純電動汽車用電機控制器及其控制方法
2023-05-05 02:33:46
專利名稱：純電動汽車用電機控制器及其控制方法
技術領域：
本發明涉及電氣自動化領域中的電機控制器及其控制方法，具體涉及一種純電動 汽車用電機控制器及其控制方法。
背景技術：
電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規 各項要求的車輛。電動汽車的優點是它本身不排放汙染大氣的有害氣體，即使按所耗電量 換算為發電廠的排放，除硫和微粒外，其它汙染物也顯著減少，由於電廠大多建於遠離人口 密集的城市，對人類傷害較少，而且電廠是固定不動的，集中的排放，清除各種有害排放物 較容易，也已有了相關技術。電動汽車的組成包括電力驅動及控制系統、驅動力傳動等機械系統、完成既定任 務的工作裝置等。電力驅動及控制系統是電動汽車的核心，也是區別於內燃機汽車的最大 不同點。電力驅動及控制系統由驅動電動機、電源和電動機的調速控制裝置等組成。電動 汽車的其他裝置基本與內燃機汽車相同。電動汽車的動力由電機提供，對電機控制的性能 直接影響汽車的性能指標和安全性。三相交流感應電機經過上百年在工業領域的應用，結 構安全可靠、價格低廉、生產技術比較成熟，大部分研發人員直接將工業變頻器應用於電動 汽車電機控制，由於技術要求和工作工況均有較大差異，主要表現在散熱結構和方式、整體 結構抗振動能力、電磁輻射幹擾汽車零部件正常通訊、與現有汽車油門信號不兼容、故障代 碼與傳統車輛儀表不匹配以及高壓電源正負極易接錯，導致控制系統龐大複雜，安全性差。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種純電動汽車用電機控制器，其能以簡單的結 構來實現有效的防止高壓直流母線接反所引發的短路等安全問題，而且又較強的散熱功 能，加強了電機控制器的防護，同時使得車輛操控信號與控制器匹配的更好。本發明另一個要解決的技術問題是提供一種純電動汽車用電機控制器的控制方 法，其能以簡單有效的方法根據純電動汽車的特殊使用工況，提出控制系統結構和控制策 略，滿足純電動汽車用電機驅動控制系統的需求。對於本發明所述的一種純電動汽車用電機控制器來說，上述技術問題是通過如下 技術方案進行解決的一種純電動汽車用電機控制器，包括中央處理器、主電容預充電電 路、行車參數採集模塊、車速給定模塊、電流採集模塊，所述控制器迴路還包括溫度採集模 塊、動力電池管理系統及母線電壓極性校正系統，各模塊均與中央處理器電氣連接，各模塊 工作時序由中央處理器控制，所述動力電池與電機控制器之間有母線電壓極性校正系統， 經過母線電壓極性校正系統之後的動力電池串接充電電路，由中央處理器控制充電電路的 切除。對於本發明所述的純電動汽車用電機控制器的控制方法，其技術問題是通過如下 技術方案進行解決的一種採用權利要求1所述的純電動汽車用電機控制器的控制方法，第一步，啟動電機控制器，動力電池對控制器主迴路充電，中央處理器進行系統資源初始化 並檢測母線電壓，母線電壓達到設定值時閉合主接觸器，斷開充電電路，同時採集車輛行駛 狀態參數；第二步，進入中斷子程序，保護中斷現場，讀取電流、電壓、轉矩、碼盤信號的轉換 值；第三步，進入轉差解釋程序，計算轉差角度並查表求得轉差角對應的餘弦值，根據電機 的參數計算得到交直軸磁鏈分量；第四步，對電機模型進行2/3，3/2坐標變換，求得A、B、C 三相電壓參考值，根據三相電流的給定值與實際值比較，修正電壓給定，該修正值用以計算 PWM佔空比；第五步，恢復現場，完成一次電機控制。