CN108011552B - 电动机驱动控制方法和系统及控制电动机的驱动的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了电动机驱动控制方法和系统及控制电动机的驱动的方法。提供了一种用于将电动机的转速控制为电动机的测量转速值遵循速度命令值的电动机驱动控制方法。电动机驱动控制方法包括接通/断开驱动操作，基于速度命令值驱动电动机的转矩使得电动机的转矩以预设周期和占空比反复接通/断开。电动机驱动控制方法和系统可以通过降低逆变器在高速电动机的低速驱动期间的开关损耗和电流纹波损耗来显著提高电动机的效率。

Description

电动机驱动控制方法和系统及控制电动机的驱动的方法
技术领域
本公开内容涉及电动机驱动控制方法和系统以及使用电动机驱动控制方法和系统控制燃料电池系统中的空气压缩机的驱动的方法，并且更具体地涉及可以降低高速电动机的低速驱动期间的逆变器的开关损耗和电流纹波损耗，从而提高电动机的效率的电动机驱动控制方法和系统。
背景技术
在燃料电池车辆中，在冷却性能降低的驱动条件下，例如，当燃料电池堆以高输出运行时，例如在高温爬升行驶过程中，燃料电池堆的驱动温度升高，并且供给燃料的湿度降低。因此，燃料电池堆被干燥，使得该堆的驱动电压在相同的电流条件下降低。在这种情况下，可能引起燃料电池堆的热产生率增加了堆电压压降的恶性循环，因此燃料电池的驱动温度进一步升高。
为了防止燃料电池驱动温度升高的这种恶性循环，最近，用于车辆的燃料电池系统采用增加要供给至正极的空气的压力并增加正极侧的相对湿度的控制技术。因此，需要进一步增加向燃料电池堆的正极侧供给空气的空气压缩机的压缩比。
由于需要进一步提高供给到燃料电池堆的正极侧的空气的压缩比，因此，空气压缩机被设计成使空气压缩机的压缩比增加，并且在最大压力驱动点获得最大效率。然而，虽然该设计可以在高流速和高压缩比期间内提高压缩机的效率，但是压缩机的效率在低流速期间相对降低。因此，在作为城市驾驶条件下的主要驾驶区域的低流速期间，空气压缩机的功率消耗增加，因此车辆的燃料效率劣化。
更详细地，与大气鼓风机相比，具有进一步提高的空气压缩比的加压空气压缩机必须被配置为使得其安装的电动机的驱动速度的范围进一步增加。因此，电动机在低流速期间和高流速期间之间的驱动速度的差异增加。因此，缺点在于难以提高空气压缩机的效率。即，在加压空气压缩机中，随着电动机的转速增加，电动机电感降低以保证高速驱动期间的足够的电压裕度。由于电动机电感的降低，三相纹波电流增加，并且因此电动机/逆变器的效率降低。特别地，在需要相对低的输出的低流速期间，三相电流小，并且由于电流纹波的增加，效率降低效果显著增加。即，三相纹波电流是不对电动机转矩贡献的二次分量。因此，在具有低电动机转矩的低流速期间，与三相正弦波电流分量相比，三相纹波电流增加，使得与高输出期间相比，电动机/逆变器的效率降低。
此外，为了确保空气压缩机的电动机的高速旋转，使用翼型轴承。翼型轴承必须以预定速度或更大的速度旋转，以便将轴承保持在提升状态。因此，如果电动机以低于参考速度的速度连续地运行，高于该参考速度，翼型轴承可以保持在提升状态，则翼型轴承可能因与电动机的旋转轴的摩擦而损坏。因此，为了防止翼型轴承，空气压缩机被配置为使得最小驱动速度限制在预定值以上。因此，即使当燃料电池必须以低输出运行时，空气压缩机以高于最小驱动速度的速度运行。因此，使空气不必要地增压，从而降低整个燃料电池系统的效率。
前述内容仅旨在帮助理解本公开内容的背景技术，而并非旨在表示本公开内容落在本领域的技术人员已知的相关技术的范围内。
发明内容
因此，本公开考虑到相关技术中出现的上述问题创作，并且本公开旨在提出电动机驱动控制方法和系统，即使当被设计成使电动机以高速旋转时产生最大效率的电动机以低速运行时，电动机驱动控制方法和系统通过减少开关损耗和逆变器的电流纹波损耗而显著提高电动机的效率，以及使用电动机驱动控制方法和系统控制燃料电池系统中的压缩机的驱动的方法。
根据一个方面，一种电动机驱动控制方法，用于控制电动机的转速，使得电动机的测量转速值遵循速度命令值，该方法包括：接通/断开驱动操作，基于速度命令值驱动电动机的转矩，使得电动机的转矩以预设周期和占空比反复接通/断开。
接通/断开驱动操作可包括控制驱动电流，使得当电动机的转矩处于接通状态时，向电动机施加驱动电流，并且当电动机的转矩处于断开状态时，要施加到电动机的驱动电流基本为零。
接通/断开驱动操作可包括当电动机的转矩处于断开状态时，将包括在逆变器中用于将驱动电流提供至电动机的开关元件断开。接通/断开驱动操作可包括当电动机的转矩处于断开状态时，控制包括在逆变器中的开关元件的接通/断开占空比，使得施加到电动机的驱动电压的电平基本上等于电动机的反电动势电平。电动机驱动控制方法还可以包括：在接通/断开驱动操作之前，确定用于驱动电动机的驱动电流以使得所测量的转速值遵循速度命令值的电流命令值；以及确定用于驱动电动机以使得要提供至电动机的实际驱动电流遵循电流命令值的电压命令值。
