一种用于太阳能混合动力汽车的多端口双向开关磁阻电机驱动系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多端口双向开关磁阻电机系统，用于太阳能混合动力汽车，可实现电动与充电模式下多端口灵活运行。根据光照强度以及运行路况，可以灵活地选择接入电源，实现高性能多端口电动运行。在发电机单独供电以及电池组单独供电情况下，均可实现多电平工作模式，有效增大电机的输出转矩。在电动和制动过程中，电池组可以通过变换器回收能量实现涓流充电；在汽车静止情况下，电池组可以由光伏电池板或者发电机快速自给充电，并且也可以通过直接接入交流电网实现大电流快速充电。通过所提出的多端口双向开关磁阻电机系统，不仅可以实现多端口灵活的机电能量转换，提高电机的运行性能，而且大大降低了混合动力汽车对燃料、电池以及充电站的依赖。

【技术实现步骤摘要】
一种用于太阳能混合动力汽车的多端口双向开关磁阻电机驱动系统
本专利技术属于电机
，具体涉及一种用于太阳能混合动力汽车的多端口双向开关磁阻电机驱动系统。
技术介绍
近年来，随着城市中汽车尾气排放导致的环境污染的加重，以及不可再生能源的快速消耗，电动汽车和混合动力汽车逐渐成为了国内外学者的研究热点。相比传统的汽油汽车，电动汽车可以实现汽车尾气零排放，更加环保和节能，但是电动汽车的电池续航问题一直以来都是困扰学者们的难题。因此，混合动力和插电式混合动力汽车作为纯电动汽车和传统汽油汽车的中间过渡产品，就显得及其重要。然而，为了普及城市中混合动力汽车的使用，需要大量建造电池充电站。很明显，这需要大量的资金投入进行充电站建造以及电网改造。同时，由于电池技术的限制，混合动力汽车在纯电池工作模式下的续航能力有限，限制了纯电动模式下的运行。因此，为了克服这些技术缺陷，可以将光伏电池板应用于混合动力汽车，一方面可以实现灵活的电源控制，从而辅助其他电源工作，另一方面可以实现光伏电池板到电池的充电，大大降低汽车对电池、燃料以及充电站的依赖性。作为混合动力汽车的驱动电机，虽然永磁电机的效率较高，但是，永磁电机的加工需要利用稀土材料。一方面，稀土资源的开采会对环境造成恶劣影响，不利于可持续发展，另一方面，由于永磁材料高温退磁现象的影响，永磁电机在高速和高温环境下的性能会受到严重影响。因此，很多学者都致力于研发无稀土电机最为新一代混合动力汽车的驱动电机。目前，开关磁阻电机(switchedreluctancemotor,SRM)是一种具有很强竞争力的电机，其具有结构简单坚固、调速范围宽、启动转矩大、效率高、容错性能好、可靠性好等一系列优点，非常适合混合动力汽车领域的应用。目前很多方案都致力于提高电机效率，减小转矩波动，降低电机振动以及研究故障诊断与容错控制技术等。但是，在变换器的多端口混合电源供电方面研究较少。对于开关磁阻电机系统应用于太阳能混合电动汽车方面，一个多端口双向功率变换器用于连接发电机系统、电池组以及光伏电池板显得尤为重要，不仅可以实现灵活的电动能力和充电能力，而且可以提升整个电机系统的性能。本专利技术提出了一种多端口双向开关磁阻电机驱动系统，用于太阳能混合动力汽车，可实现电动与充电模式下多端口灵活运行。根据光照强度以及运行路况，可以灵活地选择接入电源，实现高性能多端口电动运行。在发电机单独供电以及电池组单独供电情况下，均可实现多电平工作模式，有效增大电机的输出转矩。在电动和制动过程中，电池组可以通过变换器回收能量实现涓流充电；在汽车静止情况下，电池组可以由光伏电池板或者发电机快速自给充电，并且也可以通过直接接入交流电网实现大电流快速充电。通过所提出的多端口双向开关磁阻电机系统，不仅可以实现灵活的多端口机电能量转换，提高电机的运行性能，而且大大降低了混合动力汽车对燃料、电池以及充电站的依赖。
技术实现思路
