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EV550矢量变频器在电动汽车驱动控制中的应用

2018年02月11日 10:31:18 中国传动网

前言

随着能源紧张、环保压力加大,节能、环保的新能源汽车无疑将成为汽车未来的发展方向,美国、日本和欧洲等国相继出台鼓励政策,支持电动汽车研发和电动汽车的市场化等。国内外各大汽车公司均对此领域表现出极大的热情,并投入巨大人力物力来研发电动汽车。在英国每天清晨有2万辆电动汽车为各家各户送鲜奶;法国电动汽车的保有量己达1万辆;美国圣芭芭拉城试验运行的电动公交小巴,纽约市运行的电动公交车深受市民喜爱;在日本,EV与ITS的组合已成为目前电动汽车技术水平下实用化和商业化的新途径。

我国在电动汽车的研发上与发达国家有一定差距,但是在国家政策扶持下,我国的电动汽车产业已经有了长足发展,“十城千辆”节能与新能源汽车示范推广试点城市等政策措施都为电动汽车提供巨大支持。而2010年开始,国家更将新能源汽车产业列为七个战略性新兴产业之一,制定了中长期的发展目标,提出“着力突破动力电池、驱动电机和电子控制领域关键核心技术,推进插电式混合动力汽车、纯电动汽车推广应用和产业化。”

EV550是中冶南方(武汉)自动化有限公司为电动客车定制开发的专用驱动控制矢量型变频器

电动汽车对电驱动系统的要求

电动汽车的最终目标,是要用电气驱动系统取代机械推进系统,用电池代替汽油作为车载能源,在实现零排放或减少排放的前提下,达到或超过燃油汽车各项技术指标。

同普通燃油汽车一样,电动汽车运行工况复杂多变,既要能高速飞驰,又要能频繁启制动、上下坡、快速超车、紧急刹车。作为一种在陆地上露天行驶的走行机械,电动汽车同样要能适应雪天、雨天、盛夏、严冬等恶劣天气条件,能承受道路的颠簸振动,还要保证司乘人员的舒适与安全。因此,电动汽车对电驱动系统的要求与一般的工业应用系统有着很大不同的,可归纳为以下几点:

1、具有较宽的调速范围和转矩输出能力。在基速(即额定转速)以下区域,应能输出恒定大转矩以适应快速起动、加速、负荷爬坡、频繁起停等要求。而在基速以上区域,则运行在高速度、小转矩、恒功率状态,以满足公路飞驰、超车等要求。

2、在整个转速/转矩范围内的效率最大化,以谋求电池一次充电后的续驰里程尽可能长。开发比功率更高的新型电池是解决这个问题最根本的方法,但提高电机及其电驱动系统的效率也是重要的一环。

3、电机及其电驱动系统应结构坚固、体积小、免维护或少维护、抗颠簸振动、具有较高的安全性。

4、电动汽车驱动电机要求工作可控性高、稳态精度高、动态性能好;

5、先进的能量管理系统。

6、操作性能符合司机习惯,运行平稳,乘坐舒适,电动系统失效保障措施完善。

7、单位功率的系统设备性价比。目前,电动汽车的成本仍大大高于普通汽车,这也限制了电动汽车的市场化。

电动汽车电驱动系统

图一中冶南方自动化公司整车控制系统原理图

电动汽车是指全部或部分由电机驱动的汽车,目前主要指纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车三种类型,它是集机械、能源、电子、计算机、信息等多种技术为一体的一种典型的高新技术注册送58体验金,其最终目标是实现高效率、零污染、数字化、智能化和轻量化,这也是其优于传统汽车之所在。

电动汽车研制开发的关键技术主要有电池、电机、电机驱动系统、车身和底盘设计,以及能量管理技术等,其中前3项构成了电动汽车的电气驱动系统,也是电动汽车的发展瓶颈。

电池系统作为整车的动力源,主要功能是为驱动控制系统提供能量,并用周期性的充电来补充电能。动力电池组作为电动汽车的关键装备,它的质量和体积以及存储的能量对电动汽车的性能起决定性作用。经计算电池系统选用锂离子电池。

电机及其驱动控制系统是电动汽车的心脏,其任务是在驾驶员控制下,高效的将蓄电池的能量转化为车轮的动能,驱动汽车前进。驱动控制系统主要由电机和电机控制器组成,电机与电池之间的能量流动通过控制器调节,电机与车轮通过机械传动装置连在一起。驱动电机可选用交流电机、永磁同步电机、直流电机或开关磁阻电机。

