一种开绕组电机集成化车载双端口充电系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种开绕组电机集成化车载双端口充电系统及其控制方法，该系统包括带绕组中心抽头的开绕组电机及其驱动用双变换器、两个双端口PWM整流器和系统充电控制模块，所述绕组中心抽头用于在充电状态下将三相绕组一分为二形成两段绕组，两段绕组通过绕组中心抽头与电网三相交流电源相连，两个双端口PWM整流器的输入侧分别与两段绕组相连，输出侧分别用于连接两个独立负载。本发明专利技术实现对两个独立负载进行充电的功能，对在双端口不平衡充电状态下消除电机绕组复用带来的电磁转矩，解决了多能量源或多电池组在充电时负载不平衡或充电效率低的问题，可以避免充电过程中由于复用电机绕组使电机转动带来损耗和安全隐患，使充电性能更加稳定。充电性能更加稳定。充电性能更加稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种开绕组电机集成化车载双端口充电系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子与电力传动
，涉及新能源汽车车载充电系统技术，具体涉及一种开绕组电机集成化车载双端口充电系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着内燃机的出现，煤、石油、天然气等资源被日渐广泛的开采和利用，但也带来了严重的环境问题。据《BP世界能源统计年鉴2020》中的数据统计，中国是当今世界碳排放量第一的大国，因此采取合理的措施减少碳排放量，改善环境问题显得尤为重要。电动汽车采用“电”这种清洁能源作为动力，对于缓解环境问题具有极大的意义。《中国制造2025》文件中也提出重点发展节能与新能源汽车。然而，目前电池技术发展在短时间内无法取得突破，纯电汽车的里程问题是大部分消费者购置电动汽车时望而却步的理由，尽管各大厂商通过增大动力电池容量以及车身轻量化等方案增加续航里程，但采用全铝车身的纯电汽车却拥有更加昂贵的成本，且增大电池容量的同时又会增加车重，存在一定的边界效应。因此，对于电动汽车充电系统的研究目前具有非常巨大的现实意义。
[0003]电动汽车充电机目前可分为车载充电机与非车载独立充电机两大类。对于非车载充电机而言，虽然可以满足充电性能和充电效率，但普遍存在建设成本高，充电不方便等问题，同时使用非车载快充对电池有较大损伤，造成电池寿命急剧衰减。因此，从便利性和经济效益的角度而言，车载充电机更加具有优势。但是车载充电机一直以来存在负荷重，体积大，提高整车重量等问题，这与整车轻量化，提高车辆续航里程的目标相悖，这也是一直以来限制车载充电机大规模发展和应用的主要原因。因此，研究电机驱动充电集成一体化系统一直是业界持续关注的热点。
[0004]对于电动汽车车载集成充电系统而言，一般通过分时复用电机绕组及其驱动系统重构成充电用电变换器，从而达到减轻整车重量，实现轻量化与集成化的目标。但对于一般的车载集成充电系统而言，只有一个充电输出端口间接给整车电池组充电，难免存在充电效率低的问题，对于一些并联大功率充电的方案，由于充电设备以及家用电网存在诸多不平衡和不理想的情况，各个并联变换器间极易产生环流损耗，不平衡的输出功率还容易导致电机振动并且产生噪声，严重的可能产生安全隐患，并且在面对多电池组或动力源充电时还需要增设额外变换器用于二次变换，不仅增加成本，还降低了系统可靠性。
[0005]目前电动汽车一般以效率较高且环保无污染的氢燃料电池作为动力电池，但燃料电池在外部负载变化时，电池输出电压波动会比较大，在汽车行驶过程中，常常出现加速、爬坡、启停等工况，若只采用燃料电池单能量源供电难免捉襟见肘，因此，现有的氢能源汽车通常结合蓄电池或超级电容，形成多能量源混合动力系统。而针对多能量源动力系统的车载充电机至今还未有深入研究，要实现该类集成充电机，目前有数个关键问题亟待解决：
[0006]1、复用电机绕组作为滤波电感进行充电，交变的充电电流流经绕组必然会产生旋转磁场，生成电磁转矩，导致电机转子振动发出噪声甚至旋转产生不必要的损耗，影响充电的稳定性与安全性。
[0007]2、针对双端口独立负载充电，充电过程中根据不同的负载特性会影响整个充电系统的控制参数，在不平衡负载的情况下，会出现双端口之间功率不平衡的状态，不平衡的电流容易造成电机部分绕组过热从而影响整个系统甚至损坏电机。
[0008]3、电动汽车电池的负载特性一般比较复杂，在充电过程中会出现先恒流后恒压的过程，会造成充电功率动态变化，充电系统需要考虑变功率负载的动态特性。

技术实现思路

[0009]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的集成化车载充电系统对于多能量源不平衡负载带来的充电困难，充电时电机振动产生损耗，充电功率不平衡或充电功率变化带来的一系列问题，提供一种开绕组电机集成化车载双端口充电系统及其控制方法。
