CN106788116A - 一种电动车载永磁电机的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动车载永磁电机的控制系统，包括电池组、具有绕组的永磁电机（PMG）、桥式驱动电路、buck电路、第一本振基波信号生成模块、第一本振载波信号生成模块、限幅调节电路、本振基波‑外部信号选通电路、SPWM调制电路、第二本振载波生成模块、PWM调制电路、和加速调节电路，该电动车载永磁电机的控制系统，驱动永磁电机时，根据永磁电机所需调节的旋转速度，适当降低桥式驱动电路中IGBT的输入电压，减少了IGBT的内耗，提高了电池组的电能转化效率，增强车载的续航能力，且将与永磁电机（PMG）绕组上产生的相同电信号反馈，参入到控制桥式驱动电路的SPWM调制波的生成中，使永磁电机（PMG）转速稳定在驾驶人员的预期中，其具有最高的调制效率。

Description

一种电动车载永磁电机的控制系统
技术领域
本发明涉及一种电动车载，特别是指一种电动车载永磁电机的控制系统。
背景技术
电池容量和驱动车载永磁电机（PMG）的电能转化率是影响新能源汽车续航能力的两大因素。为提升新能源汽车续航能力，现有做法均是从电池容量入手，将多个电池组合，扩大储能容量，并在此基础上，于车载行驶过程中，对刹车或惯性状态下永磁电机转动产生的电能进行回收。而对于车载永磁电机（PMG）的驱动系统，则仍采用传统的定压变频调速方案，即车载电池组向永磁电机（PMG）驱动电路提供一固定的高压电信号，因永磁电机（PMG）驱动电路通常由IGBT组成，IBGT在高压电信号输入的情况下，其内耗较大，从而导致永磁电机驱动电路内部电能消耗过大，输出送入永磁电机（PMG）的电能则较小，因此现有新能汽车的电能转化率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动车载永磁电机的控制系统。
一种电动车载永磁电机的控制系统，包括电池组、具有绕组的永磁电机（PMG）、桥式驱动电路、buck电路、第一本振基波信号生成模块、第一本振载波信号生成模块、限幅调节电路、本振基波-外部信号选通电路、SPWM调制电路、第二本振载波生成模块、PWM调制电路、和加速调节电路，永磁电机（PMG）绕组与桥式驱动电路、buck电路、电池组依次连接，永磁电机（PMG）绕组上的电信号反馈输出，永磁电机（PMG）绕组电信号反馈输出端、第一本振载波信号生成模块分别与限幅调节电路的输入端连接，限幅调节电路的输出端、第一本振基波信号生成模块分别与本振基波-外部信号选通电路的输入端相接，本振基波-外部信号选通电路的输出端、第一本振载波信号生成模块分别与SPWM调制电路的输入端相连，SPWM调制电路的输出端与桥式驱动电路的控制端连接，第二本振载波生成模块与PWM调制电路、buck电路控制端依次连接，加速调节电路还与PWM调制电路的输入端连接。
进一步地，所述电动车载永磁电机的控制系统还包括boost电路、 buck-boost开关电路、刹车电路、充电信号检测电路和充电信号调节电路，boost电路连接于桥式驱动电路和电池组间， boost电路与buck电路形成buck-boost电路，buck-boost开关电路连接于PWM调制电路、buck-boost电路控制端间，刹车电路、加速调节电路还分别与buck-boost开关电路的控制端连接，充电信号检测电路检测桥式驱动电路和buck-boost电路间的电信号，充电信号检测电路与充电信号调节电路输入端连接，充电信号调节电路输出端与PWM调制电路的输入端连接。