1989 Isao 提出了將電機定子繞組打開，將兩個將兩個逆變器從繞組兩端分別供電的結(jié)構(gòu)如圖1所示

圖 1 雙逆變變頻與異步電動機較早電控圖示

考慮自媒體讀者電力電子知識水平參差不齊，本文會以較通俗的方式介紹電動車雙電壓系統(tǒng)的設(shè)計原理。讓即便只有初中物理知識水平的人也能看懂。

圖1中 Ud是一個儲能部件電池，如池塘里能游動的魚，電池里電能是魚。逆變器是一個魚塘進出門網(wǎng)。電動機是消耗電能的，就好比煮魚的廚房。如果要做出一頓大餐讓吃貨滿意。那么就需要根據(jù)吃貨（電動機的需求去煮魚）。電動機需要根據(jù)車輛的運動特性來需求調(diào)配電力。所以呢，什么樣的電機驅(qū)動系統(tǒng)才是最佳的電控系統(tǒng)呢？

調(diào)配電力能力跟車輛需求特性匹配的電控系統(tǒng)。

異步（同步）電動機定子需求的是正弦波。而電池供給的直流小幅波動電壓（電池電量不同會有偏移）。這就要求逆變器使用高速開關(guān)器件（IGBT，GTO，MEOST）將電池電能調(diào)配成正弦波。這正弦波是不同電壓，不同頻率的。

根據(jù)＂solar to service＂（太陽能到服務(wù)人們生產(chǎn)生活的效率）的三個效率，及電動車電能使用調(diào)配補能方式的分析中，我們知道，60V以內(nèi)的安全電壓適用于補能方式補充。所以有了一個雙電壓的方案。

按這個方向去優(yōu)化純電動汽車的電驅(qū)系統(tǒng)，并給出一個可行的控制方案。這是本文的內(nèi)容。

圖1的雙逆變器異步（同步）電動機控制原理是一種推拉式供電方式，有利于提高電機供電電壓。此外還有人提出過雙定子繞組，雙轉(zhuǎn)子電機等等。這些都是可以用來作為雙電壓系統(tǒng)的方式。但這些方式中，有且只有一種在一定工況下是最優(yōu)的。

因電能的使用方式千變?nèi)f化，條條道路通北京，目前作者也無法判斷哪一種電池＋逆變器＋電機是新能源汽車電控的最佳控制方式，只是利用所有時間去深入淺出學(xué)習(xí)這方面的知識。

我們設(shè)定一種工況，這種工況是以取代摩托車、電單車為目標的小型2座、4座電動車。以純電續(xù)航160公里電池（12～30度），最高車速60～120km車長2600～4000mm（寶駿e100，比亞迪e1、元，本田飛度等等，電機功率在30～70KW之間）。

我們在這里的工況下設(shè)計一種低成本的新能源車輛控制方案。稱為工況1電控方案。電控方案中，160公里電池組可以自由方便地擴展，有車載充電器停車即充。車主可以很方便地補能故不存在里程焦慮問題。

現(xiàn)在問題是如何將電機＋電控＋電池的工況1電控方案做到最佳！

圖 2 簡單48V電控主回路a）和控制回路b）示意圖

我們設(shè)定Ud／2為48V～60V。暫定額定值為50V

圖 3 工況1方案48V系統(tǒng)逆變器輸出電壓

根據(jù) 劉鳳君 著作《多電平逆變技術(shù)及其應(yīng)用》課本。異步電機兩端的逆變器可以是三相兩電平SPWM逆變器，也可以是三相三電平或多電平逆變器。交流電機兩端的逆變器橋臂是可以對稱，也可以是非對稱的，每一相繞組逆變器兩端直流電壓可以是相等，也可以不相等。

這樣的技術(shù)原理給電動車電控設(shè)計帶來了極大的方便。

為了最簡單易于理解，我們設(shè)定4個電池組供電都是額定電壓50V直流。逆變器是三電平三相逆變器。

在這樣的設(shè)計下主回路如下圖

圖 4 三電平雙逆變器異步電機開繞組主回路圖示

在圖4中50V額定電池電壓，加在電機的線電壓峰谷差是200V，故電機線電壓有效值約為141V。在工況1電控方案中。70KW最高電機線電流在300A以內(nèi)。這是較經(jīng)濟的電機電流。

也就是說，工況1電控方案中是單軸驅(qū)動的70KW峰值功率的最佳方案。

如果使用兩軸四驅(qū)可以滿足絕大多數(shù)乘用車的工況動力需求。

學(xué)習(xí)后記：

以上內(nèi)容只是大學(xué)課本的知識點記錄，這種成熟的技術(shù)主要利用于大功率高電壓變頻電機的控制。而實際上汽車上應(yīng)用這樣的設(shè)計效果更佳。

但為什么沒有市面上的電動車采用這樣的方案，成本這樣的方案并不高。100V耐壓數(shù)十安的IGBT成本在百元以內(nèi)，數(shù)百安成本也在300元以內(nèi)。車規(guī)級的電子元器件再貴，雙電壓雙逆變器異步電機開繞組電驅(qū)成本也會在5000左右。

由于工況1電控方案采用了50V電池組可擴展，車載電池組只有160公里。如果出行需要更多里程。車主可以手工搬運50V電池組。20度～40度電容量，200wh／kg。重量在100～200公斤。跟長途出行時搬運的行李相當。當車載電池組續(xù)航達360公里時絕大多數(shù)出現(xiàn)不需要增加電池組。而中途電量不足可以到專門換電站換電，其便利性跟加油相當。也就是說車主購買車輛上電池只有160～360公里續(xù)航，并且沒有里程焦慮的問題。

綜上，工況1電控方案是目前學(xué)習(xí)到知識中，較優(yōu)的方案。優(yōu)勢在于電控成本低，控制質(zhì)量好，技術(shù)成熟。作為一個雙電壓系統(tǒng)，48V換電來說，如何優(yōu)先消耗其中一個電池的控制方式還需更新。利用多級串并聯(lián)2H電橋。優(yōu)先將其中一組電池電量用完。并能夠?qū)崿F(xiàn)電控自動投切電池組。即以50Vx4的電池100A輸出，即20KW為一個模組并聯(lián)�；蛘叻菍ΨQ繞組兩端電壓提高電機功率，優(yōu)先消耗電量較少，電壓較低的電池組。20KW一個模組并聯(lián)實現(xiàn)成本，即電池BMS也更好設(shè)計一些。