在传统的开关磁阻电机不对称半桥变换器的基础上，本专利技术提出了一种用于太阳能混合动力汽车的多端口双向开关磁阻电机驱动系统。本专利技术的技术方案如下：本专利技术公开了一种多端口双向开关磁阻电机驱动系统用于太阳能混合动力汽车，包括开关磁阻电机、交流电机、多端口双向变换器、光伏电池板、电流传感器、位置传感器以及控制器；所述的开关磁阻电机具有三相定子绕组La、Lb和Lc；所述的交流电机作为开关磁阻电机系统的发电机；所述的多端口双向变换器用于连接开关磁阻电机、发电机、光伏电池板以及电池组，为开关磁阻电机驱动系统实现如下运行模式：发电机供电模式、电池供电模式、光伏电池板供电模式、发电机与电池混合供电模式、光伏电池板与发电机混合供电模式、光伏电池板与电池混合供电模式、多电平驱动模式、运行充电模式、制动充电模式、静止状态下光伏充电模式、静止状态下发电机充电模式以及静止状态下交流电网充电模式；所述的电流传感器用于检测电机三相定子绕组上对应的三相绕组电流；所述的位置传感器用于检测电机转子位置；所述的控制器根据三相绕组电流、转子位置以及运行模式需求为多端口双向变换器的功率开关器件提供控制信号；所述的多端口双向变换器由两个前端电路和一个不对称半桥功率变换器并联而成；所述的两个前端电路包括一个交流电机G，一个整流电路RE，光伏电池板PV，两个电容器C1和C2，一个电池组B，三个继电器J、J1和J2，带反并联二极管的开关管Sf1和Sf2、续流二极管Df1和Df2；其中，交流电机G的输出端通过继电器J与整流电路RE的输入接口相连，整流电路RE的正极输出端与电容器C1的正极、续流二极管Df1的阳极以及开关管Sf2的一端相连，整流电路RE的负极输出端与电容器C1的负极以及开关管Sf1的一端相连；电池组的负极与开关管Sf2的另一端以及开关管Sf1的另一端相连，电池组的正极与续流二极管Df1的阴极以及继电器J1的一端相连；光伏电池板的正极与续流二极管的阳极相连，光伏电池板的负极与电容器C2的负极相连；续流二极管Df2的阴极与继电器J2的一端、电容器C2的正极相连；其中，两个开关管Sf1和Sf2的控制极接收控制器提供的信号。所述的不对称半桥变换器包括三组功率变换单元，所述的功率变换单元包含两个带反并联二极管的开关管S1～S2以及两个续流二极管D1～D2；其中，开关管S1的一端与继电器J1的另一端以及继电器J2的另一端相连，开关管S1的另一端与对应相定子绕组L的首端以及续流二极管D2的阴极相连，续流二极管D2的阳极与开关管S2的一端、前端电路中电容器C1的负极以及前端电路中开关管Sf1的一端相连，开关管S2的另一端与对应相定子绕组L的尾端以及续流二极管D1的阳极相连，续流二极管D1的阴极与继电器J1的一端、前端电路中续流二极管Df1的阴极以及前端电路中电池组B的正极相连。所述的开关磁阻电机驱动系统在汽车电动运行状态下，当光照强度不足时，继电器J1开通，J2关断，光伏电池板处于闲置状态，通过控制前端电路中继电器J、开关管Sf1和Sf2，可以让发电机和电池组单独或者混合供电。当前端电路中的继电器J开通、开关管Sf1和开关管Sf2同时关断，电机系统工作于发电机单独供电模式；当前端电路中的继电器J关断、开关管Sf1和Sf2同时关断，电机系统工作于电池组单独供电模式；当前端电路中的继电器J和开关管Sf2同时开通，电机系统工作于发电机和电池组联合供电模式。所述的开关磁阻电机驱动系统在汽车电动运行时，在发电机单独供电模式和电池组单独供电模式下，可以提高绕组的励磁和退磁电压，实现多电平工作模式，从而增大电机的输出转矩。所述的开关磁阻电机驱动系统在汽车电动运行状态下，当光照强度充足时，继电器J1和J2同时开通，光伏电池板可以作为辅助电源，通过控制前端电路中继电器J、开关管Sf1和Sf2，可以让光伏电池板配合发电机或电池组供电。