[0010]技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种开绕组电机集成化车载双端口充电系统，包括带绕组中心抽头的开绕组电机及其驱动用双变换器、两个双端口PWM整流器和系统充电控制模块，所述绕组中心抽头用于在充电状态下将三相绕组一分为二形成两段绕组，两段绕组通过绕组中心抽头与电网三相交流电源相连，两个双端口PWM整流器的输入侧分别与两段绕组相连，输出侧分别用于连接两个独立负载，所述系统充电控制模块用于实现双端口的独立充电控制。
[0011]进一步地，所述双端口PWM整流器的输出端口之间相互独立，通过绕组中心抽头连接的双PWM整流器无零序回路，充电运行过程中无零序环流损耗，采用准直接功率控制策略结合最小功率输出控制方法，控制双端口输出功率在各种工况下始终保持一致，结合独立电枢绕组电流内环的控制，使得输出端口可以独立控制，并且控制两段电枢绕组上流过的三相电流大小相等方向相反，消除在不平衡充电状态下的复用电枢绕组产生的电磁转矩脉动。
[0012]本专利技术提供一种开绕组电机集成化车载双端口充电系统的控制方法，其采用双端口充电准直接功率控制策略，具体包括如下步骤：
[0013]S1：采集电网侧三相电压e
a
、e
b
、e
c
，电机两段绕组上三相电流i
a1
、i
b1
、i
c1
、i
a2
、i
b2
、i
c2
，以及两个整流器输出电压U
dc1
、U
dc2
；
[0014]S2：将采集到的电压信号e
a
、e
b
、e
c
和电流信号i
a1
、i
b1
、i
c1
、i
a2
、i
b2
、i
c2
进行Clark变换得到αβ坐标系下的两相电压e
α
、e
β
和两相电流i
α1
、i
β1
、i
α2
、i
β2
；
[0015]S3：利用采集到的整流器输出电压U
dc1
、U
dc2
，将给定输出电压U
dc1*
、U
dc2*
与实际输出电压U
dc1
、U
dc2
相减得到输出电压误差ΔU
dc1
、ΔU
dc2
，将输出电压误差ΔU
dc1
、ΔU
dc2
经过PI控制器得到输出电流给定值I
dc1*
、I
dc2*
；这里给定输出电压U
dc1*
、U
dc2*
是根据充电需求给出的给定电压，这是一个可以外部调整的量；
[0016]S4：将采集到的整流器输出电压U
dc1
、U
dc2
分别与计算得到的输出电流给定值I
dc1*
、I本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开绕组电机集成化车载双端口充电系统，其特征在于，包括带绕组中心抽头的开绕组电机及其驱动用双变换器、两个双端口PWM整流器和系统充电控制模块，所述绕组中心抽头用于在充电状态下将三相绕组一分为二形成两段绕组，两段绕组通过绕组中心抽头与电网三相交流电源相连，两个双端口PWM整流器的输入侧分别与两段绕组相连，输出侧分别用于连接两个独立负载，所述系统充电控制模块用于实现双端口的独立充电控制。2.一种开绕组电机集成化车载双端口充电系统控制方法，其特征在于，所述双端口PWM整流器的输出端口之间相互独立，通过绕组中心抽头连接的双端口PWM整流器无零序回路，充电运行过程中无零序环流损耗，采用准直接功率控制策略结合最小功率输出控制方法，控制双端口输出功率在各种工况下始终保持一致，结合独立电枢绕组电流内环的控制，使得输出端口可以独立控制，并且控制两段电枢绕组上流过的三相电流大小相等方向相反，消除在不平衡充电状态下的复用电枢绕组产生的电磁转矩脉动。3.如权利要求2所述一种开绕组电机集成化车载双端口充电系统控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：采集电网侧三相电压e
a
、e
b
、e
c
，电机两段绕组上三相电流i
a1
、i
b1
、i
c1
、i
a2
、i
b2
、i
c2
，以及两个整流器输出电压U
dc1
、U
dc2
；S2：将采集到的电压信号e
a
、e
b
、e
c
和电流信号i
a1
、i
b1
、i
c1
、i
a2
、i
b2
、i
c2
进行Clark变换得到αβ坐标系下的两相电压e
α
、e
β
和两相电流i
α1
、i
β1
、i
α2
、i
β2
；S3：利用采集到的整流器输出电压U
dc1
、U
dc2
，将给定输出电压U
dc1*
、U
dc2*
与实际输出电压U
dc1
、U
dc2
相减得到输出电压误差ΔU
dc1
、ΔU
dc2
，将输出电压误差ΔU
dc1
、ΔU
dc2
经过PI控制器得到输出电流给定值I
dc1*
、I
dc2*
；S4：将采集到的整流器输出电压U
dc1
、U
dc2
分别与计算得到的输出电流给定值I
dc1*
、I
...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏佳丹，王艺威，郭磊，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：