一种具有能量回馈的电励磁双凸极电机驱动充电一体化系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种具有能量回馈的电励磁双凸极电机驱动充电一体化系统及其控制方法，在系统两级式变换器拓扑的前级双向DC/DC变换器中增加S

【技术实现步骤摘要】
一种具有能量回馈的电励磁双凸极电机驱动充电一体化系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于电机系统及控制领域，尤其涉及一种具有能量回馈的电励磁双凸极电机驱动充电一体化系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]驱动电机作为电动汽车的核心部件，必须满足汽车结构尺寸的限制及复杂工况下的运行条件，其性能直接关系到电动汽车的动力性能和能源转化效率。21世纪以来，电动汽车的驱动电机以永磁同步电机、开关磁阻电机及感应电机为主要机型。电励磁双凸极电机则是在开关磁阻电机和永磁双凸极电机基础上延伸出的新型电机，目前在在电机领域中被予以广泛关注。电励磁双凸极电机具备开关磁阻电机和永磁双凸极电机的优点，以电励磁代替永磁体励磁，降低成本的同时简化电机结构和制造工艺。与电动汽车主流的三类驱动电机相比，电励磁双凸极电机比感应电机成本更低，比开关磁阻电机具有更高的功率密度、更低的转矩脉动，没有永磁电机的退磁问题并可通过励磁电流的弱磁调速获得更广阔的的调速范围。因此，电励磁双凸极电机在电动汽车领域具有非常广阔的前景。
[0003]由于电动汽车内部空间限制、生产成本限制及现有科技水平限制，电动汽车的一般需要通过大功率充电桩或充电站才能够实现快速充电，然而充电桩、充电站建造成本高，难以大规模普及，车载充电器能够通过家用交流电向电动汽车便捷充电，但是功率限制使得充电时长不能满足日常要求。市面上的车载充电系统普遍存在成本高、体积大、质量大、功率因数低、谐波污染严重等问题，严重制约了电动汽车的发展。近年来将驱动系统和充电系统集成的系统结构获得了大量关注，充电驱动一体化系统将电动汽车的电机驱动系统重构成蓄电池充电系统，通过优化电路拓扑和控制策略，既能实现无需充电桩即可快速充电的能力，省去额外的大功率充电器，又可以满足对电动汽车充电电流质量的要求。
[0004]制动能量回馈技术作为电动汽车的关键技术之一，可以将电动汽车制动运行过程中电机获得的电能存储至蓄电池中，实现能量的二次利用，减少能量损耗，提高能量利用率，增加续航里程。
[0005]专利CN201711445250.6专利技术了一种复用励磁绕组的电励磁双凸极电机驱动充电一体化系统。该系统采用分裂式励磁绕组，复用励磁绕组为前级DC/DC变换器中的电感，复用电枢绕组为充电状态时三相桥式整流器的滤波电感，使电励磁双凸极电机能够适用于电动汽车驱动充电一体化系统。驱动运行时两段励磁绕组并联导通，能够通过调节励磁电流大小实现电机宽转速范围运行；充电运行时通过前级DC/DC构建充电回路，使得两段励磁绕组并联且电流流向相反，消除电磁转矩；减速运行时能够实现电磁制动，将能量回馈电池，增加能量利用率，但是会改变励磁电流流向，该换向过程会影响系统的动态性能，降低系统的稳定性。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是在制动时，不改变励磁电流流向。本专利技术提出了一种具有能量回馈的电励磁双凸极电机驱动充电一体化系统及其控制方法，结合分裂式励磁绕组，构成系统驱动运行模式下的能量回馈通路，在电励磁双凸极电机制动运行时，结合能量回馈通路的控制，能够实现在励磁电流方向不变的条件下将制动能量回馈至蓄电池侧，提升驱动系统的能量利用率和性能，并且在充电工作实模式下，还能够实现两段分裂式励磁绕组的并联控制，满足蓄电池大功率充电的需求。
[0007]一种具有能量回馈的电励磁双凸极电机驱动充电一体化系统，包括蓄电池、前级DC/DC变换器、后级逆变器、母线电容C1和电励磁双凸极电机；
[0008]蓄电池与前级DC/DC变换器的输入端连接，母线电容C1并联在前级DC/DC变换器的输出端之间，前级DC/DC变换器的输出端连接后级逆变器的输入端，后级逆变器的输出端连接电励磁双凸极电机的三相电枢绕组；蓄电池电压经前级DC/DC变换器升高电压，再经过后级逆变器驱动电励磁双凸极电机；
[0009]所述前级DC/DC变换器包括开关管S1～S6、开关管S
a
～S
d
、二极管D1、二极管D2、电励磁双凸极电机的励磁绕组F1、以及电励磁双凸极电机的励磁绕组F2，其中开关管S1与二极管D1串联、开关管S2与二极管D2串联构成两个桥臂；开关管S3与开关管S4串联、开关管S5与开关管S6串联构成两个桥臂；
