電動汽車的電效率優(yōu)化問題

　　圖1 14 / 42V雙電壓電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　因此，從效率的角度考慮，在今后的電動汽車中推廣使用42V電壓系統(tǒng)，有利于減小電流，進(jìn)而減小能量損耗，并且能夠壓縮所需電子設(shè)備的體積，節(jié)省空間，從而提高電動汽車的整體能量利用效率。

　　3 電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法

　　下面將針對應(yīng)用最為廣泛的感應(yīng)電機(jī)的控制中如何提高效率進(jìn)行詳細(xì)分析。

　　3.1 感應(yīng)電機(jī)的控制方法

　　對于交流感應(yīng)電機(jī)控制，常用的有以下幾種方法：V/f 控制法、矢量控制法和直接轉(zhuǎn)矩控制法。在上述方法當(dāng)中，V/f控制方法雖然簡單，但由于沒有電流控制環(huán)，系統(tǒng)的動態(tài)過程較差。矢量控制法基于感應(yīng)式電動機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈的定向?qū)崿F(xiàn)了分別獨(dú)立的控制轉(zhuǎn)矩和磁通，從而得到了與他勵式直流電動機(jī)相同的轉(zhuǎn)矩控制特性。直接轉(zhuǎn)矩控制基于對所觀測到的轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)反饋控制，可以得到較好的轉(zhuǎn)矩動態(tài)特性。

　　在將上述方法應(yīng)用于電動汽車時，需要再加上效率優(yōu)化控制環(huán)節(jié)以使得電動機(jī)控制系統(tǒng)的效率達(dá)到較好的水平[5]。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。系統(tǒng)中有三個反饋控制環(huán)，速度負(fù)反饋環(huán)和電流負(fù)反饋環(huán)是采用成熟的感應(yīng)電機(jī)控制方法，而為了實(shí)現(xiàn)效率優(yōu)化，設(shè)置了效率最優(yōu)調(diào)節(jié)器，根據(jù)檢測元件得到的參數(shù)進(jìn)行計算，調(diào)整該控制器輸出，以達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行效率最優(yōu)化的目的。

　　圖2 控制系統(tǒng)方框圖

　　3.2 感應(yīng)電機(jī)效率最優(yōu)控制方法

　　交流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的效率最優(yōu)化問題，就是尋求在輸出功率一定時候，系統(tǒng)輸入功率函數(shù) Pin的極小值?；谛首顑?yōu)的控制方法有以下兩種基本類型[6][9]：

　　第一，根據(jù)給定的電機(jī)參數(shù)建立模型得到效率最優(yōu)的控制策略。交流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的損耗可分為以下幾部分：銅損 (定子和轉(zhuǎn)子)、鐵損 (磁滯和渦流)、雜散損耗、摩擦和間歇損耗、變流器損耗。在這些損耗中，銅損和鐵損大約占80-90%。損耗的模型不但復(fù)雜，而且是非線性的。更嚴(yán)重的是，由于溫度和飽和效應(yīng)的影響，模型的參數(shù)在不同工況下變化明顯。例如在某些情況下，轉(zhuǎn)子的電阻值會比其標(biāo)稱值增加一倍以上。3.2.1中將介紹基于自適應(yīng)算法的臨界阻尼最優(yōu)控制方法。這種方法提出了一種電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器實(shí)現(xiàn)方案，使用臨界阻尼控制方法實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)電機(jī)的效率最優(yōu)控制。本方法在保證了不惡化動態(tài)過程的前提下，確保了穩(wěn)態(tài)效率最優(yōu)。同時，為了解決由于定子電壓、電流觀測中的微小差錯帶來的磁鏈電流變化，穩(wěn)態(tài)下根據(jù)轉(zhuǎn)子磁鏈計算適當(dāng)?shù)拇沛渽⒖茧娏髯鳛榭刂浦笜?biāo)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了比采用“轉(zhuǎn)子磁鏈為常值”控制方法更優(yōu)的效果。

　　第二，直接根據(jù)電機(jī)輸入功率值的函數(shù)通過數(shù)學(xué)工具計算該函數(shù)的最小值點(diǎn)，得到電機(jī)的效率最優(yōu)工作點(diǎn)。通過逐漸減少勵磁電流直到所測輸入功率達(dá)到最低值的在線搜尋法，顯得非常具有吸引力和應(yīng)用前景。這種方法最吸引人的特點(diǎn)在于不需要損耗模型和電機(jī)參數(shù)的精確信息。并且，當(dāng)所測的輸入功率是在DC/AC變換器的輸入端時，還能同時實(shí)現(xiàn)電機(jī)損耗和變換器損耗的最小化。由于輸入端電壓和電流波形的諧波含量較低，輸入功率檢測也很方便。在3.2.2中將介紹一種新的在線效率最優(yōu)化方法.