作為本發明所述純電動汽車用電機控制器的一種優選方案，所述中央處理器與供 電電源分成至少兩個獨立的板卡，所述控制器迴路還設置有故障診斷模塊。作為本發明所述純電動汽車用電機控制器的一種優選方案，所述MCU具有8路AD 轉換通道，10路數字I/O 口，6路PWM輸出控制口，1路CAN通訊口，1路RS232通訊口。作為本發明所述純電動汽車用電機控制器的一種優選方案，所述控制器採用環形 熱管散熱器散熱，安裝時散熱器面朝上，所述散熱器底板為銅板，其一面與功率模塊固定， 另一面與熱管直接相連，所述熱管每個自成迴路，鋁製翅片串接所有熱管，所述熱管中的冷 媒為純水。作為上述控制方法的一種優選方案，所述用於斷開充電電路的電壓設定值設定為 0.7倍額定母線電壓。作為上述控制方法的一種優選方案，所述溫度採集模塊將電機和電機控制器溫度 送達中央處理器，中央處理器根據溫度數據決定電機控制器的功率大小。作為上述控制方法的一種優選方案，所述車速給定模塊接收0. 1 4. 7V電壓量和 怠速開關動作時序作為車輛加速依據。在上述純電動汽車用電機控制器及其控制方法中，由於採用母線電壓極性校正系 統，所述控制器在收到車輛準備運行信號時，通過充電電阻迴路使電機控制器開關電源部 分工作，所述充電迴路接收車輛準備運行信號，在充電電壓達到開關電源正常工作後，電機 控制器檢測主迴路母線電壓直至0.7電池電壓，並切除充電迴路，系統進入正常運行狀態； 採用了熱管換熱器，該結構散熱器省去了傳統控制器普遍使用的電子風扇，解決了由於風 扇損壞導致控制器的損毀；採用此控制方法後，電機控制器依據所採集的車輛運行數據與 當前駕駛員駕駛意圖能更好的決定主驅動電機的工作狀態。
下面結合附圖對本發明純電動汽車用電機控制器及其控制方法做進一步詳細說 明。圖1為本發明所述電機控制器原理框圖。圖2本發明所述電機控制器中高壓母線接線及預充電原理圖。圖3為本發明所述電機控制器的軟體流程圖。圖4為本發明所述電機控制器的散熱器結構示意圖。
具體實施例方式圖1示出了本發明的電機控制器原理框圖，圖2本發明所述電機控制器中高壓母
4線接線及預充電原理圖。根據圖1、2可知，在動力電池和控制器相聯接的位置增加母線電 壓極性校正系統和預充電電路。同時控制器內部電路包括MCU、電壓電流採集電路模塊、行 車參數採集模塊、車速給定模塊、電機及控制器溫度採集模塊、IGBT驅動模塊、通訊模塊， MCU模塊電路與供電電源板各自獨立設計板卡，便於安裝和解決電磁幹擾問題，所有模塊均 與MCU實現電氣隔離連接，車速給定模塊採用0. 1 4. 7V模擬電壓加怠速開關。車速給定 模塊輸出小於0. IV且車速測速不為零時，控制器以15%額定力矩回收能量，剎車信號採用 開關量，剎車系統動作時控制器以大於35%額定力矩回收能量。故障診斷模塊在系統上電 工作後開始工作，檢查怠速開關與模擬電壓工作邏輯一致、檢查蓄電池電壓正常、檢查主接 觸器工作正常、檢查過流正常，否則報警並停止電機功率輸出。從動力電池連接的直流電壓 通過直流繼電器1和繼電器2與預充電電路相連，所述充電電路與電機控制器開關電源部 分相連，所述控制器在收到車輛準備運行信號時，通過充電電阻迴路使電機控制器開關電 源部分工作，所述充電迴路接收車輛準備運行信號，在充電電壓達到開關電源正常工作後， 電機控制器檢測主迴路母線電壓直至0.7電池電壓，並切除充電迴路，系統進入正常運行 狀態。