[0010]励磁绕组F1的一端连接在开关管S1与二极管D1的连接端、以及开关管S
a
的一端，开关管S
a
的另一端连接母线电容C1的正极；励磁绕组F1的另一端连接在开关管S3与开关管S4的连接端、以及开关管S
c
的一端，开关管S
c
的另一端连接蓄电池正极；
[0011]励磁绕组F2的一端连接在开关管S2与二极管D2的连接端、以及开关管S
b
的一端，开关管S
b
的另一端连接母线电容C1的正极；励磁绕组F2的另一端连接在开关管S5与开关管S6的连接端、以及开关管S
d
的一端，开关管S
d
的另一端连接蓄电池正极。
[0012]在制动状态下，通过对开关管S
a
～S
d
的控制，使得母线电容C1上的能量在励磁电流方向不变的条件下回馈至蓄电池；在充电状态下，交流电经后级逆变器整流后，以两倍充电功率对储电池充电，满足车载蓄电池快速充电的需求。
[0013]本专利技术电励磁双凸极电机驱动充电一体化系统的控制方法，在制动状态下，后级电励磁双凸极电机通过逆变器向母线电容C1回馈制动能量，使得直流母线电压升高，前级DC/DC变换器能量回馈部分电路工作，母线电压储能经开关管S
a
～S
d
和励磁绕组对蓄电池充电，使得直流母线电压下降，完成能量回馈，在制动状态下，电励磁双凸极电机的励磁电流方向不发生改变，直流侧母线电压保持稳定。
[0014]进一步的，在制动状态下，通过开关管S
a
～S
d
的控制，使得母线电容C1上的能量在励磁电流方向不变的条件下回馈至蓄电池；前级DC/DC变换器的能量回馈控制策略如下：
[0015](1)采集直流侧母线电压，当母线电压升高至能量回馈上门限值时，能量回馈开关管S
a
～S
d
导通，前级DC/DC变换器中的开关管S1～S6均处于关断状态，母线电容将后级双凸极电机的制动能量经由励磁绕组回馈给蓄电池；
[0016](2)当母线电压降低至能量回馈下门限值时，判断系统退出制动状态，开关管S
a
～S
d
关断，前级DC/DC变换器以交错并联的buck
‑
boost升压模式运行。
[0017]综上所述，本专利技术提出的拓扑结构及控制策略能够实现能量回馈，同时维持励磁
电流在驱动状态下的方向与制动状态下的方向相一致，不改变励磁电流的方向。
[0018]进一步的，当系统工作于充电状态时，后级逆变器做三相PWM整流器运行，将电网本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有能量回馈的电励磁双凸极电机驱动充电一体化系统，其特征在于，包括蓄电池、前级DC/DC变换器、后级逆变器、母线电容C1和电励磁双凸极电机；蓄电池与前级DC/DC变换器的输入端连接，母线电容C1并联在前级DC/DC变换器的输出端之间，前级DC/DC变换器的输出端连接后级逆变器的输入端，后级逆变器的输出端连接电励磁双凸极电机的三相电枢绕组；蓄电池电压经前级DC/DC变换器升高电压，再经过后级逆变器驱动电励磁双凸极电机；所述前级DC/DC变换器包括开关管S1～S6、开关管S
a
～S
d
、二极管D1、二极管D2、电励磁双凸极电机的励磁绕组F1、以及电励磁双凸极电机的励磁绕组F2，其中开关管S1与二极管D1串联、开关管S2与二极管D2串联构成两个桥臂；开关管S3与开关管S4串联、开关管S5与开关管S6串联构成两个桥臂；励磁绕组F1的一端连接在开关管S1与二极管D1的连接端、以及开关管S
a
的一端，开关管S
a
的另一端连接母线电容C1的正极；励磁绕组F1的另一端连接在开关管S3与开关管S4的连接端、以及开关管S
c
的一端，开关管S
c
的另一端连接蓄电池正极；励磁绕组F2的一端连接在开关管S2与二极管D2的连接端、以及开关管S
b
的一端，开关管S
b
的另一端连接母线电容C1的正极；励磁绕组F2的另一端连接在开关管S5与开关管S6的连接端、以及开关管S
d
的一端，开关管S
d
的另一端连接蓄电池正极。2.一种如权利要求1所述具有能量回馈的电励磁双凸极电机驱动充电一体化系统的控制方法，其特征在于，在制动状态下，母线电容C1上的能量在励磁电流方向不变的条件下回馈至蓄电池；在充电状态下，交流电经后级逆变器整流后，以两倍充电功率对储电池充电。3.根据权利要求2所述一种具有能量回馈的电励磁双凸极电机驱动充电一体化系统的控制方法，其特征在于，在制动状态下，母线电容C1上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏佳丹，翟相煜，陈锦春，周波，杨明，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：