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電動汽車碰撞安全新突破:快速放電技術(shù)守護(hù)乘客生命線

   時間:2025-01-07 14:31:59 來源:ITBEAR編輯:快訊團(tuán)隊(duì) 發(fā)表評論無障礙通道

在環(huán)境污染與能源緊張日益嚴(yán)峻的背景下,電動汽車因其低碳環(huán)保和經(jīng)濟(jì)高效的特性,受到了學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注。作為電動汽車的核心部件,永磁同步電機(jī)(PMSM)憑借其高功率密度、高效率及緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),成為了電動汽車主驅(qū)動電機(jī)的首選。

隨著電動汽車技術(shù)的不斷進(jìn)步,為了提高續(xù)航里程和充電效率,電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的電壓等級也在不斷提升。例如,Tesla Model 3、比亞迪漢以及保時捷Taycan等車型的母線電壓分別達(dá)到了350V、570V和800V。然而,高電壓也帶來了更高的安全挑戰(zhàn),特別是在車輛發(fā)生碰撞等緊急情況下,如何確保乘客和救援人員的安全成為了一個亟待解決的問題。

圖1:電動汽車用永磁同步電機(jī)驅(qū)動拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在車輛碰撞等緊急情況下,永磁同步電機(jī)通常會脫離離合器,同時母線高壓斷路器也會迅速動作以斷開電路。然而,由于電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)和母線電容中存儲的電能,母線電壓在一段時間內(nèi)仍會保持在危險水平,給乘客和救援人員帶來觸電風(fēng)險。為此,聯(lián)合國車輛監(jiān)管條規(guī)ECE R94明確要求電動汽車必須具備主動放電功能,確保母線電容電壓在5秒內(nèi)降低至60V以下,以避免二次電擊傷害。

為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn),國內(nèi)外學(xué)者對電動汽車碰撞情況下的母線電容主動放電方法進(jìn)行了深入研究,并取得了一定的成果。然而,現(xiàn)有的放電方法往往無法在短時間內(nèi)將母線電壓降低到安全水平,給緊急情況下的乘客安全和救援工作帶來了隱患。針對這一問題,浙江大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新的基于總損耗功率估計(jì)的母線電容主動快速放電方法。

圖2:計(jì)及總損耗功率的母線電容放電控制系統(tǒng)框圖

該方法無需復(fù)雜的泄放電路,通過精確估計(jì)系統(tǒng)總損耗功率,實(shí)現(xiàn)了母線電容的快速放電。與現(xiàn)有的放電方法相比,該方法具有對參數(shù)不敏感、放電時間短等顯著優(yōu)點(diǎn)。研究者還建立了快速弱磁降壓階段的數(shù)學(xué)模型,分析了傳統(tǒng)PI控制器放電方法的不足,并提出了基于擴(kuò)展滑模觀測器的控制策略,有效抑制了母線電壓降低到安全電壓時的電壓脈動。

圖3:3.8千瓦永磁同步電機(jī)驅(qū)動測試平臺

為了驗(yàn)證該方法的有效性,研究者進(jìn)行了大量的仿真和實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,與現(xiàn)有的主動放電方法相比,所提出的方法不僅顯著縮短了放電時間,還提高了快速放電的魯棒性和安全性。這一成果不僅具有重要的理論價值,還具有很強(qiáng)的實(shí)用性和工程應(yīng)用價值。

表:不同放電方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比

該研究成果已在《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》2024年第6期上發(fā)表,論文題目為“計(jì)及總損耗功率的電動汽車母線電容主動快速放電方法”。該課題得到了浙江省自然科學(xué)基金重點(diǎn)基金的資助,為電動汽車的安全性能提升做出了重要貢獻(xiàn)。

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