电压命令值的确定可包括使用控制技术来确定电压命令值，该控制技术包括积分电动机的测量驱动电流值与电流命令值之间的误差的处理。
电压命令值的确定可包括当在接通/断开驱动操作中电动机的转矩处于断开状态时，中断对所测量的驱动电流值和电流命令值之间的误差积分的处理。
电流命令值的确定可包括当在接通/断开驱动操作中电动机的转矩处于断开状态时将电流命令值确定为零。
当速度命令值和电流命令值在预设范围内时，可以执行接通/断开驱动操作。
在速度命令值或者电流命令值在预设范围外的情况下，电动机的转矩可以始终处于接通状态。
速度命令值或电流命令值在预设范围外的情况可包括电动机执行再生制动操作的情况。
根据另一方面，一种电动机驱动控制系统包括：转速控制器，用于确定用于驱动电动机的驱动电流的电流命令值，使得电动机的测量转速值遵循电动机的转速命令值；电流控制器，用于确定驱动电动机的电压命令值，使得要提供至电动机的逆变器的测量的电动机驱动电流值遵循电流命令值；电压输出转换器，用于转换电压命令值并且确定包括在逆变器中的开关元件的占空比；以及转矩接通/断开确定控制器，用于控制电压输出转换器，使得电动机的转矩以预设周期和占空比反复接通/断开。
当转矩接通/断开确定控制器指示电动机的转矩反复接通/断开时，电压输出转换器可确定逆变器的开关元件的占空比，使得开关元件在电动机的转矩处于断开状态时断开。
当转矩接通/断开确定控制器指示电动机的转矩反复接通/断开时，电压输出转换器可以确定逆变器的开关元件的接通/断开占空比，使得要施加至电动机的驱动电压的电平基本上等于电动机的反电动势的电平，从而使得当电动机转矩处于断开状态时要提供至电动机的驱动电流基本上是零。
电流控制器可以使用包括对测量的驱动电流值和电流命令值之间的误差进行积分的处理的控制技术，来确定电压命令值。
当转矩接通/断开确定控制器指示电动机的转矩反复接通/断开时，电流控制器可以在电动机的转矩处于断开状态时中断积分测量的驱动电流值与电流命令值之间的误差的处理。
当转矩接通/断开确定控制器指示电动机的转矩反复接通/断开时，转速控制器可以在电动机的转矩处于断开状态时确定电流命令值为零。
转矩接通/断开确定控制器可以控制电压输出转换器，使得在转速命令值和电流命令值在预设范围内的情况下，电动机的转矩反复接通/断开。
转矩接通/断开确定控制器可以控制电压输出转换器，使得在转速命令值或者电流命令值在预设范围外的情况下，电动机的转矩始终处于接通状态。
电流命令值在预设范围外的情况可包括电动机执行再生制动操作的情况。
根据另一方面，一种控制燃料电池系统的压缩机中的电动机的驱动的方法，该燃料电池系统被配置为使压缩机供给压缩空气至燃料电池堆，该方法包括：根据燃料电池堆的所需输出产生电动机的转速命令值；产生用于驱动电动机的驱动电流的电流命令值，使得电动机的测量RPM值遵循转速命令值；以及基于电流命令值控制电动机的转矩使得电动机的转矩以预设周期和占空比反复接通/断开的接通/断开驱动操作。
接通/断开驱动操作可包括：当电动机的转矩处于断开状态时，执行断开包括在用于向电动机提供驱动电流和驱动电压的逆变器中的开关元件，或者接通/断开控制开关元件使得驱动电压的电平基本上等于电动机的反电动势电平的操作。
根据电动机驱动控制方法和系统，以及使用该电动机驱动控制方法和系统控制燃料电池系统中的压缩机的驱动的方法，可以减少电动机的功率消耗，由此可以提高应用了电动机的系统的效率。特别地，在包括具有电动机的空气压缩机的燃料电池车辆中，燃料电池系统的效率和车辆的燃料效率可以通过空气压缩机的功率消耗的减少而提高。
此外，在电动机驱动控制方法和系统以及使用电动机驱动控制方法和系统控制燃料电池系统中的压缩机的驱动的方法中，由于系统不需要单独的硬件，所以不需要额外的生产成本。仅通过在一定的速度周期或某个转矩周期进行电动机转矩的接通/断开控制，就能容易地减少电动机的功率消耗。
根据电动机驱动控制方法和系统以及使用电动机驱动控制方法和系统控制燃料电池系统中的压缩机的驱动的方法，不仅在电动机的正常速度驱动状态下而且在加速或减速驱动状态下都提高了效率。
附图说明
从结合附图的以下详细描述，将更清楚地理解本发明的以上和其他目标、特征和其他优点，在附图中：
图1是示出了应用根据本公开的实施方式的电动机驱动控制方法的燃料电池系统的实例的框图；
图2是示出了根据本公开的实施方式的电动机驱动控制系统的框图；
图3是示出了根据本公开的实施方式的电动机驱动控制方法的流程图；
图4是示出了在根据本公开的实施方式的控制方法中接通/断开控制电动机转矩的状态的曲线图；
图5是比较根据本公开的实施方式的控制方法中的电动机的功率消耗与传统的电动机驱动控制方法中的电动机的功率消耗的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地描述根据本公开的各种实施方式的电动机驱动控制方法和系统，以及使用该电动机驱动控制方法和系统来控制燃料电池系统中的压缩机的驱动的方法。
