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 電機驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法

　　下面將針對應用最為廣泛的感應電機的控制中如何提高效率進行詳細分析。

　　3.1 感應電機的控制方法

　　對于交流感應電機控制，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式電動機的轉(zhuǎn)子磁鏈的定向?qū)崿F(xiàn)了分別獨立的控制轉(zhuǎn)矩和磁通，從而得到了與他勵式直流電動機相同的轉(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)以使得電動機控制系統(tǒng)的效率達到較好的水平[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)，速度負反饋環(huán)和電流負反饋環(huán)是采用成熟的感應電機控制方法，而為了實現(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)進行計算，調(diào)整該控制器輸出，以達到系統(tǒng)運行效率最優(yōu)化的目的。

　　圖2 控制系統(tǒng)方框圖

　　3.2 感應電機效率最優(yōu)控制方法

　　交流感應電機驅(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。基于效率最優(yōu)的控制方法有以下兩種基本類型[6][9]：

　　第一，根據(jù)給定的電機參數(shù)建立模型得到效率最優(yōu)的控制策略。交流電機驅(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%。損耗的模型不但復雜，而且是非線性的。更嚴重的是，由于溫度和飽和效應的影響，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稱值增加一倍以上。3.2.1中將介紹基于自適應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轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器實現(xiàn)方案，使用臨界阻尼控制方法實現(xiàn)了感應電機的效率最優(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?shù)拇沛渽⒖茧娏髯鳛榭刂浦笜恕Ｏ到y(tǒng)實現(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)電機輸入功率值的函數(shù)通過數(shù)學工具計算該函數(shù)的最小值點，得到電機的效率最優(yōu)工作點。通過逐漸減少勵磁電流直到所測輸入功率達到最低值的在線搜尋法，顯得非常具有吸引力和應用前景。這種方法最吸引人的特點在于不需要損耗模型和電機參數(shù)的精確信息。并且，當所測的輸入功率是在DC/AC變換器的輸入端時，還能同時實現(xiàn)電機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.