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2019年09月07日 | 关于电动汽车系统中电机控制的方案
2019-09-07 来源：eefocus
电动车电控的本质是电机控制，本文采用工业上常用的星三角启动等原理优化电动车控制，使得48V电驱系统能够成为10~72KW电机驱动功率的主要形式。保证了整车性能，同时也使小型车、微型车的电驱成本大幅降低进而降低整车售价。
先从工业电机控制中常见的电机功率开始了解，常用的380V三相异步电动机是0.18~315KW，小功率是Y接法，中功率是△接法，大功率是380/660V电机。通常300KW以上是以660V电机为主，并不是300KW以上电机不能使用380V，而是其经济性不好。而限制电机及控制电路经济性的是电流。通常1平方毫米可以通过6A电流，三相异步感应电动机一旦设计好了，其电机绕组线缆就确定好了。也就是通过的电流就确定了。而从工业电机角度来看，500A是其经济性的较大值。
回到电动车电机，48V电池系统的PWM三相电压是33V。如果使用工业电机的经济性电流500A，48V电动车经济性的较大值三相感应电机是27KW左右。同时考虑车辆动力特性，其达到较大值电流的时间非常短，通常不会超过数分钟，也就是说27KW是可以做成过载工况。通常过载工况是正常工况的2~3倍。即正常工况为9~13.5KW。
如果我们只从电压等级、电流容量匹配的情况来看。48V系统只能是30KW以内作为驱动效率是较佳工况。
然而，三相异步电动机存在很多的控制方式，电动车是一个宽泛调速范围（几乎是0~100%），力矩控制范围（也几乎是0~100%）。在苛刻的运行工况下，目前电动车主要采用VF或DTC控制。如果引入星三角控制，可能会造成一种意想不到的效果。
在工业控制中星三角控制电压成1.732倍，这是巧合而非原理上的。48V系统不升压PWM调频成交流是33V，按工业电机电压等级设计电机是57V。但我们将星三角控制电压等级调成3倍，也就是9的开方。那么会是99V。
也就是说，将电机设计成△接法99V，Y接法33V的交流三相异步电动机可以会在经济性较好的工况下获得20~72KW功率范围内电机速度调速0~100%（通常电机最高转速是12000RPM），转矩调控0~100%，调频0~400Hz的方案。
如果这样的优化方案能够实现，那么A级车，及微小型车都能够通过一个电机获得很好的性能。我们知道一套48V电机系统（峰值30KW以内）成本在5000元左右，本文的优化方案其成本未知，但并未增加材料，只是从控制方式上做出改变，引入了双电压等级。其成本增加也是可控的。
当然，这样的控制方案也会出现很多新的问题，最大的问题是电机设计、驱动器设计、高压电池组充放电特性要求非常高等等。这些问题都可控并已有方案，比如电机设计可以通过调整高低压电压等级比解决。
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