通过在电池组和桥式驱动电路间增设boost电路，boost电路与buck电路形成buck-boost电路，配以控制buck-boost电路升降压模式的buck-boost开关电路，实现车载不同运行状态下永磁电机驱动和电池组充电模式的切换，即调节加速调节电路，加速调节电路一方面输出相应的电信号到PWM调制电路，与第二本振载波生成模块产生的电信号进行调制，调制的电信号输入至buck-boost开关电路，加速调节电路另一方面输出相应的控制电信号到buck-boost开关电路控制端，buck-boost开关电路作相应的电信号输出，使buck-boost电路内的buck电路导通，电池组输出的直流电通过buck-boost电路降压调节后，供给桥式驱动电路，桥式驱动电路输出交流电以驱动永磁电机；在不调节加速调节电路，而调节刹车电路时，刹车电路输出相应的电信号到buck-boost开关电路，buck-boost开关电路作相应的电信号输出，使buck-boost电路内的boost电路导通，永磁电机（PMG）绕组产生的交流电经桥式驱动电路整流、buck-boost电路升压后，电压大于电池组电压，便于向电池组充电，实现车载运行过程中，永磁电机（PMG）产生的电能的合理利用，增强车载的续航能。
进一步地，永磁电机（PMG）内还具有一与绕组相位相同的副绕组，副绕组输出端作为永磁电机（PMG）绕组电信号反馈输出端，永磁电机（PMG）副绕组输出端、第一本振载波信号生成模块分别与限幅调节电路的输入端连接。传统永磁电机（PMG）绕组上电信号的反馈，通常采用霍尔元件或旋转变压器，霍尔元件、旋转变压器分别起位置传感器、电压传感器的作用，检测永磁电机（PMG）内转子磁极的位置、电压信号并传递给控制器，控制器根据霍尔元件、旋转变压器检测到的位置、电压信号，计算出绕组上产生的电信号并反馈输出，由于非直接对绕组上电信号进行反馈，其常需配以控制器，使传统霍尔元件或旋转变压器的反馈系统较繁琐，而本申请在永磁电机（PMG）内增设一与绕组同相位的副绕组，因副绕组与绕组同相位，其上的电信号与绕组完全一致，而后将副绕组上电信号输出，即实现了对绕组上电信号的反馈输出，相比传统采用霍尔元件或旋转变压器的反馈系统，其结构更简单。
进一步地，永磁电机（PMG）绕组的相线数量为若干，绕组若干相线独立引出，桥式驱动电路为若干H桥电路的组合体，组成桥式驱动电路的H桥电路的数量与绕组各相线的数量相同，永磁电机（PMG）绕组各相线与桥式驱动电路的H桥电路输出端一一对应且相互连接，桥式驱动电路各H桥电路的输入端连接有一组以上电池组和buck电路组成的单元体。现有车载永磁电机（PMG）绕组通常为三角形或星形连接，电池组驱动永磁电机（PMG）时，通常为一电池组对永磁电机（PMG）绕组各相线同时进行驱动，该种结构下，电池组数量少，所具有的电能容量小，而本发明将永磁电机绕组各相线独立引出，并通过若干电池组分别进行独立驱动，如此，电路中可连入较多的电池组，大大提高系统中电池容量。
进一步地，SPWM调制电路和PWM调制电路内均包括有过流过载保护模块，一驱动电流检测电路检测桥式驱动电路和buck电路间的电信号后，分别与SPWM调制电路和PWM调制电路内的过流过载保护模块连接。驱动电流检测电路检测桥式驱动电路和buck电路间的电信号，并反馈至SPWM调制电路和PWM调制电路内的过流过载保护模块，当驱动电流检测电路检测到桥式驱动电路和buck电路间的电信号过大时，SPWM调制电路和PWM调制电路改变输出，分别控制桥式驱动电路和buck电路，使桥式驱动电路和buck电路间的电信号降低，如此，以对该系统内各电路进行过流过载保护。
进一步地，加速调节电路内设有灵敏度跟随电路。以调节驱动永磁电机时的系统响应时间。
进一步地，第一本振基波信号生成模块、第一本振载波信号生成模块、本振基波-外部信号选通电路、SPWM调制电路、第二本振载波生成模块、PWM调制电路任一模块线路或任一以上模块线路可由控制器提供。
进一步地，永磁电机（PMG）绕组电信号反馈输出端、buck-boost开关电路输入端间还连接有一过速保护电路。调节加速调节电路，驱动永磁电机（PMG），在车载永磁电机（PMG）运行速度过高时，过速保护电路根据永磁电机（PMG）绕组电信号反馈输出端输入的相应的电信号，而输出另一相应的电信号到buck-boost开关电路，使buck-boost电路变为升压模式，车载由驱运永磁电机（PMG）的状态变为向电池组进行充电的状态，而不再继续驱动永磁电机（PMG），避免车载速度过高，而进行过速保护。