图1是示出了应用根据本公开的实施方式的电动机驱动控制方法的燃料电池系统的实例的框图。
如图1中所示，燃料电池系统包括：燃料电池堆100，其包括燃料电池，该燃料电池被配置为接收氢气作为燃料以及空气作为氧化剂，并且通过氧化/还原过程产生动力；空气压缩机10，将压缩空气供给至燃料电池堆100的正极(cathode)；及加湿器200，将水供给至从空气压缩机10提供的压缩空气并将具有水的压缩空气传送至燃料电池堆100。加湿器200接收从燃料电池堆100排出的高湿度非反应性空气并将水供给至要被供给至燃料电池堆100的空气。
如在相关技术的说明中描述的，当需要燃料电池堆100的高输出时，增加要供给至燃料电池堆100的空气的压缩比以防止氢气被燃料电池堆100产生的热量干燥。即，通过以更高的速度操作空气压缩机10，使空气的流速增加。因此，潮湿空气供给至燃料电池堆100的速率增加。因此，减轻干燥现象。
为了实施控制空气压缩机10的这种操作，燃料电池系统可以设置有用于控制空气压缩机10(更详细地，包括在空气压缩机10中的电动机)的控制器20。
在本公开的各种实施方式的以下描述中，将在用于控制燃料电池系统中包括的空气压缩机10的电动机的控制器20中实施的电动机控制方法以及包括空气压缩机10和控制器20的电动机控制系统作为应用例介绍。然而，这种应用例并不将本公开局限于燃料电池系统的空气压缩机10，并且本公开可以广泛应用于用于控制其他技术领域以及燃料电池领域中使用的各种电动机的技术。
图2是示出了根据本公开的实施方式的电动机驱动控制系统的框图。
参考图2，根据本公开的实施方式的电动机驱动控制方法可包括转速控制器21、电流控制器23、电压输出转换器25、逆变器27、及转矩接通/断开确定控制器29。在图2中，电动机由与图1的空气压缩机的电动机相同的参考数字10指示。这样做的原因是，因为本公开的各种实施方式涉及用于控制(特别是燃料电池系统中的)电动机的操作的技术，涉及用于控制空气压缩机中包括的电动机的操作的技术，所以用语“控制空气压缩机”可以解释为与用语“控制空气压缩机的电动机”具有基本上相同的含义。此外，在本说明书中，用语“控制空气压缩机”可以解释为“控制空气压缩机的电动机”的含义。
转速控制器21、电流控制器23及转矩接通/断开确定控制器29中的每一个是执行软件的指令的电路，因此软件执行下文中描述的各种功能。
转速控制器21从上级控制器(未示出)接收控制电动机的转速的速度命令，并且基于通过实际测量电动机的转速获得的测量的电动机转速值产生和输出用于驱动电流的电流命令值ld*和lq*，其中驱动电流用于驱动电动机。鉴于此，上级控制器可以是用于控制燃料电池系统的控制器或者用于控制应用了燃料电池系统的车辆的车辆控制器。上级控制器可以基于车辆速度、爬升角度、驾驶员操纵的加速器的开度等确定燃料电池堆100的输出，并且考虑燃料电池堆100的输出、温度等来确定空气压缩机10的电动机的RPM。上级控制器将确定的电动机的RPM以速度命令值的形式提供至转速控制器21。转速控制器21比较所接收的速度命令值与对应于电动机的实际RPM的测量电动机转速值，并产生和输出使电动机的RPM遵循速度命令值的电流命令值ld*和lq*。
鉴于此，电流命令值ld*和lq*是用于电动机10的驱动电流的命令值。通常，在电动机的控制中，设置电动机的目标转矩，并且控制电动机的驱动电流以使得电动机的转矩遵循目标转矩。在本公开应用于控制电动机的转速，以控制电动机使得电动机遵循作为目标速度的速度命令值的情况下，转速控制器21基于测量的转速值和速度命令值，确定测量的转速值能够遵循速度命令值所处的目标转矩，并且然后产生对应于目标转矩的电流命令值。更详细地，从转速控制器21输出的电流命令值ld*和lq*可以是电动机的D轴和Q轴电流命令值。
转速控制器21可以采用这样的控制技术：即，以与典型比例积分(PI)控制器相同的方式累积通过命令值和测量值之间的误差积分获得的值并将所获得的值反映到受控变量。即，转速控制器21可以采用将速度命令值和电动机10的实际RPM值之间的误差进行积分并反映积分结果的控制技术。转速控制器21不仅可以使用PI控制技术，还可以使用诸如PID(比例积分差分)控制技术、IP(积分比例)控制技术或IP-PI组合控制技术的技术。
另一方面，电动机10设置有诸如霍耳传感器或者用于检测电动机的转子位置的旋转变压器的传感器13。可以通过将使用传感器13检测电动机10的RPM获得的测量转速值提供到转速控制器21，来产生电流命令值。
电流控制器23执行控制操作，使得从逆变器27施加到电动机的电流遵循电流命令值ld*和lq*，并因此输出D轴电压命令值Vd*和Q轴电压命令值Vq*。电流控制器23接收关于测量驱动电流值的反馈，通过检测从逆变器27供给至电动机10的各个相位的电流的一些或者全部并将检测到的电流转换为D轴电流和Q轴电流来获得该测量驱动电流值，并且电流控制器23执行控制操作，以使得测量的电流值遵循电流命令值，即，D轴电流命令值ld*和Q轴电流命令值lq*。
