一种电动汽车电机控制器直流总线结构及其控制方法与流程

1.本发明涉及新能源电动汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车电机控制器直流总线结构及其控制方法。


背景技术：

2.电动汽车中有多个功率变换装置，如电机控制器、车载充电机、车载dc/dc变换器等，这些功率变换装置相互独立，占用了较大的车内空间和重量，不利于电动汽车的小型化和轻量化控制，且各功率变换器的控制也互相独立，相互之间需要通过较为复杂的通信握手信号达成控制的一致性，增加了控制的复杂程度。


技术实现要素：

3.(一)解决的技术问题
4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种电动汽车电机控制器直流总线结构及其控制方法，实现了功率模块的复用，通过直流总线结构实现个功率模块的关联性，能够节省电动汽车功率系统的体积和成本，有利于电动汽车的小型化和轻量化控制，并且简化了控制系统的复杂程度，提高控制系统的稳定性。
5.(二)技术方案
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种技术方案：一种电动汽车电机控制器直流总线结构，对电机控制器功率和直流总线稳压进行控制，该直流总线结构包括：
7.电机控制器，所述电机控制器具有第一功率模块和第二功率模块；
8.所述第一功率模块连接有动力电池，所述第一功率模块与直流总线连接；
9.所述第二功率模块连接有三相交流电机，所述第二功率模块与直流总线连接；
10.车载充电机，所述车载充电机具有第一功率模块和第三功率模块；
11.所述第三功率模块连接有交流充电桩，所述第三功率模块与直流总线连接。
12.进一步地，所述第一功率模块为双向dc/dc变换器，所述第二功率模块为双向的三相ac/dc变换器。
13.进一步地，所述第三功率模块单向的单相ac/dc变换器。
14.进一步地，还包括一个直流充电桩，所述直流充电桩接入直流总线。
15.进一步地，所述动力电池和直流总线均可作为输入端或输出端。
16.进一步地，所述三相交流电机和直流总线均可作为输入端或输出端。
17.进一步地，所述第三功率模块的输入端接入交流充电桩，所述第三功率模块的输出端接入直流总线。
18.本发明还提供另外一种技术方案：一种电动汽车电机控制器直流总线结构的控制方法，包括以下过程：
19.udc*与udc的差值经过pi1生成动力电池充放电电流的基准if*，并与实际的充放电电流if进行比较，两者的差值经过pi2生成参与pwm调制的调制波信号，并对第一功率模
块双向dc/dc变换器进行控制；
20.由第二功率模块双向的三相ac/dc变换器进行功率控制，通过预期转矩值求得q轴电流基准值iq*；
21.对三相交流电机的三相定子电流ia、ib、ic进行采样，经过坐标变换成同步旋转坐标系下的两相电流id和iq；
22.将id、iq与基准电流id*、iq*进行比较，得到的误差值分别经过pi3、pi4得到输出值ud、uq，经坐标变换后得到静止坐标系下的电压基准uα、uβ，经过svpwm调制后输出控制第二功率模块主电路中功率开关器件的pwm驱动信号。
23.进一步地，udc*为直流总线的电压基准值，udc为直流总线电压，pi1、pi2、pi3和pi4均为pi调节器。
24.(三)有益效果
25.本发明提供了一种电动汽车电机控制器直流总线结构及其控制方法，具备以下有益效果：
26.1、本发明实现了功率模块的复用，降低车内空间和重量的占有率，能够节省电动汽车功率系统的体积和成本，有利于电动汽车的小型化和轻量化控制，并且简化了控制系统的复杂程度，提高控制力度。
27.2、本发明通过将功率变换装置分解成功率模块，并实现功率模块的复用，通过直流总线结构实现个功率模块的关联性，能够缩小电动汽车功率系统的体积和节省成本，并使控制系统具有很强的稳定性。
28.3、本发明通过采用两级式控制方法，能够同时实现三相交流电机的功率控制和直流总线的稳压控制，系统稳定性强。
附图说明
29.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
30.图1为本发明直流总线结构的原理框图；
31.图2为本发明直流总线结构控制方法的原理框图。
32.图中：11、直流总线；12、电机控制器；121、第一功率模块；122、第二功率模块；13、车载充电机；131、第三功率模块；14、动力电池；15、三相交流电机；16、交流充电桩；17、直流充电桩。
具体实施方式
33.以下将配合附图及实施例来详细说明本技术的实施方式，借此对本技术如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
34.图1-2为本发明的一个实施例：请参照图1，一种电动汽车电机控制器直流总线结构，对电机控制器12功率和直流总线11稳压进行控制的三相交流电机15控制，该直流总线结构包括：