本发明电动车载永磁电机的控制系统，具备以下有益效果：
1、调节加速调节电路，加速调节电路输出相应的电信号到PWM调制电路，与第二本振载波生成模块产生的电信号进行调制，调制的电信号输入至buck电路控制端，使buck电路导通，电池组输出的直流电通过buck电路降压调节后，供给桥式驱动电路，以驱动永磁电机，由于桥式驱动电路输入的直流电是经过boost电路降压调节后得到的，降压调节的电压比由加速调节电路控制的永磁电机所需调节的旋转速度决定，因此，驱动永磁电机时，特别是在永磁电机所需的旋转速度较低的情况下，桥式驱动电路输入的直流电电压值相对较小，即减小了桥式驱动电路中IGBT的输入电压，如此，降低了IGBT的内耗，从而提高了电池组的电能转化效率，增强车载的续航能力；
2、永磁电机（PMG）绕组电信号反馈输出端将与永磁电机（PMG）绕组上产生的相同电信号反馈，永磁电机（PMG）绕组电信号反馈输出端反馈的电信号经限幅调节电路限幅调节后，参入到控制桥式驱动电路的SPWM调制波的生成中，控制桥式驱动电路以对永磁电机（PMG）进行变频调速，如此，构成一个闭合的回路，使永磁电机（PMG）转速稳定在驾驶人员的预期中，其具有较高的调制效率。
附图说明
图1为本发明较佳实施方式的功能结构示意图；
图2为本发明buck-boost电路的结构示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明较佳实施方式的电动车载永磁电机的控制系统，包括电池组1、具有同相位的绕组21和副绕组22的永磁电机（PMG）2、桥式驱动电路3、由boost电路4’与buck电路4组合形成的buck-boost电路40、第一本振基波信号生成模块5、第一本振载波信号生成模块6、限幅调节电路7、本振基波-外部信号选通电路8、SPWM调制电路9、第二本振载波生成模块10、PWM调制电路11、buck-boost开关电路12、刹车电路13、加速调节电路14、充电信号检测电路15、充电信号调节电路16，永磁电机（PMG）绕组21与桥式驱动电路3、buck-boost电路40、电池组1依次连接，永磁电机（PMG）副绕组22输出端、第一本振载波信号生成模块6分别与限幅调节电路7的输入端连接，限幅调节电路7的输出端、第一本振基波信号生成模块5分别与本振基波-外部信号选通电路8的输入端相接，本振基波-外部信号选通电路8的输出端、第一本振载波信号生成模块6分别与SPWM调制电路9的输入端相连，SPWM调制电路9的输出端与桥式驱动电路3的控制端连接，第二本振载波生成模块10与PWM调制电路11、buck-boost开关电路12、buck-boost电路40控制端依次连接，刹车电路13、加速调节电路14分别与buck-boost开关电路12的控制端连接，充电信号检测电路15检测桥式驱动电路3和buck-boost电路40间的电信号，充电信号检测电路15与充电信号调节电路16输入端连接，充电信号调节电路16输出端和加速调节电路14均与PWM调制电路11的输入端连接。
永磁电机（PMG）绕组21的相线数量为若干，绕组21若干相线独立引出，桥式驱动电路3为若干H桥电路31的组合体，组成桥式驱动电路3的H桥电路31的数量与绕组21各相线的数量相同，永磁电机（PMG）绕组21各相线与桥式驱动电路3的H桥电路31输入端一一对应且相互连接，桥式驱动电路3各H桥电路31的输入端连接有一组以上电池组1和buck-boost电路40组成的单元体。现有车载永磁电机（PMG）绕组21通常为三角形或星形连接，电池组驱动永磁电机（PMG）2时，通常为一电池组对永磁电机（PMG）绕组21各相线同时进行驱动，该种结构下，电池组数量少，所具有的电能容量小，而本发明将永磁电机绕组21各相线独立引出，并通过若干电池组1分别进行独立驱动，如此，电路中可连入较多的电池组1，大大提高系统中电池容量。
