CN103192725A - 客车电驱动系统及驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种客车电驱动系统及驱动方法，该客车电驱动系统通过采集驱动电机的电流，进而计算出直流母线电压需求值，结合超级电容的电压的大小及系统相关参数，计算电压调节电路中功率模块的斩波占空比，并驱动功率模块工作，从而调节直流母线电压。本发明的驱动系统和驱动方法能够提高直流母线的利用率、降低系统的功耗。

Description

客车电驱动系统及驱动方法
技术领域
本发明涉及汽车驱动系统，尤其是一种客车电驱动系统和驱动方法。
背景技术
由于传统燃油汽车带来的石油危机及排放污染问题日益严重，国家和企业寄希望于通过新能源汽车技术有效解决以上问题。作为新能源汽车核心部件之一的电驱动系统，其技术的先进性、可靠性，直接决定了新能源汽车的整车性能。现阶段，新能源汽车电驱动系统基本由直流电源（如车载锂离子电池、镍氢电池等）、逆变器、电机组成，直流电源用于提供车辆行驶所需的电能或储存电能；逆变器用于直流/交流转换，控制电机的运行状态；电机用于驱动车辆行驶、电制动等。
在新能源汽车电驱动系统中，现有技术多采用固定直流母线电压的驱动方式，即直流电源输出电压保持不变。由于系统中直流电源自身特性，母线电压在系统实际工作中会在一定范围内波动。直流母线固定不变的驱动方式，导致逆变器直流母线利用率低、驱动电机的电流纹波大、电机铁耗大、逆变器开关损耗大等问题，直接影响电驱动系统效率和性能。
发明内容
发明目的：本发明要提供一种客车电驱动系统，它能解决现有技术的系统无法改变直流母线电压，从而导致电机铁耗和逆变器开关损耗大的问题。
技术方案：本发明的客车电驱动系统包括用于存储系统所需的直流电能超级电容，与所述超级电容电连接的电压调节电路、第二逆变器和控制系统，与所述电压调节电路电连接的薄膜电容，并联于所述薄膜电容两端的第一逆变器，以及与第一逆变器连接的驱动电机；
所述电压调节电路由相互连接的功率模块和储能电感组成，所述第二逆变器与发电机控制电路和发电机连接；所述控制系统包括电压调节控制电路和驱动电机控制电路； 
所述电压调节控制电路和发电机控制电路同时采集超级电容的电压和 电流，电压调节控制电路和驱动电机控制电路同时采集薄膜电容的电压和 电流，电压调节控制电路和驱动电机控制电路同时接收驱动电机控制信号；
所述驱动电机控制电路依据驱动电机运行时线电压的有效值，向电压调节控制电路提供驱动电机运行所需的直流母线电压。
所述超级电容由多块电容经过并、串联或混联组成。所述第二逆变器依据发电机控制信号和超级电容的电压值控制发电机发电。所述的电压调节控制电路与驱动电机控制电路存在互锁信号，当电压调节控制电路或驱动电机控制电路出现故障时，均停止工作。所述的电压调节电路中功率模块依据电压调节控制电路的驱动信号工作。所述的电压调节电路设有直流母线电压和电流超限保护功能模块。
本发明还提供了一种客车电驱动系统的驱动方法，包括如下步骤：
a. 电压调节控制电路开始工作，功率模块V1、V2、V3、V4截止；
b. 采集驱动电机控制信号，判断电机是否运行，如果电机处于运行状态，执行步骤c；如果电机非运行状态，执行步骤a；
c. 判断第一逆变器是否故障，如果逆变器1处于故障状态，执行步骤a；如果逆变器1处于非故障状态，执行步骤d；
d. 采集第一逆变器所需的直流母线电压，采集薄膜电容处的直流母线电压、电流，采集超级电容处的直流母线电压、电流；
e. 判断系统电流是否超限，如果超限执行步骤g；如果不超限执行步骤f；
f. 判断系统电压是否超限，如果超限执行步骤g；如果不超限执行步骤h；
g. 电压调节控制电路输出保护信号，电路运行信号置0，执行步骤a；
h. 判断驱动电机是否运行于电动状态，如果运行于电动状态，执行步骤i；如果运行于发电状态，执行步骤j；
i. 判断超级电容处的直流母线电压是否大于等于第一逆变器所需的直流母线电压，如果大于等于，执行步骤k；如果不大于等于，执行步骤l；
j. 判断第一逆变器所需的直流母线电压是否大于等于超级电容处的直流母线电压，如果大于等于，执行步骤m；如果不大于等于，执行步骤n；
k. 计算PWM1占空比，对PWM1占空比进行上、下限限制， V2、V3、V4截止，V1依据PWM1斩波工作，执行步骤o；
l. 计算PWM4占空比，对PWM4占空比进行上、下限限制， V1保持导通，V2、V3截止，V4依据PWM4斩波工作，执行步骤o；