以与上述转速控制器21相同的方式，电流控制器23可以采用包括以下的控制技术：诸如PI控制、PID控制、IP控制或IP-PI组合控制的积分处理，用于累积电流命令值ld*和lq*与从逆变器27供给至电动机的实际电流之间的误差。
电压输出转换器25通过坐标转换(DQ<->三相(abc))将D轴电压命令值Vd*和Q轴电压命令值Vq*转换为三相电压命令值。此外，电压输出转换器25基于转换的三相电压命令值产生用于驱动逆变器27中的开关元件的驱动信号，并将驱动信号提供至逆变器27。逆变器27输出用于驱动电动机10的三相电流，同时通过驱动信号控制逆变器27中的开关元件的切换操作。
电压输出转换器25可以将通过测量针对在电流控制器21中执行的控制操作而反馈的逆变器27的三相驱动电流而获得的值重新转换为DQ电流，然后将DQ电流提供至电流控制器23。
转矩接通/断开确定控制器29可以确定将驱动信号从电压输出转换器25供给至逆变器27的方法。在本公开的实施方式中，转矩接通/断开确定控制器29可以控制电压输出转换器25，使得在电动机10的转矩可以以预设周期和占空比反复接通/断开时产生电动机10的转矩。此外，在转矩接通/断开确定控制器29的操作的实施方式中，转矩接通/断开确定控制器29可以控制电压输出转换器25，使得要提供至转速控制器21的速度命令值或从转速控制器21产生的电流命令值ld*和lq*输入到转矩接通/断开确定控制器29，并且如果速度命令值和电流命令值ld*和lq*在预设范围内，电动机10的转矩以反复的接通/断开操作方式以预设周期和占空比产生。
在转矩接通/断开确定控制器29已经确定必须以反复的接通/断开操作方式产生电动机10的转矩的情况下，可以将转矩接通/断开确定控制器29的确定结果提供至电压输出转换器25和电流控制器23。已经接收到转矩接通/断开确定控制器29的确定结果的电压输出转换器25可以向逆变器27提供用于控制逆变器27中的开关元件的信号，使得电动机10反复接通/断开。此外，可以操作已经接收到来自转矩接通/断开确定控制器29的命令的电流控制器23，使得执行适合于转矩断开期间的控制操作。
通过对根据本公开的实施方式的电动机驱动控制方法的描述，将更清楚地解释与电动机的转矩接通/断开控制相关的上述内容。
图3是示出了根据本公开的实施方式的电动机驱动控制方法的流程图。图3所示的实施方式涉及当电动机的转速命令值或电流命令值在预设范围内时电动机的转矩的接通/断开控制的实例。与电动机的转矩的接通/断开控制技术有关的本公开的特征不限于在图3的实例中使用的特殊条件，并且本公开可以应用于电动机的操作，而与转速命令值或电流命令值的大小无关。
参考图3，当电动机10处于停止状态时(在步骤S11)，如果将0以外的命令值输入至转速控制器21(在步骤S12)，则开始产生电动机转矩的控制操作。
如果将转速命令值输入到转速控制器21，则转速控制器21计算用于控制电动机10的电流命令值ld*和lq*，使得电动机10的测量RPM值遵循转速命令值，然后将电流命令值ld*和lq*输出至电流控制器23。电流控制器23计算并输出电压命令值Vd*和Vq*，使得测量电流值遵循电流命令值ld*和lq*，所测量的电流值对应于通过直接测量从逆变器27提供至电动机10的驱动电流获得的值。电压输出转换器25将DQ坐标的电压命令值Vd*和Vq*转换为三相(a相、b相和c相)电压，并产生用于控制逆变器中的开关元件以输出三相电压中的每一个的PWM切换信号，并将PWM切换信号输出至逆变器27。
电动机的操作通过这种一系列处理开始。在根据本公开的实施方式的电动机驱动控制方法中，在电动机10的操作开始之后，转矩接通/断开确定控制器29监测转速命令值或者电流命令值并且确定是否进行转矩接通/断开控制操作(在步骤S131和S132中)。即，当在步骤S131中转速命令值处于预设范围(在图3中，范围大于0且小于A(正数))中或者在步骤S132中转速命令值在预设范围内(在图3中，范围大于0且小于B(正数))时，转矩接通/断开确定控制器29可以确定电动机的转矩的接通/断开控制。上述范围是考虑到在低RPM或低转矩期间内高速空气压缩机的效率快速降低的事实的预设范围，如相关技术中所描述的。然而，在本公开的各种实施方式中，电动机的转矩可以在电动机可以操作的整个转矩和速度范围内进行接通/断开控制，而与上述范围无关。
如果转矩接通/断开确定控制器29确定必须执行电动机的转矩的接通/断开控制操作，转矩接通/断开确定控制器29指示电压输出转换器25输出驱动信号以控制逆变器27的开关元件的接通/断开以便执行电动机转矩的接通/断开控制操作。
图4是示出了在根据本公开的实施方式的电动机驱动控制方法中电动机转矩接通/断开控制的状态的曲线图。
如图4所示，在根据本公开的实施方式的步骤S14中，电动机转矩可以以预设的恒定周期和占空比反复地接通/断开。鉴于此，电动机转矩的接通/断开周期和占空比可以是由于电动机的转速使得逆变器的功率消耗可以最小化并且可以确保驱动稳定性的值，该值由实验方法确定。