永磁电机（PMG）副绕组22输出端、buck-boost开关电路12输入端间还连接有一过速保护电路19。调节加速调节电路14，驱动永磁电机（PMG）2，在车载永磁电机（PMG）2运行速度过高时，过速保护电路19根据永磁电机（PMG）副绕组22输出端输入的相应的电信号，而输出另一相应的电信号到buck-boost开关电路12，使buck-boost电路40内boost电路4’导通，车载由驱运永磁电机（PMG）2的状态变为向电池组1进行充电的状态，而不再继续驱动永磁电机（PMG）2，避免车载速度过高，而进行过速保护。
SPWM调制电路9和PWM调制电路11内均包括有过流过载保护模块17，一驱动电流检测电路18检测桥式驱动电路3和buck-boost电路40间的电信号后，分别与SPWM调制电路9和PWM调制电路11内的过流过载保护模块17连接。驱动电流检测电路18检测桥式驱动电路3和buck-boost电路40间的电信号，并反馈至SPWM调制电路9和PWM调制电路11内的过流过载保护模块17，当驱动电流检测电路18检测到桥式驱动电路3和buck-boost电路40间的电信号过大时，SPWM调制电路9和PWM调制电路11改变输出，分别控制桥式驱动电路3和buck-boost电路40，使桥式驱动电路3和buck-boost电路40间的电信号降低，如此，以对该系统内各电路进行过流过载保护。
加速调节电路14 内设有灵敏度跟随电路20。以调节驱动永磁电机2时的系统响应时间。
在本发明电动车载永磁电机的控制系统的较佳实施方式中，开启车载电源时，本振基波-外部信号选通电路8选通第一本振基波信号生成模块5产生的电信号，并将该电信号发送至SPWM调制电路9，与第一本振载波信号生成模块6产生的电信号进行调制后输出，以控制桥式驱动电路3，便于电池组1侧电信号可流向永磁电机（PMG）2，为驱动永磁电机（PMG）2做准备；而后调节加速调节电路14，启动车载时，加速调节电路14一方面输出相应的电信号到PWM调制电路11，与第二本振载波生成模块10产生的电信号进行调制，调制的电信号输入至buck-boost开关电路12，加速调节电路14 另一方面输出相应的控制电信号到buck-boost开关电路12控制端，buck-boost开关电路12作相应的电信号输出，使buck-boost电路40内的buck电路4导通，且根据输入到buck-boost电路40控制端的电信号，调节buck-boost电路40输入、输出的电压比，如此，电池组1输出的直流电通过buck-boost电路40降压调节后，供给桥式驱动电路3，桥式驱动电路3输出交流电以驱动永磁电机2，且通常，在加速调节电路14 调节驱动永磁电机2低速转动时，降压调节的电压比较大，桥式驱动电路输入的直流电则相对较小，在加速调节电路14 调节驱动永磁电机2高速转动时，降压调节的电压比较小，以保证具有高的电压输入到桥式驱动电路以驱动永磁电机2高速运转；调节加速调节电路14驱动永磁电机2的过程中，永磁电机（PMG）2的副绕组22将与绕组21上产生的相同电信号反馈输入至限幅调节电路7，限幅调节电路7根据输入的第一本振载波信号生成模块6产生的电信号，对副绕组22输入的电信号进行限幅调节，且调节后输出的电信号大于某一设定值后，由本振基波-外部信号选通电路8选通，输入SPWM调制电路9，与第一本振载波信号生成模块6产生的电信号进行调制后以最大调制效率输出。车载启动达一定速度前，副绕组22反馈的电信号小，本振基波-外部信号选通电路8均选通第一本振基波信号生成模块5产生的电信号，作SPWM调制电路9的输入，车载达一定速度后，副绕组22反馈的电信号经限幅调节并被选通，参与控制桥式驱动电路3的控制电信号的调制，使具备最佳地调制效率。