35.电机控制器12，电机控制器12具有第一功率模块121和第二功率模块122，第一功率模块121连接有动力电池14，第一功率模块121与直流总线11连接，第二功率模块122连接
有三相交流电机15，第二功率模块122与直流总线11连接；
36.车载充电机13，车载充电机13具有第一功率模块121和第三功率模块131，第三功率模块131连接有交流充电桩16，第三功率模块131与直流总线11连接。
37.第一功率模块121和第二功率模块122组成了电机控制器12，第一功率模块121和第三功率模块131组成了车载充电机13，在电机控制器12中，由第二功率模块122进行三相交流电机15的功率控制，由第一功率模块121进行直流总线11的稳压控制，两者协作实现基于总线结构的三相交流电机15的控制。
38.第一功率模块121为双向dc/dc变换器，第二功率模块122为双向的三相ac/dc变换器，第三功率模块131单向的单相ac/dc变换器，本发明通过将功率变换装置分解成功率模块，并实现功率模块的复用，通过直流总线结构实现个功率模块的关联性，能够缩小电动汽车功率系统的体积和节省成本，并使控制系统具有很强的稳定性。
39.还包括一个直流充电桩17，直流充电桩17接入直流总线11，直流总线11与直流充电桩17直接连接进行动力电池14的快速充电，第三功率模块131的输入端接入交流充电桩16，第三功率模块131的输出端接入直流总线11。
40.动力电池14和直流总线11均可作为输入端或输出端，第一功率模块121分别连接动力电池14和直流总线11，当动力电池14端为输入端、直流总线11端为输出端时，动力电池14放电，当动力电池14端为输出端、直流总线11端为输入端时，动力电池14充电。
41.三相交流电机15和直流总线11均可作为输入端或输出端，第二功率模块122分别连接直流总线11和三相交流电机15，当直流总线11端为输入端、三相交流电机15端为输出端时，三相交流电机15工作在电驱动模式，当直流总线11端为输出端、三相交流电机15端为输入端时，三相交流电机15工作在再生制动模式。
42.第一功率模块121和第二功率模块122组成了电机控制器12，第一功率模块121和第三功率模块131组成了车载充电机13，该结构实现了第一功率模块121的复用，能够缩小电动汽车功率系统的体积以及降低成本，
43.本发明实现了功率模块的复用，降低车内空间和重量的占有率，能够节省电动汽车功率系统的体积和成本，有利于电动汽车的小型化和轻量化控制，并且简化了控制系统的复杂程度，提高控制力度。
44.请参照图2，本实施例还提供了一种电动汽车电机控制器直流总线结构的控制方法，为本发明控制方法的两级式控制策略，包括以下过程：
45.udc*与udc的差值经过pi1生成动力电池充放电电流的基准if*，并与实际的充放电电流if进行比较，两者的差值经过pi2生成参与pwm调制的调制波信号，并对第一功率模块双向dc/dc变换器进行控制；
46.由第二功率模块双向的三相ac/dc变换器进行功率控制，通过预期转矩值求得q轴电流基准值iq*，即：
[0047][0048]
其中tem为预期转矩，为电机固有参数，可以通过查找电机型号获得；
[0049]
对三相交流电机的三相定子电流ia、ib、ic进行采样，经过坐标变换成同步旋转坐
标系下的两相电流id和iq，坐标变换公式为：
[0050][0051]
其中θ1为参与坐标变换的相位角，也是电机的转子角度，该角度采用位置传感器进行检测，位置传感器的参考型号为mlx90367。
[0052]
将id、iq与基准电流id*、iq*进行比较，基准电流id*＝0，得到的误差值分别经过pi3、pi4得到输出值ud、uq，经坐标变换后得到静止坐标系下的电压基准uα、uβ，经过svpwm调制后输出控制第二功率模块主电路中功率开关器件的pwm驱动信号。
[0053]
其中svpwm为空间矢量脉宽调制，原理为以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成pwm波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆，ud、uq到uα、uβ的坐标换换公式为：
[0054][0055][0056]
式中ua、ub、uc为中间变量。
[0057]
udc*为直流总线的电压基准值，udc为直流总线电压，pi1、pi2、pi3和pi4均为pi调节器。
[0058]
当预期转矩为正时，iq*为正，对于第二功率模块122，相当于直流总线11端为输入端、三相交流电机15端为输出端，三相交流电机15工作在电驱动模式，此时由于第一功率模块121的稳压控制，会让第一功率模块121自动处于为动力电池14放电的模式；
[0059]
当预期转矩为负时，iq*为负，对于第二功率模块122，相当于直流总线11端为输出端、三相交流电机15端为输入端，三相交流电机15工作在再生制动模式，此时由于第一功率模块121的稳压控制，会让第一功率模块121自动处于为动力电池14充电的模式；