m. 计算PWM3占空比，对PWM3占空比进行上、下限限制，V1、V2、V4截止，V3依据PWM3斩波工作，执行步骤o；
n. 计算PWM2占空比，对PWM2占空比进行上、下限限制，V3保持导通，V1、V4截止，V2依据PWM2斩波工作，执行步骤o；
o. 电压调节控制电路VC1运行信号置1，执行步骤b。
有益效果：本发明的客车电驱动系统和方法能够及时调节母线电压，从而大大降低了系统的损耗，提高了驱动系统的效率。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图；
图2是本发明驱动方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的新能源汽车的驱动系统包括超级电容C1、功率模块V1-V4、储能电感L1、薄膜电容C2、驱动电机控制电路INV1-C、第一逆变器INV1、驱动电机M1、发电机控制电路INV2-C、第二逆变器INV2、发电机M2、电压调节控制电路VC1。其中，功率模块V1-V4和储能电感L1组成电压调节电路；电压调节控制电路VC1和发电机控制电路INV2-C同时采集超级电容C1的电压UDC1和 电流IDC1；电压调节控制电路VC1和驱动电机控制电路INV1-C同时采集薄膜电容C2的电压UDC2和 电流IDC2；电压调节控制电路VC1和驱动电机控制电路INV1-C同时接收驱动电机控制信号。
驱动电机控制电路INV1-C根据整车控制器发出的驱动电机控制信号控制驱动电机以给定转矩值运行；驱动电机控制电路INV1-C通过采集驱动电机M1的电流计算电机的线电压有效值UM2，并利用UM2=UNEED/1.414计算驱动电机M1运行所需的直流母线电压UNEED。
电压调节控制电路VC1获得直流母线电压需求值UNEED，并结合超级电容C1的电压UDC1的大小及系统相关参数，计算电压调节电路中功率模块V1、V2、V3、V4的斩波占空比σ，并驱动功率模块工作。
当超级电容C1的电压UDC1值低于UDC1-MIN值时，整车控制器发出发电机控制信号，发电机控制电路INV2-C根据控制信号控制发电机以给定转矩发电，即向超级电容C1充电；当超级电容C1的电压UDC1值高于UDC1-MAX值时，发电机停止工作。
如图2所示，本发明的驱动方法具体包括如下步骤：
a. 电压调节控制电路VC1开始，功-率模块V1、V2、V3、V4截止；
b. 采集驱动电机控制信号，判断电机是否运行，如果电机处于运行状态，执行步骤c；如果电机非运行状态，执行步骤a；
c. 判断第一逆变器INV1是否故障，如果逆变器1处于故障状态，执行步骤a；如果逆变器1处于非故障状态，执行步骤d；
d. 采集第一逆变器INV1所需的直流母线电压UNEED，采集薄膜电容DC2处直流母线电压UDC2、电流IDC2，采集超级电容DC1处直流母线电压UDC1、电流IDC1；
e. 判断系统电流是否超限，如果超限执行步骤g；如果不超限执行步骤f；
f. 判断系统电压是否超限，如果超限执行步骤g；如果不超限执行步骤h；
g. 电压调节控制电路输出保护信号，电路运行信号置0，执行步骤a；
h. 判断驱动电机是否运行于电动状态，如果运行于电动状态，执行步骤i；如果运行于发电状态，执行步骤j；
i. 判断UDC1是否大于等于UNEED，如果大于等于，执行步骤k；如果不大于等于，执行步骤l；
j. 判断UNEED是否大于等于UDC1，如果大于等于，执行步骤m；如果不大于等于，执行步骤n；
k. 计算PWM1占空比，对PWM1占空比进行上、下限限制， V2、V3、V4截止，V1依据PWM1斩波工作，执行步骤o；
l. 计算PWM4占空比，对PWM4占空比进行上、下限限制， V1保持导通，V2、V3截止，V4依据PWM4斩波工作，执行步骤o；
m. 计算PWM3占空比，对PWM3占空比进行上、下限限制，V1、V2、V4截止，V3依据PWM3斩波工作，执行步骤o；
n. 计算PWM2占空比，对PWM2占空比进行上、下限限制，V3保持导通，V1、V4截止，V2依据PWM2斩波工作，执行步骤o；
o. 电压调节控制电路VC1运行信号置1，执行步骤b。
总之，本发明由电压调节电路依据驱动电机运行中线电压的有效值，实时调整驱动电机逆变器的直流母线电压值，使逆变器的直流母线利用率始终保持较高水平，有效解决由于逆变器直流母线电压不变导致电机纹波电流大、电机铁耗大、逆变器开关损耗大等问题，提高了客车电驱动系统的运行效率；可变直流母线电压的工作方式，有效降低驱动电机输出转矩的波动，提高电机的机械使用寿命，降低了新能源整车的振动噪声。