当前端电路中的继电器J开通、开关管Sf1和Sf2同时关断，光伏电池板可以与发电机系统并联同时为电机系统供电。当前端电路中的继电器J关断、开关管Sf1开通、开关管Sf2关断，光伏电池板可以与电池组并联同时为电机系统供电。所述的开关磁阻电机驱动系统在汽车电动运行状态下，当前端电路中的继电器J和J1同时关断、继电器J2开通、开关管Sf1开通、开关管Sf2关断，电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于太阳能混合动力汽车的多端口双向开关磁阻电机驱动系统，包括开关磁阻电机、交流电机、多端口双向变换器、光伏电池板、电流传感器、位置传感器以及控制器；其特征在于：所述的开关磁阻电机具有三相定子绕组La、Lb和Lc；所述的交流电机作为开关磁阻电机驱动系统的发电机；所述的多端口双向变换器用于连接开关磁阻电机、发电机、光伏电池板以及电池组；所述的电流传感器用于检测开关磁阻电机三相定子绕组上对应的三相绕组电流；所述的位置传感器用于检测电机转子位置；所述的控制器根据三相绕组电流、转子位置以及运行模式需求为多端口双向变换器的功率开关器件提供控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种用于太阳能混合动力汽车的多端口双向开关磁阻电机驱动系统，包括开关磁阻电机、交流电机、多端口双向变换器、光伏电池板、电流传感器、位置传感器以及控制器；其特征在于：所述的开关磁阻电机具有三相定子绕组La、Lb和Lc；所述的交流电机作为开关磁阻电机驱动系统的发电机；所述的多端口双向变换器用于连接开关磁阻电机、发电机、光伏电池板以及电池组；所述的电流传感器用于检测开关磁阻电机三相定子绕组上对应的三相绕组电流；所述的位置传感器用于检测电机转子位置；所述的控制器根据三相绕组电流、转子位置以及运行模式需求为多端口双向变换器的功率开关器件提供控制信号。2.根据权利要求1所述的用于太阳能混合动力汽车的多端口双向开关磁阻电机驱动系统，其特征在于：所述的多端口双向变换器由两个前端电路和一个不对称半桥功率变换器并联而成；所述的前端电路包括一个交流电机G，一个整流电路RE，光伏电池板PV，两个电容器C1和C2，一个电池组B，三个继电器J、J1和J2，带反并联二极管的开关管Sf1和Sf2、续流二极管Df1和Df2；其中，交流电机G的输出端通过继电器J与整流电路RE的输入接口相连，整流电路RE的正极输出端与电容器C1的正极、续流二极管Df1的阳极以及开关管Sf2的一端相连，整流电路RE的负极输出端与电容器C1的负极以及开关管Sf1的一端相连；电池组的负极与开关管Sf2的另一端以及开关管Sf1的另一端相连，电池组的正极与续流二极管Df1的阴极以及继电器J1的一端相连；光伏电池板PV的正极与续流二极管Df2的阳极相连，光伏电池板的负极与电容器C2的负极相连；续流二极管Df2的阴极与继电器J2的一端、电容器C2的正极相连；其中，两个开关管Sf1和Sf2的控制极接收控制器提供的信号；所述的不对称半桥变换器包括三组功率变换单元，所述的功率变换单元包含两个带反并联二极管的开关管S1和S2以及两个续流二极管D1和D2；其中，开关管S1的一端与继电器J1的另一端以及继电器J2的另一端相连，开关管S1的另一端与对应相定子绕组L的首端以及续流二极管D2的阴极相连，续流二极管D2的阳极与开关管S2的一端、前端电路中电容器C1的负极以及前端电路中开关管Sf1的一端相连，开关管S2的另一端与对应相定子绕组L的尾端以及续流二极管D1的阳极相连，续流二极管D1的...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘醇，吴建华，史涔溦，孙庆国，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33