CN105490610A - 一种智能电动车辆动力总成*** - Google Patents

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余开江
刘巍
杨海柱
谭兴国
谢贝贝
胡治国
许孝卓
王莉
杨俊起
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/14—Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage
    • H—ELECTRICITY
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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Abstract

本发明公开了一种智能电动车辆动力总成***，其特征在于：包括以下内容，第一，对双向DC/DC变换器输入输出电压和电流进行自适应调节，适应实际车辆速度范围宽、行驶过程中频繁加减速的工况，大幅度提高车辆整体性能和效率。第二，利用电机电气参数的在线辨识技术，对永磁同步电机参数变化进行在线辨识。第三，通过基波励磁法和高频信号注入法进行电机位置和速度的在线估计，实现无传感器电机控制***小型化、高效化。对永磁同步电机及其控制器进行实时调节输出以适应其直接连接的车辆路况，进行智能化网联集成控制。本发明为智能电动车辆动力总成集中控制***，具有体积小、控制精度高、效率高、成本低、预测精度高、可靠性强等特点。

Description

一种智能电动车辆动力总成***
技术领域
本发明涉及一种智能电动车辆动力总成***,特别涉及一种实时最优的智能电动车辆动力总成***。
背景技术
随着全球经济的高速发展，能源和环境问题日益突出，节约能源、保护环境已成为世界各国共同面临的重大挑战。传统汽车对单一石油资源的依赖性导致石油短缺，其尾气排放也严重地污染着环境，研究新能源汽车相关技术已成为未来汽车工业的发展方向。美国、日本、欧盟等国家和地区都将发展安全经济和清洁的交通能源作为国家能源战略和汽车产业发展战略的重要内容。
北美国家推广的新型能源动力汽车主要采用混合动力***，美国仍是最大的新能源轿车销售国，2014年累计销售12万辆。欧洲主要采用混合动力***与插电式混合动力***，开始应用在线快充***(钛酸锂负极电池与超级电容)，推广数量约2500辆。日本主要以混合动力为主要技术路线，是世界上最大的混合动力轿车销售市场。
我国对新能源汽车产业的发展也做出了明确的支持。2010年国务院发布《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，确定将新能源汽车作为七大战略性新兴产业之一。2012年《节能与新能源汽车产业发展规划（2012―2020年）》提出以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向，当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化。《规划》提出到2015年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量达到50万辆；到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达到200万辆，累计产销量超过500万辆。
新能源汽车在运行工作时对驱动***的要求很高。新能源汽车使用的电机应具有瞬时功率大、过载能力强、加速性能好、使用寿命长的特点。另外，要求可靠性好，能在较恶劣环境下长期工作；结构简单、适应大批量生产；运行噪声低、使用维修方便，价格便宜等，因此新能源汽车的发展给驱动电机及其控制***带来广阔的应用前景及更高的技术要求。
与发达国家相比，现有的动力总成***仍存在以下问题：从技术性能看，电机功率不足，控制器和DC／DC变换器体积和质量偏大，模块化程度不足；在产品集成度、可靠性和***应用技术方面，仍然具有较大瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足提供一种性能可靠、体积小、效率高、成本低的智能电动车辆动力总成***。
本发明的技术方案是这样实现的：一种智能电动车辆动力总成***，该***包括：一，对双向DC/DC变换器输入输出电压和电流进行自适应调节，适应实际车辆速度范围宽、行驶过程中频繁加减速的工况，大幅度提高车辆整体性能和效率；二，利用电机电气参数的在线辨识技术，对永磁同步电机参数变化进行在线辨识；三，通过基波励磁法和高频信号注入法进行电机位置和速度的在线估计，实现无传感器电机控制***小型化、高效化，对永磁同步电机及其控制器进行实时调节输出以适应其直接连接的车辆路况，进行智能化网联集成控制。
双向DC/DC变换器是在传统的电压源逆变器前级加入，电机需要扩速时，让DC/DC变换器工作在BOOST升压方式，提高直流侧的电压，即增大逆变器的电压极限值，调整电机的恒转矩运行区域，最大限度的利用逆变器的容量，使电机在不需要弱磁电流，或者只需要很小的弱磁电流情况下，就能使电机在高速保证恒功率运行；当电机制动时，DC/DC工作于BUCK工作模式，保证在突然减速的情况下，蓄电池两端的电压不会突变，实现对蓄电池安全可靠的充电。