底盘包括传动行驶系统、转向系统、制动系统、悬架和前桥等,其中行驶系统又主要由变速器、传动轴、后桥和车轮等组成,系统方案如图一所示。

EV550矢量变频器及其在电动汽车上的控制策略

矢量变频器(电机控制器)在电动汽车中是将直流动力源转变为交流输出驱动三相电机进而将电能转变成机械能驱动汽车运行。它是整个电驱动系统的核心部分,因此它控制性能的好坏直接关系到驱动电机能否可靠、高效的运行,会影响到整个车辆的动力性能和乘客的舒适感。

下图为矢量变频器基本框架。

图二矢量变频器框架

EV550系列矢量变频器及控制系统是中冶南方(武汉)自动化有限公司专为电动汽车设计开发的,其实时控制及安全性能要求较高,既能完成复杂的矢量控制运算和脉宽调制算法,又能采集处理数据,控制外部系统的执行机构,配合整车控制器完成行车逻辑控制策略。

应用EV550矢量变频器构建其控制系统的核心需求在于:

1、安全可靠的上电时序控制。

电机控制器上动力电要按照一定的时序控制,否则会造成控制器的损坏。当司机按电机控制器合闸按钮,电机控制器接到整车控制器合闸命令后闭合预充电接触器,使电池组通过预充电电阻缓慢的给电机控制器中电容组充电,当电机控制器检测到直流母线电压达到额定输入电压90%后,闭合电机控制器接触器,同时切断预充电接触器,此时电机控制器主电完全接到电池组上,完成主电上电过程。

2、高性能控制算法。

矢量控制算法(磁场定向控制)是交流调速技术的一次飞跃,它通过对电机磁通的定向,实现了交流电机中的解耦控制,使电机磁通矢量的幅值和空间位置在动态和稳态时皆可控,从而使交流电动机调速的稳态、动态性能可与直流电机调速系统相媲美,甚至在某些情况下还超越后者。以此,此算法应用于电动汽车领域,满足了电动汽车在低速时具有较大转矩,保证其具有良好的加速性能和爬坡能力;同时还满足其较宽的调速范围,以使电动汽车具有在平路上高速行驶的性能。

3、最优能量利用率。

能量的最优利用率是对电动汽车另一个基本要求,要求其控制系统能够尽可能的利用能源,包括利用过热及再生制动能量,使得有限能源得到充分利用。能力回馈能够实现此功能。它包括车辆制动能力回馈与车辆滑行能力回馈两种。在回馈状态时,驱动电机按发电机运行,将车辆行驶动能转化为电能,可以起到3个作用:辅助制动;回收能量给动力蓄电池充电,从而延长车辆续驶里程;在车辆有供热需求时,可以直接利用这部分电能供热取暖。

图三EV550电动汽车专用电机控制器

而EV550变频器注册送58体验金应用于电动汽车的主要优点在于:

1、可靠性:三重过流保护、三重过压保护、三重驱动保护,保证电机控制器可靠稳定运行。

2、控制策略优越:电机控制器采用矢量控制技术,性能优越,可靠性高,适用于交流异步或永磁同步电机;

3、大容量输出能力:使得电机输出端无需配备变速箱或减速器,大大的降低了故障点及机械传动系统的噪声,节省成本,控制模式简单,可靠性更高,车辆运行平稳性好;

4、动力性能优良:加速性能好(15秒内0~50km/h),更有良好的经济性能(0.9度/km@40km/h);

5、故障诊断及处理:为提高整车的可靠性,电机控制系统必须有故障诊断功能,并能对故障进行保存,方便日后分析,另外通过诊断端口可以在线实施调试电机控制器、记录各种运行曲线,方便优化整个控制系统;

6、高效制动能量回收:充分发挥纯电动汽车动力系统结构优势,提高能源的利用率,电机控制系统须具有制动能量回收功能。

7、简易性:电机控制器质量可靠,且重量轻、易于布置、接线维护方便等特点,产业化前景非常好。

总结

交流电机的驱动控制技术,由于大功率半导体器件技术、微处理器技术以及控制理论的带动,发展到今天已经有了长足进步,在电气传动领域它正逐渐替代直流驱动,已经成为主流发展技术。EV550矢量变频器的推出,也将以其优越的控制性能,在电动汽车领域创造更为广阔的应用。

供稿:网络转载

本文链接:tech/detail.aspx?id=31250

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