[0060]
因此，在电机控制器12中，由第二功率模块122进行三相交流电机15的功率控制，由第一功率模块121进行直流总线11的稳压控制，两者协作实现基于总线结构的三相交流电机15控制，系统具有很强的稳定性。
[0061]
该方法通过将功率变换装置分解成功率模块，并实现功率模块的复用，通过直流总线结构实现个功率模块的关联性，能够节省电动汽车功率系统的体积和成本，系统具有很强的稳定性。
[0062]
本发明通过采用两级式控制方法，能够同时实现三相交流电机的功率控制和直流
总线的稳压控制，系统稳定性强。
[0063]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“具有”“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0064]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种电动汽车电机控制器直流总线结构，对电机控制器(12)功率和直流总线(11)稳压进行控制，其特征在于，该直流总线结构包括：电机控制器(12)，所述电机控制器(12)具有第一功率模块(121)和第二功率模块(122)；所述第一功率模块(121)连接有动力电池(14)，所述第一功率模块(121)与直流总线(11)连接；所述第二功率模块(122)连接有三相交流电机(15)，所述第二功率模块(122)与直流总线(11)连接；车载充电机(13)，所述车载充电机(13)具有第一功率模块(121)和第三功率模块(131)；所述第三功率模块(131)连接有交流充电桩(16)，所述第三功率模块(131)与直流总线(11)连接。2.根据权利要求1所述的电动汽车电机控制器直流总线结构，其特征在于：所述第一功率模块(121)为双向dc/dc变换器，所述第二功率模块(122)为双向的三相ac/dc变换器。3.根据权利要求1所述的电动汽车电机控制器直流总线结构，其特征在于：所述第三功率模块(131)单向的单相ac/dc变换器。4.根据权利要求1所述的电动汽车电机控制器直流总线结构，其特征在于：该直流总线结构还包括一个直流充电桩(17)，所述直流充电桩(17)接入直流总线(11)。5.根据权利要求1所述的电动汽车电机控制器直流总线结构，其特征在于：所述动力电池(14)和直流总线(11)均可作为输入端或输出端。6.根据权利要求1所述的电动汽车电机控制器直流总线结构，其特征在于：所述三相交流电机(15)和直流总线(11)均可作为输入端或输出端。7.根据权利要求1或3所述的电动汽车电机控制器直流总线结构，其特征在于：所述第三功率模块(131)的输入端接入交流充电桩(16)，所述第三功率模块(131)的输出端接入直流总线(11)。8.一种电动汽车电机控制器直流总线结构的控制方法，其特征在于，包括以下过程：udc*与udc的差值经过pi1生成动力电池充放电电流的基准if*，并与实际的充放电电流if进行比较，两者的差值经过pi2生成参与pwm调制的调制波信号，并对第一功率模块双向dc/dc变换器进行控制；由第二功率模块双向的三相ac/dc变换器进行功率控制，通过预期转矩值求得q轴电流基准值iq*；对三相交流电机的三相定子电流ia、ib、ic进行采样，经过坐标变换成同步旋转坐标系下的两相电流id和iq；将id、iq与基准电流id*、iq*进行比较，得到的误差值分别经过pi3、pi4得到输出值ud、uq，经坐标变换后得到静止坐标系下的电压基准uα、uβ，经过svpwm调制后输出控制第二功率模块主电路中功率开关器件的pwm驱动信号。9.根据权利要求8所述的电动汽车电机控制器直流总线结构的控制方法，其特征在于：udc*为直流总线的电压基准值，udc为直流总线电压，pi1、pi2、pi3和pi4均为pi调节器。

技术总结
本发明涉及新能源电动汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车电机控制器直流总线结构，对电机控制器功率和直流总线稳压进行控制的三相交流电机控制，该直流总线结构包括：电机控制器，电机控制器具有第一功率模块和第二功率模块；第一功率模块连接有动力电池，第一功率模块与直流总线连接；第二功率模块连接有三相交流电机，第二功率模块与直流总线连接；车载充电机，车载充电机具有第一功率模块和第三功率模块。本发明实现了功率模块的复用，通过直流总线结构实现个功率模块的关联性，能够节省电动汽车功率系统的体积和成本，有利于电动汽车的小型化和轻量化控制，并且简化了控制系统的复杂程度，提高控制系统的稳定性。提高控制系统的稳定性。提高控制系统的稳定性。


技术研发人员：王国君 何东东 周波 杨柳青
受保护的技术使用者：合肥禄正新能源科技有限公司
技术研发日：2021.11.29
技术公布日：2022/3/8