即使影响电动机10的负载较低，因此电动机10通过惯性操作，优选的是，在速度变化小的条件下，使用电动机转矩的接通/断开反复控制。在电动机10的负载大的情况下，由于转矩断开期间的减速大大增加，因此，由于反复的转矩接通/断开操作引起的电动机的加速和减速大大增加，从而可能导致不必要的能量损耗。因此，在电动机的负载相对大的情况下，转矩接通/断开反复控制的有效性显著降低。特别地，如果由于转矩接通/断开控制导致的电动机的加速和减速率超过预定水平，则可能引起电动机10的功率消耗增加的问题。
此外，电动机10的旋转惯性动量越大，电动机转矩接通/断开控制的影响越大。即，在电动机10的旋转惯性动量大的情况下，即使在转矩断开期间，速度的变化也很小，从而可以提高转矩接通/断开控制的效率。
在电动机转矩的反复接通/断开控制的详细技术的实例中，可以使用这样的方法，在该方法中，通过在电动机转矩设定为断开状态期间使包括在逆变器27中的所有开关元件变为断开状态(100％断开占空比)来将施加到电动机的驱动电流中断。即，在电动机转矩必须保持在接通状态的期间，电压输出转换器25可以以与驱动典型电动机相同的方式向逆变器27输出用于控制逆变器27的开关元件的驱动信号。在电动机转矩必须保持在断开状态的期间，电压输出转换器25可以向逆变器27输出用于断开所有开关元件的控制信号。
提供用于驱动三相电动机的转矩(驱动电流)的逆变器27通常可以通过使用六个开关元件(例如，IGBT(绝缘栅双极晶体管)等))的三相开关全桥电路来实现。电流控制器23计算电流命令值与测量的电动机驱动电流之间的误差，并输出能够减小误差的电压命令值(DQ坐标)。电压输出转换器25将电压命令值转换为三相电压，确定开关元件的占空比，使得转换后的三相电压可以施加到电动机10，然后接通/断开控制相应相位的开关元件。
在根据本公开的实施方式的电动机驱动控制方法中，执行转矩接通/断开控制操作以使得电动机的转矩以恒定周期和占空比进行接通/断开控制。在转矩设定为接通状态的期间，如上所述，执行用于控制开关元件的典型操作。在转矩设定为断开状态的期间，所有的逆变器开关元件都断开。以这种方法，可以实现转矩接通/断开控制。
在将转矩设定为断开状态的期间，控制逆变器27的开关元件的另一种方法中，可以使用这样的方法，在该方法中，接通/断开控制逆变器27中各相的开关元件，使得产生具有与在电动机10中产生的反向电动势基本相同的电压水平的驱动电压。在电动机10的反电动势和逆变器27的三相驱动电压彼此相同的情况下，没有电位差。因此，可以形成没有从逆变器27向电动机10提供电流的零电流控制状态。
在执行电动机转矩的接通/断开控制的情况下(在步骤S14中)，优选的是，在电动机转矩设定为断开状态期间(在步骤S15)中，由电流控制器23执行的积分控制中断(在步骤S161中)。如果在电动机转矩处于断开状态期间允许由电流控制器23对命令值和测量值之间的误差进行积分操作，则当转矩再次进入接通状态时，由于误差积分值从控制器施加相对大的输出，由此可能引起系统的不稳定性。在这种情况下，由于速度命令值和电流命令值的波动，相反地，可以显著地降低转矩接通/断开控制的效果。当然，在电动机转矩设为接通状态期间(在步骤S15)，优选的是，通过电流控制器23执行积分控制(在步骤S162)。
在另一实施方式中，代替在电动机转矩断开期间中断电流控制器23的积分控制的方法，可以使用这样的方法，即，在该方法中，当电动机转矩从接通状态转换到断开状态时，转速控制器21中断整个控制计算，并在电动机转矩断开期间将电流命令值输出为0。即，通过使转速控制器21将电流命令输出为0来中断三相输出，由此通过电流控制器23进行的电流命令值与测量电流值之间的误差的积分在电动机转矩断开期间中断，既不产生转矩也不产生输出。因此，可以防止由于电动机转矩回到接通状态时的累计误差而导致的输出过度增加。当然，如果电动机转矩从断开状态重新变为接通状态，则可以恢复使用转速控制器的典型计算。在电动机转矩断开周期期间，中断转速控制器21的计算。因此，当电动机转矩重新变为接通状态时，转速控制器21的输出保持在紧接在电动机转矩断开前形成的输出值。因此，可以确保速度控制稳定性而没有不必要的加速或减速。
另一方面，在电动机转速在预设范围外或从电流控制器23输出的电流命令值在预设范围外的情况下，操作转矩接通/断开确定控制器29，使得可以使用根据电流命令值来确定逆变器27的三相驱动电流而不进行电动机转矩的接通/断开控制的典型的控制方法(在步骤S17)。其原因在于，如上所述，在电动机10的转速为预定速度以上的情况下，电动机侧的负载转矩通常增加(例如，在燃料电池系统中，当电动机的转速增加时，空气压缩机的负载转矩由于流速和压力的增加而增加)，使得在电动机转矩断开期间引起的减速的量必须在转矩接通期间补偿，由此需要不必要的加速或减速，与此相关的损失超过由转矩接通/断开控制而减小的开关损耗和三相电流纹波损耗。在电流命令值为预定值以上的情况下，可以将系统视为处于快速加速期间或高RPM状态。因此，与典型的连续转矩施加方法相比，可以减少反复接通/断开控制电动机转矩的效率。
