在环境污染与能源紧张日益严峻的背景下，电动汽车因其低碳环保和经济高效的特性，受到了学术界的高度关注。作为电动汽车的核心部件，永磁同步电机（PMSM）凭借其高功率密度、高效率及紧凑的结构设计，成为了电动汽车主驱动电机的首选。
随着电动汽车技术的不断进步，为了提高续航里程和充电效率，电动汽车驱动系统的电压等级也在不断提升。例如，Tesla Model 3、比亚迪汉以及保时捷Taycan等车型的母线电压分别达到了350V、570V和800V。然而，高电压也带来了更高的安全挑战，特别是在车辆发生碰撞等紧急情况下，如何确保乘客和救援人员的安全成为了一个亟待解决的问题。
图1：电动汽车用永磁同步电机驱动拓扑结构
在车辆碰撞等紧急情况下，永磁同步电机通常会脱离离合器，同时母线高压断路器也会迅速动作以断开电路。然而，由于电机的高速旋转和母线电容中存储的电能，母线电压在一段时间内仍会保持在危险水平，给乘客和救援人员带来触电风险。为此，联合国车辆监管条规ECE R94明确要求电动汽车必须具备主动放电功能，确保母线电容电压在5秒内降低至60V以下，以避免二次电击伤害。
为了应对这一挑战，国内外学者对电动汽车碰撞情况下的母线电容主动放电方法进行了深入研究，并取得了一定的成果。然而，现有的放电方法往往无法在短时间内将母线电压降低到安全水平，给紧急情况下的乘客安全和救援工作带来了隐患。针对这一问题，浙江大学的研究团队提出了一种创新的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，通过精确估计系统总损耗功率，实现了母线电容的快速放电。与现有的放电方法相比，该方法具有对参数不敏感、放电时间短等显著优点。研究者还建立了快速弱磁降压阶段的数学模型，分析了传统PI控制器放电方法的不足，并提出了基于扩展滑模观测器的控制策略，有效抑制了母线电压降低到安全电压时的电压脉动。
图3：3.8千瓦永磁同步电机驱动测试平台
为了验证该方法的有效性，研究者进行了大量的仿真和实验。结果表明，与现有的主动放电方法相比，所提出的方法不仅显著缩短了放电时间，还提高了快速放电的鲁棒性和安全性。这一成果不仅具有重要的理论价值，还具有很强的实用性和工程应用价值。
表：不同放电方法实验结果对比
该研究成果已在《电工技术学报》2024年第6期上发表，论文题目为“计及总损耗功率的电动汽车母线电容主动快速放电方法”。该课题得到了浙江省自然科学基金重点基金的资助，为电动汽车的安全性能提升做出了重要贡献。