本發明電機控制器根據純電動汽車運行技術工況和異步電機的控制要求，中央處 理器MCU採用美國TI公司TMS320LFM0X，該晶片採用靜態CMOS技術，指令周期33ns，提供 CAN2.0總線技術，多路AD轉換模塊和普通數字I/O 口。該晶片可以實現電機轉差頻率矢量 控制程序運算，電機三相電流採集，直流母線電壓、電流採集，12路PWM驅動信號產生，控制 器IGBT模塊溫度和電機溫度採集，外部加速器信號採集，行車制動信號採集，空檔滑行信 號採集，以及與儀表或其他設備示數據實時傳輸的通訊模塊。電機驅動器依據所採集的車 輛運行數據與當前駕駛員駕駛意圖決定主驅動電機的工作狀態。本發明的一種實施方式是一種異步電機控制器，其中央處理器MCU採用8路10 位AD轉換通道，其中3路用於電流採樣，2路用於電壓檢測，2路溫度採集，採集後的數據 經過AD轉換模塊存儲於臨時變量寄存器中。所述異步電機控制器MCU採用10路數字I/O 口，OC門開路，上拉電阻輸入輸出，提高信號抗幹擾能力。所述異步電機控制器MCU採用6 路PWM(EVA)輸出控制口驅動IGBT模塊，MCU輸出的PWM開關信號，經信號放大電路和保護 電路後與IGBT驅動極電氣相連，實現驅動器動力輸入輸出功能。所述電機驅動器採用磁電 編碼器作為電機位置檢測傳感器，經QEP模塊解碼後傳輸至MCU作為電機控制的解算依據。 所述通訊模塊採用一路CAN數字通訊埠 CANH，CANL，一路串口通訊埠 SCIRXD，SCITXD, CAN通訊埠負責與車輛其他部件如DC/DC通訊，串口通訊提供儀表顯示數據。圖3示出了本發明一種電機驅動器的控制方法，其控制邏輯為1.電機控制器上電啟動，動力電池對控制器主迴路充電，MCU進行系統資源初始 化並檢測母線電壓，母線電壓達到設定值Un時閉合主接觸器，切開充電電阻，同時採集車 輛行駛狀態參數。Un值設定為0.7倍額定母線電壓。2.進入中斷子程序，保護中斷現場，讀取電流、電壓、轉矩、碼盤信號的轉換值。3.進入轉差解釋程序，計算轉差角度並查表求得轉差角對應的餘弦值，根據電機 的參數計算得到交直軸磁鏈分量。4.對電機模型進行2/3，3/2坐標變換，求得A、B、C三相電壓參考值，根據三相電 流的給定值與實際值比較，修正電壓給定，該修正值用以計算PWM佔空比。
5.恢復現場，完成一次電機控制。圖4示出了電機控制器散熱器與控制器熱源IGBT接觸的底板3為銅板，所述銅板 即作為散熱板與散熱器相連，也作為控制器箱體4結構的一部分，所述散熱銅板在機箱內 與功率模塊相連，在箱外與環形熱管2相連，環形熱管內灌有一定量的冷媒如純水，鋁箔翅 片1以一定間隙寬度穿插在環形熱管2上，控制器在安裝時保持熱管散熱器面朝上即可。該 結構散熱器省去了傳統控制器普遍使用的電子風扇，解決了由於風扇損壞導致控制器的損 毀。本發明不局限於圖1至圖4所示的實施方式。本發明所述的純電動汽車用電機控 制器及其控制方法還可以有其他的變形或變化，但只要具備了權利要求所述的技術特徵， 即為本專利保護範圍。
權利要求