本发明电动车载永磁电机的控制系统，车载运行过程中，调节刹车电路13时，一方面，SPWM调制电路9的输出断开，刹车电路13输出相应的电信号到buck-boost开关电路12，buck-boost开关电路12作相应的电信号输出，使buck-boost电路40为内的boost电路4’导通，另一方面，充电信号检测电路15检测桥式驱动电路3和buck-boost电路40间的电信号，并输入至充电信号调节电路16进行调节后，输入到PWM调制电路11，与第二本振载波生成模块10产生的电信号进行调制，调制的电信号输入至buck-boost开关电路12并作相应输出，根据输入到buck-boost电路40控制端的电信号，调节buck-boost电路40输入、输出的电压比，如此，永磁电机（PMG）2产生的交流电经过桥式驱动电路3整流后，由buck-boost电路40升压并向电池组1进行充电。向电池组1充电过程中，桥式驱动电路3内的单个IGBT用作二极管，在桥式结构下，起整流作用，将永磁电机（PMG）2产生的交流电整流成直流电。
本发明上述较佳实施例所示的电动车载永磁电机的控制系统，具备以下有益效果：
1、调节加速调节电路14，加速调节电路14输出相应的电信号到PWM调制电路11，与第二本振载波生成模块10产生的电信号进行调制，调制的电信号输入buck-boost电路40，使其内buck电路4导通，电池组1输出的直流电通过buck-boost电路40内buck电路4降压调节后，供给桥式驱动电路3，以驱动永磁电机2，由于桥式驱动电路3输入的直流电是经过buck-boost电路40降压调节后得到的，降压调节的电压比由加速调节电路14控制的永磁电机2所需调节的旋转速度决定，因此，驱动永磁电机2时，特别是在永磁电机2所需的旋转速度较低的情况下，桥式驱动电路3输入的直流电电压值相对较小，即减小了桥式驱动电路3中IGBT的输入电压，如此，降低了IGBT的内耗，从而提高了电池组1的电能转化效率，增强车载的续航能力；
2、永磁电机（PMG）2副绕组22的输出端将与永磁电机（PMG）2绕组上产生的相同电信号反馈，永磁电机（PMG）2绕组电信号反馈输出端反馈的电信号经限幅调节电路7限幅调节后，参入到控制桥式驱动电路3的SPWM调制波的生成中，控制桥式驱动电路3以对永磁电机（PMG）2进行变频调速，如此，构成一个闭合的回路，使永磁电机（PMG）转速稳定在驾驶人员的预期中，其具有较高的调制效率。
本发明电动车载永磁电机的控制系统，永磁电机（PMG）绕组21上电信号的反馈可采用霍尔元件，也可在永磁电机（PMG）2内增设一与绕组21同相位的副绕组22，为使系统结构更简单，较佳地，永磁电机（PMG）2内具有一与绕组21相位相同的副绕组22，副绕组22输出端作为永磁电机（PMG）绕组21电信号反馈输出端，永磁电机（PMG）副绕组22输出端、第一本振载波信号生成模块6分别与限幅调节电路7的输入端连接。
本发明电动车载永磁电机的控制系统，永磁电机（PMG）2可为单相、三相或其他多相结构，永磁电机（PMG）绕组21相线可为三角形、星形连接输出，也可以独立引出输出，针对不同结构的永磁电机（PMG）2，桥式驱动电路3作相应调整，如永磁电机（PMG）绕组21相线为三角形或星形连接输出时，其对应的桥式驱动电路3通常为三相桥式结构；永磁电机（PMG）绕组21若干相线独立引出输出时，为三相六线式输出结构时，其对应的桥式驱动电路3为三组H桥结合的桥式结构，如图1所示。
本发明电动车载永磁电机的控制系统中的桥式驱动电路3、buck-boost电路40、第一本振基波信号生成模块5、第一本振载波信号生成模块6、限幅调节电路7、本振基波-外部信号选通电路8、SPWM调制电路9、第二本振载波生成模块10、PWM调制电路11、buck-boost开关电路12、充电信号检测电路15、充电信号调节电路16等，均为基础功能模块结构，采用同等同功能的芯片或芯片中同等功能的模块的替换结构均在本发明保护范围内，如第一本振基波信号生成模块5、第一本振载波信号生成模块6、本振基波-外部信号选通电路8、SPWM调制电路9、第二本振载波生成模块10、PWM调制电路11任一模块线路或任一以上模块线路均可由控制器如单片机提供。

