高集成度轎車(chē)用電機控制技術(shù)研究

　　膜電容具有介電常數較高、體積小、容量大、穩定性較好的特性，能夠承受高的有效值電流，能承受兩倍于額定電壓的過(guò)壓，能承受反向電壓，能承受高峰值電流，擁有較長(cháng)的使用壽命。與電解電容相比，實(shí)現相同的功能，其所需的容值要遠遠低于電解電容，可以大大減小系統的體積。

4 驅動(dòng)電機的選型

　　由于新能源轎車(chē)頻繁啟動(dòng)及加減速，低速大扭矩，高速高功率運行工況特點(diǎn)，對驅動(dòng)電機技術(shù)要求總體歸納如下：

　　(1)滿(mǎn)足電池能量利用最大化：要求高效率及寬效率區間特點(diǎn)，布置空間體積最優(yōu)，重量輕量化的高密度要求;

　　(2)滿(mǎn)足動(dòng)力性能要求：需要高速寬調速性能，大啟動(dòng)轉矩及強過(guò)載能力，快速轉矩相應及高速高功率特定;

　　(3)滿(mǎn)足整車(chē)舒適性、可靠性要求：電機轉矩波動(dòng)小、控制成熟、電機結構簡(jiǎn)單、可靠;

　　(4)滿(mǎn)足成本要求：需要電機制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格合理。

　　國內永磁同步電機技術(shù)不斷發(fā)展，中國稀土資源也相對豐富，永磁同步電機滿(mǎn)足新能源轎車(chē)技術(shù)需求的全部要求：具有高效、高功率密度、高轉矩密度、控制成熟、具有較寬效率區間和調速性能等技術(shù)特點(diǎn)，相對于直流電機結構簡(jiǎn)單、可靠、制造工藝成熟、工藝簡(jiǎn)單、成本適中。

　　本文描述驅動(dòng)電機基于以上特點(diǎn)，采用永磁同步電機方案，基于成熟車(chē)型電機V型磁鋼沖片平臺進(jìn)行擴容設計，具有技術(shù)平臺成熟，成本控制能力強等特點(diǎn)。

5 控制器接口電路

　　永磁同步電動(dòng)機控制器有兩個(gè)接口電路(完全相同)，使用23PIN的AMP接插件與整車(chē)及電機相連，提供控制電源、CAN通信、RS232下載等功能。

　　RS232接口電路，如圖4所示。

6 電磁兼容性設計

　　控制器EMC設計主要從強電、弱點(diǎn)、結構三部分開(kāi)展工作。

6.1 強電部分

　　(1)電機三相動(dòng)力電纜采用屏蔽電纜，電機和控制器兩端接地屏蔽;

　　(2)正負母線(xiàn)與機殼見(jiàn)加Y電容，消除共模干擾，正負母線(xiàn)加X(jué)電容消除差模干擾;

　　(3)正負采用疊層母排，降低線(xiàn)路寄生電感。

6.2 弱電部分

　　(1)電源輸入/輸出增加濾波電路;

　　(2)開(kāi)關(guān)電源變壓器設計盡量減小分部電容;

　　(3)所有輸入/輸出信號增加濾波電路;

　　(4)CAN通訊采用隔離電路，采用典型CAN接口電路，并使用雙絞線(xiàn)。

6.3 結構部分

　　(1)箱體采用封閉式，對控制器進(jìn)行整體屏蔽;

　　(2)控制器內部強弱電路分開(kāi)布置，避免相互干擾;

　　(3)優(yōu)化線(xiàn)束布置，避免交叉造成相互干擾。

7 永磁同步電機控制技術(shù)

　　對于轉子磁鋼內嵌式永磁同步電機控制，基速以下采用最大轉矩/電流比控制，基速以上采用恒功率弱磁控制，如圖5所示。

　　圖5中交流永磁電機最佳電流矢量控制策略的基本思想如下：

　　(1)區間ω≤ω₁時(shí)，定子電流矢量規定在A₁點(diǎn)，電機采用最大轉矩/電流比控制，電機以最大恒轉矩運行。此時(shí)，定子電流滿(mǎn)足：|i_s| =i_lim， i_lim為電流極限圓半徑;定子電壓滿(mǎn)足：|μ|≤μ_lim，μ_lim為定子相電壓極限值;

　　(2)區間ω₁<ω≤ω₂時(shí)，電機轉速升高使得電機定子電流矢量從A₁移動(dòng)到A₂點(diǎn)，A₂對應電壓達到極限時(shí)電機能夠運行于最大輸出功率的最低轉速點(diǎn)，電機實(shí)現弱磁控制。此時(shí)， |i_s| =i_lim， |μ|≤μ_lim;

　　(3)區間ω>ω₂時(shí)，電流矢量沿著(zhù)最大功率軌跡從A₂移動(dòng)至A₃點(diǎn)，此時(shí)轉速為理想的極限轉速。此時(shí)，|i_s| =i_lim， |μ|≤μ_lim 。

　　由上述分析可以看出，定子電流最佳控制過(guò)程中，電機處于驅動(dòng)工況下的的定子電流運行軌跡為OA₁A₂A₂。

　　基于電壓前饋的永磁同步電機矢量控制基本框圖如圖6所示。

　　圖6中，給定電機的輸入電流，由最大轉矩-電流控制策略給出d、q軸電流，同時(shí)與弱磁電流進(jìn)行運算產(chǎn)生給定的d、q軸給定電流。給定的電流與反饋的電流比較，經(jīng)過(guò)PI調節器的作用產(chǎn)生給出的d，q軸電壓經(jīng)過(guò)變換產(chǎn)生電機的三相電壓對電機進(jìn)行控制。由于采用了轉子磁場(chǎng)定向的矢量控制，可直接實(shí)現電機的轉矩，實(shí)現四象限的運行。電流控制策略依照不同輸入轉矩需求和當前轉速狀態(tài)，按照圖6所示的交流永磁電機電流最優(yōu)控制方法，計算得到各個(gè)轉速和轉矩需求下的id和iq電流值，并作為指令值控制實(shí)際輸出電流。

　　當車(chē)載動(dòng)力電池電壓隨著(zhù)負載、SoC狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，Udc發(fā)生變化，電壓控制量Us1w隨著(zhù)變化，通過(guò)電壓閉環(huán)調解，使得電機輸出能力隨著(zhù)電壓變化而改變?；谥绷髂妇€(xiàn)電壓可變得永磁電機控制以交流電壓輸出恒定為控制目標，使得電機在弱磁運行情況下輸出電壓恒定，充分發(fā)揮電機輸出能力。Us1w經(jīng)與實(shí)際電機電壓的比較，通過(guò)PI調節輸出電流補償量，補償電流控制策略中的id電流。

8 總結

　　本文對驅動(dòng)電機系統進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，確定驅動(dòng)控制原理圖，通過(guò)分析其控制器組成及功能分析，確定控制器關(guān)鍵部件的選型。交流永磁電機電流最優(yōu)控制方法，計算得到各個(gè)轉速和轉矩需求下的id和iq電流值，并作為指令值控制實(shí)際輸出電流，設計方法合理，已搭載整車(chē)應用，性能可靠。

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