基于纯电动车的无刷直流电机能量回馈控制技术研究.docx
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1、摘要:制动能量回收利用是提高纯电动车续航里程的关键技术,对于以无刷直流电机(BrUShIeSSDCMC)tor,B1.DCM)为驱动电机的电动车,采用半桥调制方式进行制动能量回收具有较高效率,还无须额外增加硬件成本。鉴于此,对采用半桥调制方式回收电动车B1.DCM制动能量的技术原理进行了说明,阐述了较实用的恒回馈电流控制策略的实现过程,最后,在SimUlink平台验证了该控制技术的正确性与可行性。关键词:能量回收;电动车;半桥调制;无刷直流电机;恒回馈电流0引言随着世界各国对能源危机和环境污染等问题的重视,电动汽车越来越受到人们的青睐,并有逐渐取代传统燃油车的趋势。由于目前电池技术发展遇到诸多
2、瓶颈,制动能量的回收与利用成为当前改善电动车制动效果、增加电动车续航里程的有效手段。传统的电机制动方式包括在电机定子回路中串入电阻以消耗能量的能耗制动与改变电源极性的反接制动,虽然二者均有较好的制动效果,但无法实现制动能量的回收,还需要专门的硬件装置。相比之下,再生制动控制方式无须额外增加硬件设备,只需修改制动时的软件程序,就能将制动能量回馈到车载电池。但在保证正常制动的前提下实现能量的回收与利用,提高电动车在正常行驶过程中的续航里程,需要从电机本身特性、蓄电池荷电状态、汽车行驶工况、汽车驱动形式以及驾驶员驾驶习惯等诸多方面来考虑。为回收无刷直流电机制动时电动汽车的制动能量,设计了一个以三维模
3、糊控制器为核心的恒转矩模糊控制策略对能量进行回收,提出了基于模型预测电流控制的恒值电流回馈制动控制策略,但均未考虑到蓄电池最大充电电流与电机工作特性等因素的影响;采用模糊控制策略调节功率器件的占空比,为无刷直流电机的回馈电流控制提供了参考。为研究电动车制动时制动能量回收等问题,本文对采用半桥制动方式实现无刷直流电机制动能量回馈进行了详细分析与研究,考虑到蓄电池最大回馈电流的问题,提出实用的恒定回馈电流控制策略实现电动车的能量回收,使电机转速在较宽范围内,即使在紧急制动时回馈电流也不会超出蓄电池最大充电电流值,以确保蓄电池充电安全。电动车无刷直流电机工作模型假定电机铁芯未饱和,绕组完全对称,带有
4、能量回馈控制的无刷直流电机与电源系统数学模型如图1所示,该系统由无刷直流电机、驱动控制器、车载蓄电池、双向DC-DC装置以及超级电容等部分组成。图1能量回馈控制的B1.DCM数学模型根据图1所示的数学模型,可得到B1.DCM的端电压与电流方程:式中:取、的、UC为电机定子绕组端电压;为。为中性点电位;R为电机定子电阻;八、3/为电机定子电流;1.M为电机定子绕组综合电感;eA.eec为电机反电动势。B1.DCM处于电动状态时,位置传感器输出信号、反电动势、定子电流波形与导通功率管之间的关系如图2所示,可以看到,B1.DCM电动运行时,相电流波形为方波,反电动势波形为顶宽120。的梯形波,并且相
5、电流和反电动势在相位上还有同步关系。图2B1.DCM电动运行时反电动势、定子电流波形与导通功率管的关系2B1.DCM能量回馈控制策略2.1 半桥调制B1.DCM的回馈制动可分为全桥调制和半桥调制两种,其控制各有优缺点,虽然半桥调制对蓄电池的回馈能力较小,但制动时只对上桥臂或下桥臂的开关管进行控制,且调制过程中蓄电池对外不会有能量输出,因而能量回收效率较高。根据电动车的特性,能量回收只能在制动时实现,同时还需考虑制动效果,缩短制动时间。根据B1.DCM的电磁制动关系,改变电机电枢绕组的电流流经方向即可对电机进行制动,根据图2所示的霍尔信号与相电流关系,可以得到制动时需要控制的功率开关管如表1所示
6、。表1B1.DCM制动时霍尔位置信号与半桥调制开关管开通对应的关系Hall001101100110010Oll导通器件Q6Q2Q2Q4Q4Q由于B1.DCM是在车载蓄电池的作用下电动运行,电动车在正常情况下的行驶速度所产生的反电动势无法高于蓄电池电压,若要将制动能量回收至车载蓄电池进行后续利用,必须通过升压斩波电路进行。下面以霍尔输出信号为OOl的电路为例,说明对下桥臂进行调制而对上桥臂关断的半桥调制方式的工作原理。由图2及表1可知,在霍尔输出信号为001时,反电动势eB=-E,ec=+E,EVeAV+进行调制的将是功率管Qe,其PWM在一个周期内的波形如图3所示。2.2 能量储存过程霍尔输出
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