優(yōu)化電機(jī)控制方案，48V電驅(qū)系統(tǒng)重獲新生

電動(dòng)車電控的本質(zhì)是電機(jī)控制，本文采用工業(yè)上常用的星三角啟動(dòng)等原理優(yōu)化電動(dòng)車控制，使得48V電驅(qū)系統(tǒng)能夠成為10～72KW電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率的主要形式。保證了整車性能，同時(shí)也使小型車、微型車的電驅(qū)成本大幅降低進(jìn)而降低整車售價(jià)。

在最近的學(xué)習(xí)中，認(rèn)識(shí)到電動(dòng)車的控制其實(shí)根本上就電機(jī)的控制。由于本文涉及的知識(shí)面非常廣泛而細(xì)致，如果完全詳細(xì)講述其中原理及優(yōu)化電機(jī)控制方案的過程，按目前作者閱讀的課本，其知識(shí)點(diǎn)足夠出一本超過100頁，十萬字以上的專著論述。為了讓自媒體上的讀者能夠在數(shù)千字的范圍內(nèi)了解并掌握這樣的優(yōu)化方法。本文將采用具體實(shí)例來講述優(yōu)化電動(dòng)車電機(jī)方案的過程。

這里講述的實(shí)例是以寶駿E100、北汽EC3、比亞迪E2為原型。只需要關(guān)系這兩個(gè)車型的如下參數(shù)，并只優(yōu)化電機(jī)控制，將其優(yōu)化成48V／144V直流雙電壓電池系統(tǒng)，交流33V／99V雙電壓電機(jī)和一套電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電力電子系統(tǒng)是整個(gè)優(yōu)化方案的關(guān)鍵，作者正在細(xì)致深入地學(xué)習(xí)。

也就是說寶駿E100、北汽EC3、比亞迪E2的電機(jī)只需要優(yōu)化成29～70KW的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)即可。這分別是A00微型車、A0小型車，A緊湊型純電動(dòng)車的代表。本文將會(huì)通過工業(yè)三相異步電動(dòng)機(jī)的控制方式，將其進(jìn)行星三角，V／F＋DTC這三種三相異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制應(yīng)用到電動(dòng)車電機(jī)控制上。

限于篇幅本文不會(huì)對(duì)星三角等原理進(jìn)行說明。我們先從工業(yè)電機(jī)控制中常見的電機(jī)功率開始了解，常用的380V三相異步電動(dòng)機(jī)是0．18～315KW，小功率是Y接法，中功率是△接法，大功率是380／660V電機(jī)。通常300KW以上是以660V電機(jī)為主，并不是300KW以上電機(jī)不能使用380V，而是其經(jīng)濟(jì)性不好。而限制電機(jī)及控制電路經(jīng)濟(jì)性的是電流。通常1平方毫米可以通過6A電流，三相異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一旦設(shè)計(jì)好了，其電機(jī)繞組線纜就確定好了。也就是通過的電流就確定了。而從工業(yè)電機(jī)角度來看，500A是其經(jīng)濟(jì)性的較大值。

回到電動(dòng)車電機(jī)，48V電池系統(tǒng)的PWM三相電壓是33V。如果使用工業(yè)電機(jī)的經(jīng)濟(jì)性電流500A，48V電動(dòng)車經(jīng)濟(jì)性的較大值三相感應(yīng)電機(jī)是27KW左右。同時(shí)考慮車輛動(dòng)力特性，其達(dá)到較大值電流的時(shí)間非常短，通常不會(huì)超過數(shù)分鐘，也就是說27KW是可以做成過載工況。通常過載工況是正常工況的2～3倍。即正常工況為9～13．5KW。

如果我們只從電壓等級(jí)、電流容量匹配的情況來看。48V系統(tǒng)只能是30KW以內(nèi)作為驅(qū)動(dòng)效率是較佳工況。

然而，三相異步電動(dòng)機(jī)存在很多的控制方式，電動(dòng)車是一個(gè)寬泛調(diào)速范圍（幾乎是0～100％），力矩控制范圍（也幾乎是0～100％）。在苛刻的運(yùn)行工況下，目前電動(dòng)車主要采用VF或DTC控制。如果引入星三角控制，可能會(huì)造成一種意想不到的效果。

在工業(yè)控制中星三角控制電壓成1．732倍，這是巧合而非原理上的。48V系統(tǒng)不升壓PWM調(diào)頻成交流是33V，按工業(yè)電機(jī)電壓等級(jí)設(shè)計(jì)電機(jī)是57V。但我們將星三角控制電壓等級(jí)調(diào)成3倍，也就是9的開方。那么會(huì)是99V。

也就是說，將電機(jī)設(shè)計(jì)成△接法99V，Y接法33V的交流三相異步電動(dòng)機(jī)可以會(huì)在經(jīng)濟(jì)性較好的工況下獲得20～72KW功率范圍內(nèi)電機(jī)速度調(diào)速0～100％（通常電機(jī)最高轉(zhuǎn)速是12000RPM），轉(zhuǎn)矩調(diào)控0～100％，調(diào)頻0～400Hz的方案。

如果這樣的優(yōu)化方案能夠?qū)崿F(xiàn)，那么A級(jí)車，及微小型車都能夠通過一個(gè)電機(jī)獲得很好的性能。我們知道一套48V電機(jī)系統(tǒng)（峰值30KW以內(nèi)）成本在5000元左右，本文的優(yōu)化方案其成本未知，但并未增加材料，只是從控制方式上做出改變，引入了雙電壓等級(jí)。其成本增加也是可控的。

當(dāng)然，這樣的控制方案也會(huì)出現(xiàn)很多新的問題，最大的問題是電機(jī)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)、高壓電池組充放電特性要求非常高等等。這些問題都可控并已有方案，比如電機(jī)設(shè)計(jì)可以通過調(diào)整高低壓電壓等級(jí)比解決。后續(xù)的文章中我們一起探討。

審核編輯 黃昊宇