1.一種純電動汽車用電機控制器，包括中央處理器、主電容預充電電路、行車參數採 集模塊、車速給定模塊、電流採集模塊，其特徵在於所述控制器迴路還包括溫度採集模塊、 動力電池管理系統及母線電壓極性校正系統，各模塊均與中央處理器電氣連接，各模塊工 作時序由中央處理器控制，所述動力電池與電機控制器之間有母線電壓極性校正系統，經 過母線電壓極性校正系統之後的動力電池串接充電電路，由中央處理器控制充電電路的切 除。
2.根據權利要求1所述的純電動汽車用電機控制器，其特徵在於所述中央處理器與 供電電源分成至少兩個獨立的板卡，所述控制器迴路還設置有故障診斷模塊。
3.根據權利要求1或2所述的純電動汽車用電機控制器，其特徵在於所述MCU具有 8路AD轉換通道，10路數字I/O 口，6路PWM輸出控制口，1路CAN通訊口，1路RS232通訊
4.根據權利要求1或2所述純電動汽車用電機控制器，其特徵在於所述控制器採用 環形熱管散熱器散熱，安裝時散熱器面朝上，所述散熱器底板為銅板，其一面與功率模塊固 定，另一面與熱管直接相連，所述熱管每個自成迴路，鋁製翅片串接所有熱管，所述熱管中 的冷媒為純水。
5.一種採用權利要求1所述的純電動汽車用電機控制器的控制方法，其特徵在於第 一步，啟動電機控制器，動力電池對控制器主迴路充電，中央處理器進行系統資源初始化並 檢測母線電壓，母線電壓達到設定值時閉合主接觸器，斷開充電電路，同時採集車輛行駛狀 態參數；第二步，進入中斷子程序，保護中斷現場，讀取電流、電壓、轉矩、碼盤信號的轉換 值；第三步，進入轉差解釋程序，計算轉差角度並查表求得轉差角對應的餘弦值，根據電機 的參數計算得到交直軸磁鏈分量；第四步，對電機模型進行2/3，3/2坐標變換，求得A、B、C 三相電壓參考值，根據三相電流的給定值與實際值比較，修正電壓給定，該修正值用以計算 PWM佔空比；第五步，恢復現場，完成一次電機控制。
6.根據權利要求5所述的純電動汽車用電機控制器的控制方法，其特徵在於所述用 於斷開充電電路的電壓設定值設定為0. 7倍額定母線電壓。
7.根據權利要求5所述的純電動汽車用電機控制器的控制方法，其特徵在於所述溫 度採集模塊將電機和電機控制器溫度送達中央處理器，中央處理器根據溫度數據決定電機 控制器的功率大小。
8.根據權利要求5所述的純電動汽車用電機控制器的控制方法，其特徵在於所述中 央控制器根據動力電池管理系統檢測的電池電量決定電機輸出功率的大小。
9.根據權利要求5所述的純電動汽車用電機控制器的控制方法，其特徵在於所述車 速給定模塊接收0. 1 4. 7V電壓量和怠速開關動作時序作為車輛加速依據。
全文摘要
本發明公開了一種純電動汽車用電機控制器及其控制方法，在上述純電動汽車用電機控制器及其控制方法中，由於採用母線電壓極性校正系統，所述控制器在收到車輛準備運行信號時，通過充電電阻迴路使電機控制器開關電源部分工作，所述充電迴路接收車輛準備運行信號，在充電電壓達到開關電源正常工作後，電機控制器檢測主迴路母線電壓直至0.7電池電壓，並切除充電迴路，系統進入正常運行狀態；採用了熱管換熱器，該結構散熱器省去了傳統控制器普遍使用的電子風扇，解決了由於風扇損壞導致控制器的損毀；採用此控制方法後，電機控制器依據所採集的車輛運行數據與當前駕駛員駕駛意圖能更好的決定主驅動電機的工作狀態。
文檔編號B60L15/00GK102079252SQ200910234640
公開日2011年6月1日 申請日期2009年11月26日 優先權日2009年11月26日
發明者丁元章, 韓丙乾 申請人:丁元章