在电流命令值在预设范围外的情况的实例中，可能存在对电动机施加再生制动转矩的情况。产生再生制动转矩的情况可以是在与旋转方向相反的方向上施加转矩并且被认为是转矩为负的状态的情况。因此，在图3的步骤S132中，这种情况可以被认为是电流命令值在大于0且小于B(正数)的范围之外的情况。在电动机减速并且如此执行再生制动操作的情况下，还优选的是，中断电动机转矩的接通/断开控制。其原因是因为在再生制动状态下，通过连续的电动机转矩接通控制操作来恢复能量时在效率方面是有利的。
图5是比较根据本公开的实施方式的控制方法中的电动机的功率消耗与传统的电动机驱动控制方法中的电动机的功率消耗的曲线图。具体地，图5示出了对应用了根据本公开的实施方式的电动机驱动控制技术的燃料电池系统的空气压缩机在UDDS(城市测功机行驶循环)模式中的评估结果。
如图5所示，可以认为，在整个UDDS行驶期间使用作为根据本公开的实施方式的电动机驱动控制方法的电动机转矩接通/断开控制技术的情况(53)下，与使用典型的电动机转矩控制技术的情况相比，功耗减少。
如上所述，根据本公开的各种实施方式的电动机驱动控制方法和系统可以降低电动机的功率消耗，从而提高应用电动机的系统的效率。特别地，在包括具有电动机的空气压缩机的燃料电池车辆中，燃料电池系统的效率和车辆的燃料效率可以通过空气压缩机的功率消耗的降低而提高。
此外，在根据本公开的各种实施方式的电动机驱动控制方法和系统中，因为系统不需要单独的硬件，所以不需要额外的生产成本。仅通过在一定的速度周期或某个转矩周期接通/断开控制电动机转矩，就能容易地减少电动机的功率消耗。
此外，如图5中所示，基于UDDS模式行驶，可以获得提高效率的效果。因此，可以认为，不仅在电动机的正常速度驱动状态下，而且在加速或减速驱动状态下，也可以提高效率。
虽然出于说明性目的描述了本公开的实施方式，然而，本领域技术人员将理解，在不背离所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的前提下，可进行各种变形、添加以及替换。

Claims (16)

1.一种电动机驱动控制方法，用于将电动机的转速控制为所述电动机的测量转速值遵循转速命令值，所述电动机驱动控制方法包括：
接通/断开驱动操作，基于所述转速命令值驱动所述电动机的转矩使得所述电动机的转矩以预设周期和占空比反复接通/断开，
其中，所述接通/断开驱动操作包括控制驱动电流，使得当所述电动机的转矩处于接通状态时，向所述电动机施加所述驱动电流，并且当所述电动机的转矩处于断开状态时，要施加到所述电动机的所述驱动电流为零，
其中，所述接通/断开驱动操作包括控制包括在逆变器中的开关元件的接通/断开占空比，使得当所述电动机的转矩处于断开状态时，施加到所述电动机的驱动电压的电平等于所述电动机的反电动势电平。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动控制方法，其中，所述接通/断开驱动操作包括当所述电动机的转矩处于断开状态时，断开包括在用于将所述驱动电流提供至所述电动机的逆变器中的开关元件。
3.根据权利要求1所述的电动机驱动控制方法，进一步包括，在所述接通/断开驱动操作之前，
确定用于驱动所述电动机的驱动电流的电流命令值以使得所述测量转速值遵循所述转速命令值；并且
确定用于驱动所述电动机的电压命令值以使得要提供至所述电动机的实际驱动电流遵循所述电流命令值。
4.根据权利要求3所述的电动机驱动控制方法，其中，确定所述电压命令值包括使用控制技术来确定所述电压命令值，所述控制技术包括对所述电动机的测量驱动电流值与所述电流命令值之间的误差进行积分的处理。
5.根据权利要求4所述的电动机驱动控制方法，其中，确定所述电压命令值包括当在所述接通/断开驱动操作中所述电动机的转矩处于断开状态时，中断对所述测量驱动电流值和所述电流命令值之间的误差进行积分的处理。
6.根据权利要求3所述的电动机驱动控制方法，其中，确定所述电流命令值包括当在所述接通/断开驱动操作中所述电动机的转矩处于断开状态时，将所述电流命令值确定为零。
7.根据权利要求3所述的电动机驱动控制方法，其中，当所述转速命令值和所述电流命令值在预设范围内时，执行所述接通/断开驱动操作。
8.根据权利要求3所述的电动机驱动控制方法，其中，在所述转速命令值或者所述电流命令值在预设范围外的情况下，所述电动机的转矩始终处于接通状态；并且
其中，所述转速命令值或所述电流命令值在所述预设范围外的情况包括所述电动机执行再生制动操作的情况。
9.一种电动机驱动控制系统，包括：
转速控制器，用于确定驱动电动机的驱动电流的电流命令值，以使得所述电动机的测量转速值遵循所述电动机的转速命令值；
