电动汽车驱动系统母线电容能量泄放方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电动汽车驱动系统母线电容能量泄放方法，用于解决现有电容能量泄放方法实用性差的技术问题。技术方案是在电动汽车出现紧急情况后，切换永磁同步电机驱动系统的操作状态；将整个放电过程划分成几个区域；计算电机q轴电流值，计算电机d轴电流值；依次计算其他各区域内永磁同步电机的q、d轴电流值。本发明专利技术通过对永磁同步电机的d、q轴电流分别进行分段控制，实现了永磁同步电机的减速并使直流母线电容能量快速泄放，并解决了永磁同步电机的大电压回馈冲击问题。本发明专利技术可以对转子惯性大、系统安全电流小的系统实施基于线圈绕组的能量泄放控制，实用性好。

Bus Capacitance Energy Release Method of Electric Vehicle Driving System

The invention discloses a bus capacitance energy release method of electric vehicle drive system, which is used to solve the technical problem of poor practicability of the existing capacitance energy release method. The technical scheme is to switch the operation state of PMSM drive system after the emergencies of electric vehicles; divide the whole discharge process into several regions; calculate the q-axis current value of the motor, calculate the d-axis current value of the motor; calculate the q-axis current value of the PMSM in other regions in turn. By controlling the D and q axis currents of the permanent magnet synchronous motor separately, the method achieves the deceleration of the permanent magnet synchronous motor and the quick release of the DC bus capacitance energy, and solves the problem of large voltage feedback impulse of the permanent magnet synchronous motor. The invention can implement energy release control based on coil winding for a system with large rotor inertia and small system safety current, and has good practicability.

