机电磁场动态特性的影响。确立了以电机结构参数为变量因子, 磁场空载特性为优化目标的优化方案,并提出了转子齿顶部设计 辅助槽优化齿槽转矩波动的方法,得到了优化后主电机齿槽转矩 波动降低68.9%,永磁体用量减少了9.6%,并有效降低电机磁场饱 和现象;次电机齿槽转矩波动降低60%,永磁体用量略有减小,并 提高电机工作稳定性。纯电动客车双电机直 Nhomakorabea调速系统设计
为了缓解全球能源危机和生态环境进一步恶化的窘境,在汽车领 域中,世界各国优先发展新能源汽车和纯电动汽车。按照我国 “十三五”中长期发展规划和“中国智造2025”短期目标,纯电 动汽车将成为未来汽车发展的主导方向。
本文针对现有纯电动客车的驱动传动系统存在驱动电机比功率 低、传动链长、工作效率低、结构空间大、轻量化程度低等缺 陷,提出一种双电机联合驱动的纯电动客车的驱动调速机构和一 种12/26极的开关磁通永磁同步主驱动电机的拓扑结构,并对该 双电机联合驱动的纯电动客车的传动原理、结构组成、参数匹 配和控制策略等问题进行了研究。提出了一种总功率为150kW的 纯电动客车的双电机联合驱动调速机构,设计了该驱动调速机构 的传动原理和系统组成。
分析了纯电动客车在加速、爬坡和最高速行驶等典型行驶工况 中的整车动力功率和阻力功率特点,制定了不同工况下的动力分 配和组合方案,完成了不同工作模式下,主电机和次电机的性能 参数和动力总成参数的匹配,最终将主电机和调速电机的功率确 定为100kW和50kW。研制出了一种纯电动客车用新型多极式开关 磁通永磁同步电机,并对其拓扑结构及磁通切换原理进行分析。
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纯电动客车电机控制器设计方案
摘要：依思普林产品采用自主开发的1200V/400-800A六单元IPM模块，电机控制器结构完全针对电动客车应用设计，具有体积小、重量轻、功率密度高、温升低（控制器内部温升比市场同类产品低30℃以上）、长期可靠性高的特点，产品性能达到国际先进水平。
关键词：纯电动客车；电机控制器；设计方案
早在2010年，我在一次去瑞士考察时，走在苏黎世大街上，整洁的大街上几乎看不到燃油车，简直就是有轨电车的天下，恍惚间让我看到八九十年代老北京什刹海的景色，干净的空气让我流连！在回来不久后我就成立了深圳市依思普林科技有限公司，专注从事新能源汽车核心部件的研发。
依思普林目前拥有多名IGBT模块及电机控制器开发经验技术人员，团队所研发的电机控制器，性能覆盖540V/200kW以内所有新能源电动客车车型，功率范围在80kw-200kw。
产品采用自主开发的1200V/400-800A六单元IPM模块，电机控制器结构完全针对电动客车应用设计，具有体积小、重量轻、功率密度高、温升低（控制器内部温升比市场同类产品低30℃以上）、长期可靠性高的特点，产品性能国内领先，达到国际先进水平。
一、控制器外观结构及技术参数
图1-1 电机控制器内部结构
图1-2 电机控制器外形图
电机控制器技术参数如下表：
表1-1 电机控制器技术参数二、电动客车电控整体解决方案
三、主要技术创新点：
1、造型新颖
依思普林电机控制器的箱体是铝合金一体压铸，防护等级达到IP67。
体积小，重量轻，造型新颖，突出了“绿色、环保”的主题。
2、自主知识产权汽车级大功率IGBT模块技术
目前国内市场上电机控制器多采用标准封装的工业级的IGBT模块，由于模块不是针对电动客车应用设计，IGBT模块采用的材料、结构及长期可靠性均无法满足电动客车的应用要求，
依思普林自主开发的1200V/400A～800A六单元IGBT模块完全针对电动客车应用设计，具有小体积、高功率密度、低热阻（热阻相比传统模块降低33%以上）、高长期可靠性的特点，模块性能达到国际先进水平。
图3-1 IGBT模块（1200V/400A～800A）结构图
(1)为提高模块抗机械振动和机械冲击能力，模块内部连接均采用铝线进行软连接，避免了传统模块的焊接方式，同时电极均采用注塑的方式埋入塑料外壳中，保证了模块内部连接的长期可靠性，满足电动大巴长期振动的应用要求；
(2)模块采用三相全桥设计，使模块更加紧凑，同时根据应用需求，优化安装和连接方式，便于电容、驱动电路等布置，帮助用户降低应用系统体积。
(3)采用IGBT模块和电机控制器散热器一体化设计，直接水冷，有效降低系统热阻，提高系统功率密度。
3、驱动板结构方案
依思普林不仅自主研发了汽车级IGBT模块，还开发了与之相匹配的驱动板，两者结合形成了真正意义上的IPM。
图3-2依思普林IGBT驱动电路板
本驱动板是专门为自主研发的IGBT模块配套研发的一套驱动系统（图3-2）。