Claims (8)

1.一种电动车载永磁电机的控制系统，其特征在于：包括电池组、具有绕组的永磁电机（PMG）、桥式驱动电路、buck电路、第一本振基波信号生成模块、第一本振载波信号生成模块、限幅调节电路、本振基波-外部信号选通电路、SPWM调制电路、第二本振载波生成模块、PWM调制电路、和加速调节电路，永磁电机（PMG）绕组与桥式驱动电路、buck电路、电池组依次连接，永磁电机（PMG）绕组上的电信号反馈输出，永磁电机（PMG）绕组电信号反馈输出端、第一本振载波信号生成模块分别与限幅调节电路的输入端连接，限幅调节电路的输出端、第一本振基波信号生成模块分别与本振基波-外部信号选通电路的输入端相接，本振基波-外部信号选通电路的输出端、第一本振载波信号生成模块分别与SPWM调制电路的输入端相连，SPWM调制电路的输出端与桥式驱动电路的控制端连接，第二本振载波生成模块与PWM调制电路、buck电路控制端依次连接，加速调节电路还与PWM调制电路的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的电动车载永磁电机的控制系统，其特征在于：所述电动车载永磁电机的控制系统还包括boost电路、 buck-boost开关电路、刹车电路、充电信号检测电路和充电信号调节电路，boost电路连接于桥式驱动电路和电池组间，boost电路与buck电路形成buck-boost电路，buck-boost开关电路连接于PWM调制电路、buck-boost电路控制端间，刹车电路、加速调节电路还分别与buck-boost开关电路的控制端连接，充电信号检测电路检测桥式驱动电路和buck-boost电路间的电信号，充电信号检测电路与充电信号调节电路输入端连接，充电信号调节电路输出端与PWM调制电路的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的电动车载永磁电机的控制系统，其特征在于：永磁电机（PMG）内还具有一与绕组相位相同的副绕组，副绕组输出端作为永磁电机（PMG）绕组电信号反馈输出端，永磁电机（PMG）副绕组输出端、第一本振载波信号生成模块分别与限幅调节电路的输入端连接。
4.根据权利要求1所述的电动车载永磁电机的控制系统，其特征在于：永磁电机（PMG）绕组的相线数量为若干，绕组若干相线独立引出，桥式驱动电路为若干H桥电路的组合体，组成桥式驱动电路的H桥电路的数量与绕组各相线的数量相同，永磁电机（PMG）绕组各相线与桥式驱动电路的H桥电路输出端一一对应且相互连接，桥式驱动电路各H桥电路的输入端连接有一组以上电池组和buck电路组成的单元体。
5.根据权利要求1所述的电动车载永磁电机的控制系统，其特征在于：SPWM调制电路和PWM调制电路内均包括有过流过载保护模块，一驱动电流检测电路检测桥式驱动电路和buck电路间的电信号后，分别与SPWM调制电路和PWM调制电路内的过流过载保护模块连接。
6.根据权利要求1所述的电动车载永磁电机的控制系统，其特征在于：加速调节电路内设有灵敏度跟随电路。
7.根据权利要求1所述的电动车载永磁电机的控制系统，其特征在于：第一本振基波信号生成模块、第一本振载波信号生成模块、本振基波-外部信号选通电路、SPWM调制电路、第二本振载波生成模块、PWM调制电路任一模块线路或任一以上模块线路由控制器提供。
8.根据权利要求2所述的电动车载永磁电机的控制系统，其特征在于：永磁电机（PMG）绕组电信号反馈输出端、buck-boost开关电路输入端间还连接有一过速保护电路。
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