所述双向DC/DC变换器采用半桥型非隔离的双向DC/DC变换器。
动力总成温度控制***采用陶瓷氧化铝基板，设计层叠结构，采用大电流印刷版连接电路的方式。
本发明的技术方案产生的积极效果如下：首先，本发明利用电机电气参数的在线辨识技术，对永磁同步电机参数变化进行在线辨识，然后利用品质管控以及材料技术的进步提高电机电气参数的稳定性。通过基波励磁法和高频信号注入法进行电机位置和速度在线估计，实现无传感器电机控制***小型化、高效化。对永磁同步电机及其控制器进行实时调节输出以适应其直接连接的车辆路况，进行智能化网联集成控制。动力总成温度控制***采用陶瓷氧化铝基板，设计层叠结构和特殊的连接方式，提高温度控制***性能。对双向DC/DC变换器输入输出电压和电流进行自适应调节，适应实际车辆速度范围宽，行驶过程中频繁加减速工况，大幅度提高车辆整体性能和效率。另外：
一，本发明为集成式动力总成***，具有体积小、效率高、检测和控制精度高、成本低、稳定性强等特点。
二，本发明的主控芯片为最新的DSP集成芯片，具有采样精度高、成本低等特点。
三，本发明的智能动力总成***能够根据车辆未来工况进行自适应控制。
四，本发明的参数在线估计算法，通过粒子群算法进行在线最优估计，提高了估计的精度和效率。
五，本发明的电机鲁棒控制算法，通过模式识别工况，提高了控制的精度和时效。
附图说明
图1为本发明智能电动车辆动力总成***的技术方案图。
图2为本发明双向DC/DC变换器的控制模式图，包含升压驱动模式和降压再生制动能量回收模式。
图3为本发明电机***的控制原理图。
图4为本发明双向DC/DC变换器的控制原理图。
图5为本发明智能电动车辆动力总成***拓扑结构图。
具体实施方式
一种智能电动车辆动力总成***，该***包括：一，对双向DC/DC变换器输入输出电压和电流进行自适应调节，适应实际车辆速度范围宽、行驶过程中频繁加减速的工况，大幅度提高车辆整体性能和效率；二，利用电机电气参数的在线辨识技术，对永磁同步电机参数变化进行在线辨识；三，通过基波励磁法和高频信号注入法进行电机位置和速度的在线估计，实现无传感器电机控制***小型化、高效化，对永磁同步电机及其控制器进行实时调节输出以适应其直接连接的车辆路况，进行智能化网联集成控制。
图1为智能锂离子电池管理***的组成结构，本发明提出了智能电动车辆动力***基于模型的V型汽车开发模式。该模式可以很大程度地减少反复过程、缩短开发周期，节省成本。传统开发路线采用的是串行开发方式，后续开发过程验证时出现错误即需要反复。而基于模型的V模式开发方式，通过软件在环仿真和硬件在环仿真，可以并行地验证软硬件性能。大大缩短了开发周期和开发成本。
图2为本发明双向DC/DC变换器的控制模式图。双向DC/DC变换器指在保持输入和输出两端电压极性不变化的情况下，根据需要自动调节能量传输方向的DC/DC变换器，随着新能源汽车产业的迅速发展，对双向DC/DC变换器的需求也随之日益增加。针对新能源汽车用动力总成***，需要满足低速大转矩，高速宽调速范围的要求。图5为本发明智能电动车辆动力总成***拓扑结构图。在传统的电压源逆变器前级加入双向DC/DC变换器，在电机需要扩速的时候，让DC/DC变换器工作在BOOST升压方式，提高直流侧的电压，即增大逆变器的电压极限值，调整电机的恒转矩运行区域，最大限度的利用逆变器的容量，使电机在不需要弱磁电流，或者只需要很小的弱磁电流情况下，就能使电机在高速保证恒功率运行。当电机制动的时候，DC/DC工作于BUCK工作模式，保证在突然减速的情况下，蓄电池两端的电压不会突变，实现对蓄电池安全可靠的充电。考虑到实际车用电机驱动***中电压的变比并不高，从成本和性能方面考虑，本发明采用半桥型非隔离的双向DC/DC变换器。这种变换器结构简单，可靠性高，产业化前景好。
考虑到实际车用电机驱动***中电压的变比并不高，从成本和性能方面考虑，本发明采用半桥型非隔离的双向DC/DC变换器。这种变换器结构简单，可靠性高，产业化前景好。为适应当前大数据时代和车联网技术的发展，利用车辆工况信息对双向DC/DC变换器进行智能控制是现实需要。
动力总成温度控制***采用陶瓷氧化铝基板，设计层叠结构和特殊的电路连接方式；层叠结构，扩大面积，散热性好；特殊的连接方式为大电流印刷版连接电路的方式，这和传统用通条连接电路方式有很大不同。
图3为本发明电机***的控制原理图。高压直流电源经DC/AC(电机驱动器)变换为电压幅值和频率可调的三相交流电，驱动永磁同步电机运转；同时通过检测当前的转子位置信号和对电机的相电流进行实时采样并送入电机控制单元。电机控制单元通过CAN总线与整车控制器进行通信，从整车控制器获得当前转矩指令、运行模式和旋转方向，并根据反馈得到电流和电机位置信号，控制电机驱动器产生所需要的三相交流电，驱动电机运行。对于永磁电机的电流控制，基速以下采用最大转矩/电流比控制，基速以上采用恒功率弱磁控制。
图4为本发明双向DC/DC变换器的控制原理图。为适应当前大数据时代和车联网技术的发展，利用车辆工况信息对双向DC/DC变换器进行智能控制是现实需要。控制策略采用了双环串级、前馈的控制结构，其电感电流指令值由两部分组成：主要部分（前馈部分），由负载功率前馈形成，它可以加快变换器对负载变化的响应速度，及时调整传递能量；次要部分（电压外环输出部分），由电压偏差经外环PI调节器产生，在静态时负责消除母线电压误差，在调压时负责调整母线电压。

