一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统，该系统包括电机驱动器和永磁同步电机，所述的永磁同步电机包括三相线、中性线、定子绕组、转子永磁体和位置传感器，所述的电机驱动器内部包括正母线P1和正母线P2以及负母线N，所述的电机驱动器由直流高压输入模块、电容器组模块、逆变模块以及控制模块组成；所述的直流高压输入模块包括两个外部直流电源输入接口；所述的电容器组模块包括电容C1、电容C2和三个继电器；所述的逆变器模块包括三相桥臂和对应的三相输出；所述的控制模块分别与三个继电器和逆变器模块的六个开关器件连接，与现有技术相比，本发明专利技术具有满足多工作模式的需求、提高电动汽车和燃料电池汽车的性能等优点。性能等优点。性能等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统


[0001]本专利技术涉及电机驱动领域，尤其是涉及一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统。

技术介绍

[0002]新能源汽车产业化发展趋势迅猛，锂离子电池所具有的高能量密度和良好的充放电循环性能，使其在新能源汽车中大量应用，然而锂离子电池在低温下内电阻增加，可用容量降低，对续驶里程及电池使用寿命影响明显，通常为扩大应用范围，车辆需要给电池预热，一方面要求电池组预热精准，消除低温引起的负面效应，让电池尽快回暖到舒适温度，另一方面要减少预热时能量损失，充分节能，降低能耗。
[0003]目前常规的预热方式有在电池中安装加热器直接加热电池，以及加热电池冷却液以实现电池温度的提高；还可以利用电池内阻，以电池内部损耗作为热量对电池加热，后者的优点在于电池内部电解液加热均匀，且无需通过提高电池外部壳体温度加热电解液，加热效率和效果均好于前者，并可实现大倍率充放电条件下的快速加热，但该方式必须在系统中提供两个独立的储能设备，以满足电池充放电时的能量交换，为此，2020年有研究人员提出将电池包通过继电器分组，正常运行时分组电池包并联，共同为驱动电机提供电能，电池高倍率充放电加热时，每个电池包组分别接电机逆变器三相桥臂的上桥臂，利用无中性线电机的三相电流平衡关系实现电池包组之间的电能交换，实现电池的快速加热，该方式必须对电池包的成组方式进行调整，同时更改逆变器主功率传递部分的直流母线结构，使得系统结构复杂，并且加大了能量传递路径上的接触电阻，影响系统效率，2021年现代自动车株式会社在其公开的专利技术专利申请书中，提出利用电机磁能作为能量存储形式，实现与电池的能量交换，并通过交轴电流等于零控制，消除由此引起的附加转矩，该方式由于电机磁场储能有限，限制了电池充放电倍率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统，该系统包括电机驱动器和永磁同步电机，所述的永磁同步电机包括三相线、中性线、定子绕组、转子永磁体和位置传感器，所述的电机驱动器的内部包括两条独立的正母线P1和正母线P2以及一条负母线N，所述的电机驱动器由直流高压输入模块、电容器组模块、逆变模块以及控制模块组成；
[0007]所述的直流高压输入模块包括两个外部直流电源输入接口，用以外接电源；
[0008]所述的电容器组模块包括两个高功率的电容C1和电容C2，所述的电容C2跨接在正母线P1和负母线N之间，所述的电容C1的正极与并接的三个继电器串联，用以根据继电器的不同开关状态实现电容C1正极的不同连接方式；
[0009]所述的逆变器模块包括三相桥臂和对应的三相输出，所述的三相桥臂包括结构相同的第一相桥臂和第二相桥臂和第三相桥臂，所述的三相输出包括第一相输出和第二相输出和第三相输出；
[0010]所述的控制模块分别与电容器组模块的三个继电器、继电器SW4以及逆变器模块的六个开关器件连接，并通过发送信号进行组合控制，以实现电机驱动系统不同的工作模式。
