【摘 要】
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纯电动汽车具有两大核心技术问题,即电机及其控制器技术和电池及其充电技术,它们对电动汽车的性能和续航里程具有深层影响。本文基于传统电动汽车电机控制器拓扑结构,采取分时复用IGBT功率模块的形式,扩展电机控制器的自身功能,使控制器同时实现电机驱动和车载动力电池充电两大模块的功能。提出驱动-充电一体化控制器结构并阐述其工作原理。在拓扑层面进行解耦分析,分别建立集成拓扑中两种双向变换器的数学模型,为控制策
【基金项目】
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科技部政府间国际科技创新合作重点专项（2019YFE0100200）；
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纯电动汽车具有两大核心技术问题,即电机及其控制器技术和电池及其充电技术,它们对电动汽车的性能和续航里程具有深层影响。本文基于传统电动汽车电机控制器拓扑结构,采取分时复用IGBT功率模块的形式,扩展电机控制器的自身功能,使控制器同时实现电机驱动和车载动力电池充电两大模块的功能。提出驱动-充电一体化控制器结构并阐述其工作原理。在拓扑层面进行解耦分析,分别建立集成拓扑中两种双向变换器的数学模型,为控制策略的选择和设计提供理论基础,基于小信号干扰建立双向DC/DC变换器的数学模型并绘制等效电路;同样将三相静止坐标系下建立的双向交直流变换器数学模型逐步推导至dq坐标系下,两种双向变换器在不同状态下的等效数学模型的相似程度也说明了集成拓扑的可行性。为方便控制系统的设计,兼顾两种模式,对拓扑中复用的中间储能元件的参数进行计算。在控制层面进行解耦分析,分别确定两种模式下的控制策略,在已建立的数学模型的基础上,设计双闭环控制系统;根据确定的中间储能元件参数,计算PI调节参数并运用MATLAB绘制补偿后的系统开环幅频特性曲线。两种模式对采样信号的处理方式及电流内环设计的相似程度都进一步证明了集成控制器的可行性。在Simulink中搭建了仿真系统,仿真结果验证了该集成控制器的可行性和有效性。设计集成控制器的硬件电路和软件程序,并搭建基于TMS320F28335的集成控制器实验平台,以阻性负载模拟动力电池,进行充电模式的验证,并分析交流侧电压电流输入、母线电压及电池充电电压等波形;以5k W永磁同步电机为负载进行驱动模式验证,实验结果表明,两种模式在额定工况下均能够正常运行。本文通过一系列的计算、设计、仿真和实验验证了电动汽车驱动-充电一体化控制器的可行性,并为其推广提供了技术基础。
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