Claims (4)

1.一种智能电动车辆动力总成***，其特征在于：该***包括：一，对双向DC/DC变换器输入输出电压和电流进行自适应调节，适应实际车辆速度范围宽、行驶过程中频繁加减速的工况，大幅度提高车辆整体性能和效率；二，利用电机电气参数的在线辨识技术，对永磁同步电机参数变化进行在线辨识；三，通过基波励磁法和高频信号注入法进行电机位置和速度的在线估计，实现无传感器电机控制***小型化、高效化，对永磁同步电机及其控制器进行实时调节输出以适应其直接连接的车辆路况，进行智能化网联集成控制。
2.根据权利要求1所述的一种智能电动车辆动力总成***，其特征在于：双向DC/DC变换器是在传统的电压源逆变器前级加入，电机需要扩速时，让DC/DC变换器工作在BOOST升压方式，提高直流侧的电压，即增大逆变器的电压极限值，调整电机的恒转矩运行区域，最大限度的利用逆变器的容量，使电机在不需要弱磁电流，或者只需要很小的弱磁电流情况下，就能使电机在高速保证恒功率运行；当电机制动时，DC/DC工作于BUCK工作模式，保证在突然减速的情况下，蓄电池两端的电压不会突变，实现对蓄电池安全可靠的充电。
3.根据权利要求1或2所述的一种智能电动车辆动力总成***，其特征在于：所述双向DC/DC变换器采用半桥型非隔离的双向DC/DC变换器。
4.根据权利要求1所述的一种智能电动车辆动力总成***，其特征在于：，动力总成温度控制***采用陶瓷氧化铝基板，设计层叠结构，采用大电流印刷版连接电路的方式。
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