Claims (7)

1. 一种客车电驱动系统，其特征在于，包括用于存储系统所需的直流电能超级电容（C1），与所述超级电容（C1）电连接的电压调节电路、第二逆变器（INV2）和控制系统，与所述电压调节电路电连接的薄膜电容（C2），并联于所述薄膜电容（C2）两端的第一逆变器（INV1），以及与第一逆变器（INV1）连接的驱动电机（M1）；
所述电压调节电路由相互连接的功率模块（V1-V4）和储能电感（L1）组成，所述第二逆变器（INV2）与发电机控制电路（INV2-C）和发电机（M2）连接；所述控制系统包括电压调节控制电路（VC1）和驱动电机控制电路（INV1-C）； 
所述电压调节控制电路（VC1）和发电机控制电路（INV2-C）同时采集超级电容（C1）的电压（UDC1）和 电流（IDC1），电压调节控制电路（VC1）和驱动电机控制电路（INV1-C）同时采集薄膜电容（C2）的电压（UDC2）和 电流（IDC2），同时接收驱动电机控制信号；
所述驱动电机控制电路（INV1-C）依据驱动电机（M1）运行时线电压的有效值，向电压调节控制电路（VC1）提供驱动电机（M1）运行所需的直流母线电压（UNEED）。
2.根据权利要求1所述的客车电驱动系统，其特征在于：所述超级电容（C1）由多块电容经过并、串联或混联组成。
3. 根据权利要求1所述的客车电驱动系统，其特征在于：所述第二逆变器（INV2）依据发电机控制信号和超级电容（C1）的电压（UDC1）值控制发电机（M2）发电。
4.根据权利要求1所述的客车电驱动系统，其特征在于：所述的电压调节控制电路（VC1）与驱动电机控制电路（INV1-C）存在互锁信号，当电压调节控制电路（VC1）或驱动电机控制电路（INV1-C）出现故障时，均停止工作。
5.根据权利要求1所述的客车电驱动系统，其特征在于：所述的电压调节电路中功率模块（V1）、（V2）、（V3）、（V4）依据电压调节控制电路的驱动信号工作。
6. 根据权利要求1或5所述的客车电驱动系统，其特征在于：所述的电压调节电路设有直流母线电压和电流超限保护功能模块。
7.权利要求1至6任一项所述的客车电驱动系统的驱动方法，其特征在于，包括如下步骤：
a. 电压调节控制电路（VC1）开始工作，功率模块（V1）、（V2）、（V3）、（V4）截止；
b. 采集驱动电机控制信号，判断电机是否运行，如果电机处于运行状态，执行步骤c；如果电机非运行状态，执行步骤a；
c. 判断第一逆变器（INV1）是否故障，如果逆变器1处于故障状态，执行步骤a；如果逆变器1处于非故障状态，执行步骤d；
d. 采集第一逆变器（INV1）所需的直流母线电压（UNEED），采集薄膜电容处的直流母线电压（UDC2）、电流（IDC2），采集超级电容处的直流母线电压（UDC1）、电流（IDC1）；
e. 判断系统电流是否超限，如果超限执行步骤g；如果不超限执行步骤f；
f. 判断系统电压是否超限，如果超限执行步骤g；如果不超限执行步骤h；
g. 电压调节控制电路输出保护信号，电路运行信号置0，执行步骤a；
h. 判断驱动电机是否运行于电动状态，如果运行于电动状态，执行步骤i；如果运行于发电状态，执行步骤j；
i. 判断超级电容处的直流母线电压（UDC1）是否大于等于第一逆变器（INV1）所需的直流母线电压（UNEED），如果大于等于，执行步骤k；如果不大于等于，执行步骤l；
j. 判断第一逆变器（INV1）所需的直流母线电压（UNEED）是否大于等于超级电容处的直流母线电压（UDC1），如果大于等于，执行步骤m；如果不大于等于，执行步骤n；
k. 计算PWM1占空比，对PWM1占空比进行上、下限限制， V2、V3、V4截止，V1依据PWM1斩波工作，执行步骤o；
l. 计算PWM4占空比，对PWM4占空比进行上、下限限制， V1保持导通，V2、V3截止，V4依据PWM4斩波工作，执行步骤o；
m. 计算PWM3占空比，对PWM3占空比进行上、下限限制，V1、V2、V4截止，V3依据PWM3斩波工作，执行步骤o；
n. 计算PWM2占空比，对PWM2占空比进行上、下限限制，V3保持导通，V1、V4截止，V2依据PWM2斩波工作，执行步骤o；
o. 电压调节控制电路VC1运行信号置1，执行步骤b。
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