它具有高可靠性和宽的温度（-40℃-125℃）适用范围，其使用器件均为汽车级产品，使其非常适合汽车级的应用；驱动板采用优化的EMC设计，驱动芯片采用先进的Coreless Transrormer技术，使其传输延迟更短，共模抑制能力更强；可靠的IGBT短路保护和有源米勒钳位，具有上下桥互锁功能，使IGBT工作更加安全；具有两级关断功能，更好的抑制关断时的dv/dt；直接焊接在自主研发的IGBT模块上，结构紧凑，最大限度的节省了空间，实现驱动系统的小型化。
驱动板与IGBT模块采取PIN-FIN的方式直接安装，同时为了提高电路板的EMI性能，在其上面设计了接地端，在安装好IGBT 模块和驱动板后，接地端与散热箱体进行良好的电气连接。
4、IPM模块散热技术
4.1 PIN-FIN直接水冷
新能源电动客车需求的驱动功率大，同时产生的热损耗也较大，这给控制器中IGBT模块的散热提出了新的挑战。
大功率IGBT 模块是电机控制器中的核心器件，也是系统运行时温度最高的器件。
我们知道，随着工作结温的上升，电子器件的寿命呈指数下降，而目前国内外在电动客车电机控制器中普遍采用的大功率IGBT模块为传统平基板结构，且为工业产品，该结构除散热面积小外，不足之处还在于需在该平基板与散热器之间涂一层导热硅脂，这会大大增加热阻，而采用我司自行研发设计生产的汽车级pin-fin直接水冷IGBT模块，该结构不仅大大增加了散热面积，而且省去了一层导热硅脂，使用时IGBT模块直接泡在冷却液中，大大减小热阻。
经实际测试，在低速大扭矩试验中，汽车级pin-fin直接水冷IGBT模块的结温要比传统平基板模块低将近30℃，Rj-h降低33%，从而保证系统长期可靠运行，寿命可长达10年。
图3-3 IPM模块底板设计
图3-4 依思普林散热设计与传统技术对比4.2 IPM模块热匹配设计
图3-5 IPM模块热匹配设计
采用AlSiC底板，AlN DBC,封装材料热膨胀系数匹配良好，模块耐温度循环能力增强，可达到1000次循环以上（-40℃～150℃）。
同等测试条件，工业模块低于100次循环寿命。
5、驱动控制软硬件技术
驱动电机控制器通过CAN总线与整车控制器进行通讯，并根据整车控制器所发出的指令决定工作模式以及输出转矩。
在驱动电机控制器设计方面依思普林研发团队重点突破了以下关键技术：
■基于DSP的多功能全数字控制技术
硬件方面：重点研究DC/DC、母排与电解电容（薄膜电容）模块化结构设计技术、电力电子集成控制器的热管理技术；
软件方面：重点研究矢量控制技术、弱磁调速控制技术以及制动回馈最优控制技术等。
■驱动与控制系统的电磁兼容性分析与系统设计
在驱动电机系统开发过程中应用数字建模和仿真技术，对电磁噪声产生与传播路径进行预测、分析及测试；并研究电磁波传导、耦合、辐射干扰的防治技术。
■驱动电机故障诊断及失效控制技术
驱动电机及控制系统是新能源汽车行驶的原动力，一旦出现故障，轻则使车辆性能严重下降或者不能启动，重则导致重大安全事故。
驱动电机故障诊断及失效控制技术就是通过电机控制系统实时监测系统的工作状态，并通过CAN总线将自身工作状态实时的传输给整车控制器，以便整车控制器根据电机及控制系统所上传的信息对车辆的工作状态做出及时的调整，或者通过报警系统及时的警告车辆驾驶人员，从而保证车辆行驶的安全。
5.1、硬件电路设计技术
系统采用：双电源冗余设计、多重隔离、多级过流保护。
系统运行过程中，如果控制电路突然掉电，IGBT模块栅极就会失去控制，电池的母线电压会将IGBT芯片击穿，造成严重的损失。
本公司系统方案采用双辅助电源冗余设计，当车载12V/24V 电源异常断电后，电源部分会不间断启用动力电池电源，从而避免IGBT模块击穿损坏。
系统工作电源采用独立宽范围开关电源设计，系统电源与车载12V/24V电源以及高压蓄电池组电气隔离，既保证电路绝缘隔离安全要求，降低相互干扰，同时优异的输入宽范围特性，让系统工作更加稳定。
系统工作过流保护在常规的硬件及软件检测上，还配置IGBT 饱和导通压降检测保护，异常状态时快速动作，大幅缩短故障响应时间，提高系统可靠性。
图3-6依思普林双辅助电源冗余示意图
5.2电机控制软件算法创新设计
采用先进的电机矢量控制算法和SVPWM空间矢量脉宽调制技术，系统最高效率可达95%以上，具有适合数字化实现、谐波少、电压利用率高等特点，在电机控制行业得到大量应用。
另外，软件具有智能弱磁控制策略，控制电机在全转速区运行平稳可靠；死区补偿策略可以有效减少三相电流谐波，提高系统效率；过调制技术在最大化利用直流侧电压的同时保证电机控制平稳。
软件具有过压保护、欠压保护、过流保护、过温保护等防护策略，可以有效保证控制器的长期可靠性。
四、主流产品对比报告
图4-1 国内外产品对比报告分析图
五、总结与展望
在2015年4月29日，四部委发布了关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持策的通知，指出将继续在全国范围内开展新能源汽车推广应用工作，中央财政对购买新能源汽车给予补助，实行普惠制。
深圳市依思普林科技有限公司一直致力于发展新能源汽车，为我国从汽车大国迈向汽车强国贡献所有力量。