[发明专利]电动汽车无刷双馈电机驱动系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属电动汽车及混合动力汽车驱动系统及其控制技术领域，涉及一种可应用于混合动力汽车、电力机车等高性能调速系统的电动汽车无刷双馈电机驱动系统及其控制方法。

背景技术

电机驱动系统是电动汽车的关键部件，在车载蓄电池技术尚未取得突破的前提下，它决定着整车的运行性能。目前的电动汽车使用的电机主要有感应电机、开关磁阻电机和永磁电机三种。感应电机结构简单，可靠性高，矢量控制、直接转矩控制的应用又使之具有了类似于直流电机的优良特性，但能流控制灵活性差。绕线式感应电机运行控制灵活性高，但存在电刷。开关磁阻电机结构简单、坚固，既具有异步电机矢量控制系统的高效率、高可靠性，又具有直流调速系统的良好控制特性，但是其噪声大、转矩脉动严重，采用它驱动汽车，平稳性较差；永磁电机具有高效、高控制精度、高转矩密度、低噪声的特点，在电动汽车驱动方面具有较高的应用价值，但永磁电机需检测转子磁极位置，高速运行较为复杂；永磁材料属于稀缺资源，价格昂贵；而且永磁体有退磁问题，造价亦比较高，这些都制约了永磁电机的在汽车中的应用。

传统双馈电机的最大缺点是存在电刷，无刷双馈电机在结构上克服了绕线电机双馈运行的致命弱点，但其应用尚很局限，目前双馈电机的应用大多集中在发电运行，而无刷双馈电机应用于电动汽车和混合动力汽车的驱动系统尚未见报道。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种电动汽车双馈电机驱动装置；其可提高汽车高速区的控制力矩，扩大调速范围，提升能量回收率；通过降低电机驱动系统的能耗，进而提高电动汽车的续航里程；当逆变电路出现故障时，不须增加设备即可为汽车提供低速冗余运行，虽增加一套逆变装置，但通过对系统各种运行状态下的能流分析可优化两个逆变器的容量，使每个两个逆变器的容量减低，由于大容量逆变器与小容量逆变器的价格是非线性升高的，因此总的逆变器成本不会有大的增加。

本发明还提供一种与上述系统相配套的电动汽车无刷双馈电机驱动系统的控制方法。

为达到上述目的，本发明电动汽车无刷双馈电机驱动系统是这样实现的：

一种电动汽车无刷双馈电机驱动系统，它包括无刷双馈电机、定子逆变器、转子逆变器、定子/转子绕组继电控制电路、电机驱动及控制模块、电动汽车整车控制器、蓄电池、电池管理单元及电流电压转速传感器；

所述定子逆变器及转子逆变器的端口分别接蓄电池的端口；无刷双馈电机的定、转子依次由定子逆变器及转子逆变器从蓄电池吸收能量或向蓄电池回馈能量；

所述电机驱动及控制模块的端口分别接定子逆变器及转子逆变器的端口，由所述电机驱动及控制模块向定子逆变器及转子逆变器提供PWM控制信号；

所述电动汽车整车控制器接收电机驱动及控制模块提供的电机运行状态信号，并向其发出转矩控制命令；

所述电流电压转速传感器及电池管理单元依次向电机驱动及控制模块发出反馈信号及电池管理信号；

所述电机驱动及控制模块的端口接定子/转子绕组继电控制电路的端口；定子/转子绕组继电控制电路依据所述电机驱动及控制模块的指令控制无刷双馈电机的运行模式；

所述定子/转子绕组继电控制电路由电机驱动及控制模块根据整车控制器提供的信息控制所述无刷双馈电机的驱动方式。

作为一种优选方案，本发明所述电机驱动及控制模块包括：中央处理模块、电流/电压信号调理/变换电路、光电编码器信号调理电路、定子/转子逆变器隔离驱动电路；电流电压传感器所采集的反馈信号经电流/电压信号调理/变换电路滤波并变换，转速传感器所采集的反馈信号经光电编码器信号调理电路进行整形及倍频后，输入至中央处理模块；由中央处理模块计算定子逆变器及转子逆变器的PWM驱动信号，经定子/转子逆变器隔离驱动电路进行功率放大后输出至定子逆变器及转子逆变器。

作为另一种优选方案，本发明所述电压/电流转速传感器包括：霍尔式电压/电流传感器及增量式光电编码器。

进一步地，本发明所述中央处理模块采用DSP-TMS320F2812芯片，利用其内置的12个PWM输出端子同时控制双馈电机定、转子的输入电压。

更进一步地，本发明所述定子逆变器及转子逆变器采用IGBT开关元件。

另外，本发明在所述电动汽车电机驱动及控制模块中设有定子/转子逆变器故障检测分析单元；所述定子/转子逆变器故障检测分析单元的端口经中央处理单元接定子逆变器及转子逆变器的端口；所述定子/转子逆变器故障检测分析单元实时监测定子逆变器及转子逆变器的工作状态，并将故障状态信号送入整车控制器。