电动汽车的电效率优化问题

　　图1 14 / 42V双电压电气系统的结构

　　因此，从效率的角度考虑，在今后的电动汽车中推广使用42V电压系统，有利于减小电流，进而减小能量损耗，并且能够压缩所需电子设备的体积，节省空间，从而提高电动汽车的整体能量利用效率。

　　3 电机驱动系统的控制方法

　　下面将针对应用最为广泛的感应电机的控制中如何提高效率进行详细分析。

　　3.1 感应电机的控制方法

　　对于交流感应电机控制，常用的有以下几种方法：V/f 控制法、矢量控制法和直接转矩控制法。在上述方法当中，V/f控制方法虽然简单，但由于没有电流控制环，系统的动态过程较差。矢量控制法基于感应式电动机的转子磁链的定向实现了分别独立的控制转矩和磁通，从而得到了与他励式直流电动机相同的转矩控制特性。直接转矩控制基于对所观测到的转矩实现反馈控制，可以得到较好的转矩动态特性。

　　在将上述方法应用于电动汽车时，需要再加上效率优化控制环节以使得电动机控制系统的效率达到较好的水平[5]。系统的结构图如图2所示。系统中有三个反馈控制环，速度负反馈环和电流负反馈环是采用成熟的感应电机控制方法，而为了实现效率优化，设置了效率最优调节器，根据检测元件得到的参数进行计算，调整该控制器输出，以达到系统运行效率最优化的目的。

　　图2 控制系统方框图

　　3.2 感应电机效率最优控制方法

　　交流感应电机驱动系统的效率最优化问题，就是寻求在输出功率一定时候，系统输入功率函数 Pin的极小值。基于效率最优的控制方法有以下两种基本类型[6][9]：

　　第一，根据给定的电机参数建立模型得到效率最优的控制策略。交流电机驱动系统的损耗可分为以下几部分：铜损 (定子和转子)、铁损 (磁滞和涡流)、杂散损耗、摩擦和间歇损耗、变流器损耗。在这些损耗中，铜损和铁损大约占80-90%。损耗的模型不但复杂，而且是非线性的。更严重的是，由于温度和饱和效应的影响，模型的参数在不同工况下变化明显。例如在某些情况下，转子的电阻值会比其标称值增加一倍以上。3.2.1中将介绍基于自适应算法的临界阻尼最优控制方法。这种方法提出了一种电机转子磁链观测器实现方案，使用临界阻尼控制方法实现了感应电机的效率最优控制。本方法在保证了不恶化动态过程的前提下，确保了稳态效率最优。同时，为了解决由于定子电压、电流观测中的微小差错带来的磁链电流变化，稳态下根据转子磁链计算适当的磁链参考电流作为控制指标。系统实现了比采用“转子磁链为常值”控制方法更优的效果。

　　第二，直接根据电机输入功率值的函数通过数学工具计算该函数的最小值点，得到电机的效率最优工作点。通过逐渐减少励磁电流直到所测输入功率达到最低值的在线搜寻法，显得非常具有吸引力和应用前景。这种方法最吸引人的特点在于不需要损耗模型和电机参数的精确信息。并且，当所测的输入功率是在DC/AC变换器的输入端时，还能同时实现电机损耗和变换器损耗的最小化。由于输入端电压和电流波形的谐波含量较低，输入功率检测也很方便。在3.2.2中将介绍一种新的在线效率最优化方法.