随着环境污染与能源危机不断加剧，电动汽车凭借其低碳环保、经济高效等优点受到国内外学者的广泛关注。相较于其他电机，永磁同步电机（PMSM）具有高功率密度、高效率和结构紧凑的优点，因此被广泛用作电动汽车主驱动电机。

为了提高电动汽车的续航里程和电池充电速度，电动汽车驱动系统电压等级逐渐提高，例如，Tesla Model 3、比亚迪汉和保时捷Taycan母线电压分别为350V、570V和800V，较高的母线电压也对电动汽车安全提出了更高的要求，尤其是碰撞等紧急情况下的乘客人身安全。

图1为常见电动汽车用永磁同步电机驱动拓扑，整个驱动系统包括高压锂电池组、断路器、DC-DC变换器、薄膜母线电容、三相功率变换器和永磁同步电机。

图1 电动汽车用永磁同步电机驱动拓扑

当电动汽车发生碰撞等紧急情况时，永磁同步电机会脱离离合器，同时母线高压断路器也会迅速断开。但此时高速旋转的永磁同步电机和母线电容上存储的电能仍然会使母线电压在较长一段时间内高于安全电压，使车内乘客和救援人员面临触电风险。

为了避免电动汽车碰撞造成高压触电，提高电动汽车碰撞情况下的车辆安全，联合国车辆监管条规ECE R94要求电动汽车具备主动放电功能，并且要求母线电容电压需在5秒内降低至60V及以下，避免对乘客造成二次电击伤害。

近年来，为了将母线电压降低到安全电压，国内外学者对电动汽车发生碰撞等紧急情况下的母线电容主动放电方法进行了大量研究，取得了一些成果。然而，相关放电方法均不能在碰撞等紧急情况发生时快速将母线电压降低到安全电压，这会对紧急情况下的乘客安全和救援人员造成安全隐患。对此，浙江大学的张晓军、杨家强、周宇晨，提出了一种基于总损耗功率估计的母线电容主动快速放电方法。

图2 计及总损耗功率的母线电容放电控制系统框图

该方法无需复杂的泄放电路便可实现母线电容的快速放电，提高了电动汽车驱动系统的可靠性和使用寿命。所提出的计及总损耗功率估计的母线电容主动快速放电方法和现有母线电容主动快速放电方法相比，具有对参数不敏感、放电时间短等优点。

图3 3.8千瓦永磁同步电机驱动测试平台

研究者建立了快速弱磁降压阶段数学模型，获得了降低到安全电压时的d轴电流，并分析了传统基于PI控制器的放电方法存在稳态工作点随电机转速变化的问题，无法满足紧急情况下的母线电容快速、安全放电要求。建立以永磁同步电机绕组为泄放电阻的放电模型，推导母线电容电压和系统总损耗功率间的关系，提出采用扩展滑模观测器对系统总损耗进行观测并进行前馈补偿的控制策略，有效抑制母线电压降低到安全电压时的电压脉动。

表 不同放电方法实验结果对比

仿真和实验结果表明，与现有主动放电方法相比，所提放电方法不仅显著减小了放电时间，而且提高了快速放电的鲁棒性和安全性，具有很强的实用性和工程应用价值。

本工作成果发表在2024年第6期电工技术学报，论文标题为“计及总损耗功率的电动汽车母线电容主动快速放电方法”。本课题得到浙江省自然科学基金重点基金的支持。