【技术实现步骤摘要】
电动汽车驱动系统母线电容能量泄放方法
本专利技术涉及一种电容能量泄放方法，特别涉及一种电动汽车驱动系统母线电容能量泄放方法。
技术介绍
用于电动汽车的永磁同步电机驱动系统由于具有效率高、调速范围宽的特点，受到越来越多的关注。电动汽车永磁同步电机驱动系统常用的拓扑结构包括六个部分，永磁同步电动机、电池、DC/DC电源变换器、断路器、母线电容和逆变器。电池与DC/DC电源变换器连接，为系统工作提供能量；DC/DC电源变换器将电池低电压转换为高电压，输出端与逆变器相连；断路器连接电池和DC/DC电源变换器，故障时断开用于保护系统；母线电容与逆变器并联，用于吸收高频电压谐波；逆变器与永磁同步电机相连，将直流电压转换为交流信号。根据联合国车辆监管条规ECER94，一旦发生紧急情况(如车祸)，断路器将立即断开，电容电压应该在5s内降低到一个安全的水平(60V)，以避免电压击穿风险。如果检测到某个故障，三相逆变器中的所有晶体管都将被立刻关闭，储存在母线电容中的能量无法被系统自身消耗，为了实现母线电容放电和低成本的泄放方案，文献“DCbuscapacitordischargeofpermanentmagnetsynchronousmachinedrivesystemsforhybridelectricvehicles，IEEETransactionsonIndustryApplications,2017,Vol53(2),p1399-1405”公开了一种直接利用电机绕组消耗电容剩余能量的新思路。这种方法的特点是当系统故障发生时，三相逆变器中的晶体管不会被立刻关闭，而是通过控制d、q轴电流继续驱动永磁同步电动机，该过程中，离合器将车轮与牵引电机断开，电机只是空载旋转却不会带动车轮转动。然而，在使用这种算法时发现，直流母线电容电压特性与系统参数密切相关，特别系统安全电流Imax和电机转子转动惯量J，当J很大而Imax相对较低(如J＝0.24kg·m2和Imax＝100A)时，无法实现预期的放电过程。
技术实现思路
为了克服现有电容能量泄放方法实用性差的不足，本专利技术提供一种电动汽车驱动系统母线电容能量泄放方法。该方法在电动汽车出现紧急情况后，切换永磁同步电机驱动系统的操作状态；将整个放电过程划分成几个区域；计算电机q轴电流值，计算电机d轴电流值；依次计算其他各区域内永磁同步电机的q、d轴电流值。本专利技术通过对永磁同步电机的d、q轴电流分别进行分段控制，实现了永磁同步电机的减速并使直流母线电容能量快速泄放，并解决了永磁同步电机的大电压回馈冲击问题。本专利技术可以对转子惯性大、系统安全电流小的系统实施基于线圈绕组的能量泄放控制，实用性好。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案：一种电动汽车驱动系统母线电容能量泄放方法，其特点是包括以下步骤：步骤一、当驱动系统正常工作时，开关拨至端口a，采用双闭环调速策略驱动永磁同步电机；一旦突发事件发生时，连接端口b，开始泄放母线电容能量。步骤二、按预期转速的参考轨迹将整个放电过程分为n个区域，选取Δt，即t0＝Δt、t1-t0＝Δt、…、tn-1-tn-2＝Δt。同时t0、t1、…、tn每个时刻按顺序分别对应的转速为ω0、ω1、…、ωn。步骤三、为了避免电压冲击，使电机转子动能小于等于绕组的热损耗，即满足|Te|·ωave_i·Δt≤Imax2·Rs·Δt式中，Te是电机电磁转矩，ωave_i为ti-1～ti时间内电机转速的平均值，Imax为系统安全电流，Rs为定子绕组电阻。根据公式计算这个Δt区域内的q轴负的电流iq_refi，为了尽快地降低电机转速，iq_refi的绝对值需要在允许的范围内最大，即式中，Ψf为永磁体磁链，p为电机极对数，J为转动惯量。步骤四、同时为了保证最大的放电容量，在整个过程中，系统的电流都要控制在安全电流Imax上，因此每个Δt区域内，d轴上的控制电流id_refi保持负值稳定，计算公式为使用计算得到的iq_refi、id_refi分别作为第i个Δt区域内永磁同步电机的q、d轴参考控制电流，从而使电机在发生故障的时候，实现基于线圈绕组的直流母线电容能量泄放控制，使期望的转速随线性趋势而降低。步骤五、将iq_refi带入Te＝1.5pΨfiq_ref计算电机转矩Te，式中Ψf是永磁体磁链，p是电机极对数。进一步计算ti对应的转速ωi+1，再重复步骤三、四计算出下一个Δt区域内永磁同步电机的q、d轴电流值，即iq_refi+1和id_refi+1。直到该电机的转速降低到使反电势大小等于安全电压。本专利技术的有益效果是：该方法在电动汽车出现紧急情况后，切换永磁同步电机驱动系统的操作状态；将整个放电过程划分成几个区域；计算电机q轴电流值，计算电机d轴电流值；依次计算其他各区域内永磁同步电机的q、d轴电流值。本专利技术通过对永磁同步电机的d、q轴电流分别进行分段控制，实现了永磁同步电机的减速并使直流母线电容能量快速泄放，并解决了永磁同步电机的大电压回馈冲击问题。本专利技术可以对转子惯性大、系统安全电流小的系统实施基于线圈绕组的能量泄放控制，实用性好。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细说明。附图说明图1是本专利技术电动汽车驱动系统母线电容能量泄放方法的流程图。图2是本专利技术方法实施例中不同时段q轴参考电流计算值的条形图。具体实施方式参照图1-2。本专利技术电动汽车驱动系统母线电容能量泄放方法具体步骤如下：考虑到使用外部电路来泄放直流母线电容能量给电动汽车驱动系统带来的体积、重量和成本上的损失，直接使用永磁同步电机的绕组来泄放能量十分有效，且成本较低。然而，目前还没有能够适用在较大的转子惯性而安全电流较小的驱动系统中的泄放算法。通过研究适合于分析永磁同步电机驱动系统的瞬态放电行为的能量流模型(EFM)，讨论了一种传统和新颖的基于线圈绕组的放电方案的机理和特点。本实施例所分析的永磁同步电机极对数为p＝3，驱动系统具有较大的转子惯性J＝0.24kg·m2，而安全电流较小Imax＝100A，提出了一种新的非零d、q轴电流控制算法，避免了电压大幅波动，同时缩短了放电时间。步骤一、电动汽车出现紧急情况后，切换永磁同步电机驱动系统的操作状态。驱动系统正常工作时，可编程虚拟交换机连接端口a，采用双闭环调速策略正常控制驱动系统。一旦突发事件发生时，连接端口b，实现泄放母线电容能量。步骤二、选取合适的Δt，将整个放电过程划分成合适的几个区域。根据应该承认Δt越短，ωi更具代表性和典型，本实例中Δt取值为0.5s，将整个放电区域划分。因此t0＝0.5s、t1＝1s、t2＝1.5s、t3＝2s、t4＝2.5s、t5＝3s、t6＝3.5s、t7＝4s、t8＝4.5s…。每个时刻按顺序分别对应的转速为ω0、ω1、ω2、ω3、ω4、ω5、ω6、ω7、ω8…。步骤三、计算电机q轴电流值iq_ref1。本实施例中，该电机极对数p为3对，驱动系统的安全电流Imax为100A，定子绕组电阻Rs为0.275Ω，转动惯量J为0.24kg·m2。令ω0＝ωrated＝350rad/s，取iq_ref1＝-10.6A。步骤四、计算电机d轴电流值id_ref1。步骤五、依次计算其他各区域内永磁同步电机的q、d轴电流iq_ref和id_ref。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动汽车驱动系统母线电容能量泄放方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、当驱动系统正常工作时，开关拨至端口a，采用双闭环调速策略驱动永磁同步电机；一旦突发事件发生时，连接端口b，开始泄放母线电容能量；步骤二、按预期转速的参考轨迹将整个放电过程分为n个区域，选取Δt，即t0＝Δt、t1‑t0＝Δt、…、tn‑1‑tn‑2＝Δt；同时t0、t1、…、tn每个时刻按顺序分别对应的转速为ω0、ω1、…、ωn；步骤三、为了避免电压冲击，使电机转子动能小于等于绕组的热损耗，即满足|Te|·ωave_i·Δt≤Imax

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车驱动系统母线电容能量泄放方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、当驱动系统正常工作时，开关拨至端口a，采用双闭环调速策略驱动永磁同步电机；一旦突发事件发生时，连接端口b，开始泄放母线电容能量；步骤二、按预期转速的参考轨迹将整个放电过程分为n个区域，选取Δt，即t0＝Δt、t1-t0＝Δt、…、tn-1-tn-2＝Δt；同时t0、t1、…、tn每个时刻按顺序分别对应的转速为ω0、ω1、…、ωn；步骤三、为了避免电压冲击，使电机转子动能小于等于绕组的热损耗，即满足|Te|·ωave_i·Δt≤Imax2·Rs·Δt式中，Te是电机电磁转矩，ωave_i为ti-1～ti时间内电机转速的平均值，Imax为系统安全电流，Rs为定子绕组电阻；根据公式计算这个Δt区域内的q轴负的电流iq_refi，为了尽快地降低电机转速，iq_refi的绝对值...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘景林，高锦秋，公超，孙凌云，杨健康，雍立炜，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61