变频器在电动汽车中的应用

随着变频器技术的不断发展成熟，还有节能需求与城市环保的呼声中，电动汽车，特别是城市公交混合动力电动汽车得到迅速发展，汽车驱动用变频器成为汽车动力系统的未来趋势。

电动汽车驱动方式主要有直流（有刷）电机驱动系统，异步电机驱动系统，直流无刷电机驱动系统，永磁同步电机驱动系统和开关磁阻电机驱动系统。

各种驱动系统中变频器的控制方法因电机不同而各异，驱动系统的特性也各有其优点和不足。笼型异步电机用于电动汽车驱动，具有结构简单，坚固耐用，成本低廉，运行可靠，转矩脉动低，噪声低，转速极限高等到优点，加之其调速控制技术比较成熟，因而相对直流有刷电机驱动系统有比较明显的优势。

而永磁无刷直流电动机系统具有更高的效率和功率密度，其矢量变频调速控制技术也逐渐成熟，能量回馈也更加简便，适合于电动汽车的驱动控制。但也存在成本较高，功率容量较小，易产生噪声各转矩波动，**转速因电动势而受限等问题。

汽车驱动用变频器的设计或选型**考虑电动汽车的特殊情况。电动汽车电源是蓄电池，蓄电池供电的特点是电压波动大，内阻大。以一组锂离子电池为例，其开路电压随其放电率可以从400V降到320V；当负荷输出为80KW时，在常温下，端电压将降至266V。

在低温时，电池容量将会降低，内阻0°C时的电阻比25°C时大2倍多。因此低温运行时，电压还会进一步降低。

因此，逆变器设计时，**考虑在这样的直流电源波动下仍能输出**所需的逆变电压及功率。同时要研究一些能使变频器输出电压得以提高PWM技术。比如应用三次谐波叠加技术，就可获得比常规的PWM技术高约15%的输出电压。

此外，还有3个问题应在设计时加以注意并采取相应措施：

一是在低电池电压下，要把蓄电池的全部能量都用上时，要有输出功率的限制措施；二是在电池满充电时，特别是在低温下，对再生制动转矩要加以限制，以防止引起大的电压升高；三是要考虑到电池的充放寿命周期对电池的功率及内阻造成的影响。即使是使用锂离子电池，在1000次充放电周期之后，电池容量也会降到80%。

对于车辆驱动用交流电机的变频控制方案，目前国内外普遍采用的是VVVF（恒压频比）和DTC（直接转矩控制）。恒压频比控制的优点是控制简单，容易实现。缺点是属于开环控制方式，动态性能不好，电源电压利用率低，在用于同步机时容易因突加负载或转速指令突变而发生失步现象。

直接转矩控制（DTC），通过检测到的定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算电机的转矩和磁链，并根据与给定值比较得到的差值，实现磁链和转矩的直接控制。DTC控制提出的主要应用场合就是牵引车控制，在转矩脉动和控制精度要求低的场合也能满足系统性能要求，如输出扭矩，动态响应。但是对于系统控制性能指标要求高的DTC控制仍需要进一步研究。

矢量控制技术作为交流异步电机控制的一种方式，已成为高性能变频调速系统的**方案。