随着新能源汽车和混合动力汽车的快速发展,电力电子在汽车上有了用武之地。目前行业里面,车用的电机大多数都是永磁同步电机,也有异步电机(Tesla)、无刷直流电机和有刷直流电机,电机均需要电机控制器进行转矩、转速控制。这里主要讲讲我最熟悉的永磁同步电机控制器,以后有机会再讲讲电机。由于汽车的特殊用途,车用控制器有着区别于普通变频器的特点。
高性能:汽车的低速起步需要较大的启动转矩,汽车的高速巡航需要宽范围的功率区。这两个特点就要求控制器在低速时具有高过载能力(通常为额定电流的2倍以上),高速时能有较宽的弱磁恒功能力
高转矩:较大的启动转矩,就要求控制器在低速时能输出较大的电流。鹰峰大家都知道,低速时对应的电流频率也很低,频率很低带来的问题就是某一个功率器件(IGBT或二极管)会发热的时间较长,热应力会大大增加,会损坏器件或降低器件的寿命。极端的情况是,汽车在开上马路牙子时,司机会猛踩油门,但车基本不会动,这种电机堵转的工况,控制器基本输出的是直流,电流持续流过某一个器件,热设计时需要全面评估。
宽转速:较高的转速范围,就要求驱动系统有较宽的恒功率区,鹰峰从而要求控制器有较强的弱磁能力。因为永磁体的磁场是基本恒定的,随着转速的升高,反电动势越来越大,当其值高于电池电压后,控制器就会失控,所以需要用弱磁电流将电压控制在可控范围内。简单的弱磁就是发现电压升高后,增加弱磁电流,电压就会被压下去。但是对于车用永磁电机来说,随着转速的升高,弱磁电流增加到一定值后,再增加弱磁电流反而没有用了。此时弱磁电流减小,电压反而能控制住。这个特点简直反人类……这就产生了所谓的MTPV(Maximum Torque Per Voltage)控制策略,下图中的H到E这一段。