[0011]所述的两个外部直流输入接口分别为高压直流电源接口VH和低压直流电源接口VL，所述的高压直流电源接口VH的正极与正母线P1连接，所述的高压直流电源接口VH和低压直流电源接口VL的负极均与负母线N连接，所述的低压直流电源接口VL的正极通过继电器SW4和正母线P2与永磁同步电机的三相中性线连接。
[0012]所述的电容C1的正极的不同连接方式具体为：
[0013](1)当继电器SW1闭合，且继电器SW2和SW3断开时，电容C1的正极通过继电器SW1及串联的电阻R1与正母线P1相连；
[0014](2)当继电器SW2闭合，且继电器SW1和SW3断开时，电容C1的正极通过继电器SW2与正母线P1相连；
[0015](3)当继电器SW3闭合，且继电器SW1和SW2断开时，电容C1的正极通过继电器SW3与正母线P2相连。
[0016]所述的三相桥臂的每一相分别由串联的两个开关器件组成，所述的开关器件包括二极管和开关管，所述的每一相桥臂跨接在正母线P1和负母线N之间，靠近正母线P1的三个开关器件组成三相上桥臂，靠近负母线N的三个开关器件组成三相下桥臂，所述的第一相输出、第二相输出和第三相输出分别位于第一相桥臂、第二相桥臂以及第三相桥臂的两个开关器件之间。
[0017]所述的控制模块向电容器组模块的三个继电器、继电器SW4和逆变器模块的六个开关器件发送继电器控制信号和脉宽调制PWM信号，所述的继电器控制信号包括控制继电器SW1开关状态的信号K1、控制继电器SW2开关状态的信号K2、控制继电器SW3开关状态的信号K3和控制继电器SW4开关状态的信号K4，所述的脉宽调制信号包括控制六个开关器件状态的信号S1、S2、S3、S4、S5和S6，以实现直流母线电流和电机三相电流不同的产生方式。
[0018]所述的永磁同步电机的定子绕组呈Y字形连接，所述的定子绕组的一端与三相中性点连接，所述的三相线包括分别与逆变器模块的三相输出进行连接的a相、b相和c相定子绕组引出线，所述的三相中性点通过三相中性线与正母线P2连接，所述的位置传感器与电机驱动器的控制模块连接，并向其发送信号θ，用以获取电机定子和转子之间的相对位置。
[0019]应用该系统实现行驶状态下对电池在线高频充放电时，则有：
[0020]所述的高压直流电源接口VH单独与外部电源连接，控制模块通过向继电器发送继电器控制信号闭合继电器SW2并断开继电器SW1、SW3和SW4，所述的控制模块采用基于目标转矩的电机电流控制方式进行控制，通过SVPWM空间矢量脉宽调制方式驱动逆变模块的开关管进而激励永磁同步电机，利用电机电流在永磁同步电机恒转矩曲线上的往复滑动引起电机电枢磁能交变，进而在高压直流电源接口VH的直流电流中叠加出交流分量，以在永磁同步电机有转矩输出的条件下实现高压直流电源接口VH连接的外部电源的高频电流注入。
[0021]应用该系统实现驻车状态下对电池的大功率高频充放电时，则有：
[0022]所述的高压直流电源接口VH单独与外部电源连接，所述的控制模块通过向继电器发送继电器控制信号闭合继电器SW3并断开继电器SW1、SW2和SW4，所述的电容器C1与正母线P2相连，所述的控制模块通过BUCK PWM脉宽调制模式和BOOST PWM脉宽调制模式分别实现高压直流电源接口VH的外接电源向电容器C1充电以及实现电容器C1向高压直流电源接口VH的外接电源充电，即通过二者的切换实现高压直流电源接口VH的外接电源与电容器C1之间电流和电能的双向流动；
[0023]所述的控制模块基于BUCK PWM脉宽调制模式进行控制的过程具体为：
[0024]控制模块基于电机三相电流控制方式进行控制，该模式下控制的目标电流为永磁同步电机的零序电流，目标电流的值由高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统，该系统包括电机驱动器和永磁同步电机，所述的永磁同步电机包括三相线、中性线、定子绕组、转子永磁体和位置传感器，其特征在于，所述的电机驱动器的内部包括两条独立的正母线P1和正母线P2以及一条负母线N，所述的电机驱动器由直流高压输入模块、电容器组模块、逆变模块以及控制模块组成；所述的直流高压输入模块包括两个外部直流电源输入接口，用以外接电源；所述的电容器组模块包括两个高功率的电容C1和电容C2，所述的电容C2跨接在正母线P1和负母线N之间，所述的电容C1的正极与并接的三个继电器串联，用以根据继电器的不同开关状态实现电容C1正极的不同连接方式；所述的逆变器模块包括三相桥臂和对应的三相输出，所述的三相桥臂包括结构相同的第一相桥臂和第二相桥臂和第三相桥臂，所述的三相输出包括第一相输出和第二相输出和第三相输出；所述的控制模块分别与电容器组模块的三个继电器、继电器SW4以及逆变器模块的六个开关器件连接，并通过发送信号进行组合控制，以实现电机驱动系统不同的工作模式。