电流控制器，用于确定驱动所述电动机的电压命令值，以使得要逆变器提供至所述电动机的测量的驱动电流值遵循所述电流命令值；
电压输出转换器，用于转换所述电压命令值并且确定包括在所述逆变器中的开关元件的占空比；以及
转矩接通/断开确定控制器，用于控制所述电压输出转换器以使得所述电动机的转矩以预设周期和占空比反复接通/断开，
其中，当所述转矩接通/断开确定控制器指示所述电动机的转矩反复接通/断开时，所述电压输出转换器确定所述逆变器的开关元件的接通/断开占空比，以使得要施加至所述电动机的驱动电压的电平等于所述电动机的反电动势的电平，从而当所述电动机转矩处于断开状态时，要提供至所述电动机的驱动电流为零。
10.根据权利要求9所述的电动机驱动控制系统，其中，当所述电动机转矩处于断开状态时，所述开关元件断开。
11.根据权利要求9所述的电动机驱动控制系统，其中，所述电流控制器使用控制技术确定所述电压命令值，所述控制技术包括对所述测量的驱动电流值和所述电流命令值之间的误差进行积分的处理。
12.根据权利要求11所述的电动机驱动控制系统，其中，当所述转矩接通/断开确定控制器指示所述电动机的转矩反复接通/断开时，
当所述电动机的转矩处于断开状态时，所述电流控制器中断对所述测量的驱动电流值与所述电流命令值之间的误差进行积分的处理。
13.根据权利要求9所述的电动机驱动控制系统，其中，所述转速控制器在所述电动机的转矩处于断开状态时确定所述电流命令值为零。
14.根据权利要求9所述的电动机驱动控制系统，其中，所述转矩接通/断开确定控制器控制所述电压输出转换器，使得在所述转速命令值和所述电流命令值在预设范围内的情况下，所述电动机的转矩反复接通/断开。
15.根据权利要求9所述的电动机驱动控制系统，其中，所述转矩接通/断开确定控制器控制所述电压输出转换器，使得在所述转速命令值或者所述电流命令值在预设范围外的情况下，所述电动机的转矩始终处于接通状态；并且
其中，所述电流命令值在预设范围外的情况包括所述电动机执行再生制动操作的情况。
16.一种控制燃料电池系统的压缩机中的电动机的驱动的方法，所述燃料电池系统被配置为使所述压缩机供给压缩空气至燃料电池堆，所述方法包括：
根据所述燃料电池堆的所需输出产生所述电动机的转速命令值；
产生用于驱动所述电动机的驱动电流的电流命令值，使得所述电动机的测量每分钟转速值遵循所述转速命令值；以及
基于所述电流命令值控制所述电动机的转矩以使得所述电动机的转矩以预设周期和占空比反复接通/断开的接通/断开驱动操作，
其中，所述接通/断开驱动操作包括：当所述电动机的转矩处于断开状态时，断开/接通控制开关元件使得驱动电压的电平等于所述电动机的反电动势电平的操作。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109039166B (zh) * 2018-07-25 2022-03-22 武汉科技大学 一种永磁同步直线伺服系统速度环pi-ip控制参数自校正方法
KR102636050B1 (ko) * 2019-01-03 2024-02-14 현대자동차주식회사 공기 압축기 모터의 홀 센서 신호지연의 보정 방법
KR20210059824A (ko) 2019-11-15 2021-05-26 현대자동차주식회사 모터 구동 제어 방법 및 시스템
KR20220007311A (ko) 2020-07-10 2022-01-18 현대자동차주식회사 모터 구동 제어 방법 및 시스템
CN112964985B (zh) * 2021-02-24 2022-05-10 重庆长安新能源汽车科技有限公司 一种电驱系统与动力电池系统的联合测试系统及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005218247A (ja) * 2004-01-30 2005-08-11 Hitachi Ltd インバータの駆動方法及びインバータ装置
CN102624276A (zh) * 2012-04-25 2012-08-01 杭州电子科技大学 一种新颖的交流伺服逆变器死区效应补偿的方法
CN103270693A (zh) * 2010-12-22 2013-08-28 微空间株式会社 电动机驱动控制装置
CN103501146A (zh) * 2013-10-17 2014-01-08 中南林业科技大学 无刷直流电机驱动系统的换相转矩脉动抑制方法及系统
JP2014079085A (ja) * 2012-10-10 2014-05-01 Shimadzu Corp モータ駆動装置および真空ポンプ

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6448724B1 (en) 1999-10-28 2002-09-10 Delphi Technologies, Inc. Apparatus and method for commutation noise reduction