2.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统，其特征在于，所述的两个外部直流输入接口分别为高压直流电源接口VH和低压直流电源接口VL，所述的高压直流电源接口VH的正极与正母线P1连接，所述的高压直流电源接口VH和低压直流电源接口VL的负极均与负母线N连接，所述的低压直流电源接口VL的正极通过继电器SW4和正母线P2与永磁同步电机的三相中性线连接。3.根据权利要求2所述的一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统，其特征在于，所述的电容C1的正极的不同连接方式具体为：(1)当继电器SW1闭合，且继电器SW2和SW3断开时，电容C1的正极通过继电器SW1及串联的电阻R1与正母线P1相连；(2)当继电器SW2闭合，且继电器SW1和SW3断开时，电容C1的正极通过继电器SW2与正母线P1相连；(3)当继电器SW3闭合，且继电器SW1和SW2断开时，电容C1的正极通过继电器SW3与正母线P2相连。4.根据权利要求3所述的一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统，其特征在于，所述的三相桥臂的每一相分别由串联的两个开关器件组成，所述的开关器件包括二极管和开关管，所述的每一相桥臂跨接在正母线P1和负母线N之间，靠近正母线P1的三个开关器件组成三相上桥臂，靠近负母线N的三个开关器件组成三相下桥臂，所述的第一相输出、第二相输出和第三相输出分别位于第一相桥臂、第二相桥臂以及第三相桥臂的两个开关器件之间。5.根据权利要求4所述的一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统，其特征在于，所述的控制模块向电容器组模块的三个继电器、继电器SW4和逆变器模块的六个开关器件发送继电器控制信号和脉宽调制PWM信号，所述的继电器控制信号包括控制继电器SW1开关状态的信号K1、控制继电器SW2开关状态的信号K2、控制继电器SW3开关状态的信号K3和控制继电器SW4开关状态的信号K4，所述的脉宽调制信号包括控制六个开关器件状态的信号S1、S2、S3、S4、S5和S6，以实现直流母线电流和电机三相电流不同的产生方式。6.根据权利要求5所述的一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统，其特征在于，
所述的永磁同步电机的定子绕组呈Y字形连接，所述的定子绕组的一端与三相中性点连接，所述的三相线包括分别与逆变器模块的三相输出进行连接的a相、b相和c相定子绕组引出线，所述的三相中性点通过三相中性线与正母线P2连接，所述的位置传感器与电机驱动器的控制模块连接，并向其发送信号θ，用以获取电机定子和转子之间的相对位置。7.根据权利要求6所述的一种用于电动汽车的多工作模式电机驱动系统，其特征在于，应用该系统实现行驶状态下对电池在线高频充放电时，则有：所述的高压直流电源接口VH单独与外部电源连接，控制模块通过向继电器发送继电器控制信号闭合继电器SW2并断开继电器SW1、SW3和SW4，所述的控制模块采用基于目标转矩的电机电流控制方式进行控...

【专利技术属性】
技术研发人员：王心坚，戴海峰，刘颖，黄冉军，王辉，魏学哲，陈辛波，汪鹏远，李媛媛，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：