JP2002354871A (ja) * 2001-05-25 2002-12-06 Mitsubishi Electric Corp 電動パワーステアリング装置
JP2004104861A (ja) 2002-09-05 2004-04-02 Mitsubishi Electric Corp 電圧形ｐｗｍインバータ装置
JP2005073383A (ja) 2003-08-25 2005-03-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd モータ駆動回路
JP2006033936A (ja) 2004-07-13 2006-02-02 Tamagawa Seiki Co Ltd モータ駆動方法
US7141949B2 (en) 2005-03-07 2006-11-28 Fisher & Paykel Appliances Limited Low noise back EMF sensing brushless DC motor
JP4561616B2 (ja) * 2005-10-27 2010-10-13 トヨタ自動車株式会社 モータ駆動システム
JP2010221856A (ja) 2009-03-24 2010-10-07 Hitachi Automotive Systems Ltd 操舵制御装置
WO2011032265A1 (en) 2009-09-15 2011-03-24 The University Of Western Ontario Utilization of distributed generator inverters as statcom
US8339077B2 (en) 2009-10-08 2012-12-25 Microchip Technology Incorporated Slow speed operation of brushless direct current motors by gating pulse width modulation drive
US8760103B2 (en) 2011-09-30 2014-06-24 Honeywell International Inc. Actuator power control circuit having fail-safe bypass switching
WO2013057853A1 (ja) * 2011-10-17 2013-04-25 パナソニック株式会社 モータ駆動システムおよびその制御方法
JP5916343B2 (ja) 2011-10-21 2016-05-11 三菱重工業株式会社 モータ制御装置、モータ制御方法
KR20130069000A (ko) * 2011-12-16 2013-06-26 (주)브이이엔에스 전기자동차 및 그 제어방법
US9050899B2 (en) * 2012-03-08 2015-06-09 Samsung Sdi Co., Ltd. Electric vehicle
KR101481233B1 (ko) 2012-12-07 2015-01-09 현대자동차주식회사 연료전지차량의 급기장치
JP5772843B2 (ja) * 2013-02-08 2015-09-02 株式会社デンソー 交流電動機の制御装置
WO2014132766A1 (ja) * 2013-02-26 2014-09-04 日産自動車株式会社 モータ制御装置及びモータ制御方法
US9240740B2 (en) 2013-05-30 2016-01-19 The Boeing Company Active voltage controller for an electric motor
KR102233600B1 (ko) * 2013-06-28 2021-03-31 누베라 퓨엘 셀스, 엘엘씨 연료 전지 전력 시스템에서의 공기 흐름을 제어하는 방법
KR101509916B1 (ko) 2013-09-02 2015-04-07 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 운전압력 제어 방법
KR101575294B1 (ko) * 2014-06-02 2015-12-21 현대자동차 주식회사 인버터의 입력단 전압 추정 방법 및 이를 이용한 모터 제어 방법
JP6237583B2 (ja) 2014-11-14 2017-11-29 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびエアコンプレッサの回転数制御方法
KR102350484B1 (ko) * 2014-12-01 2022-01-17 삼성전자주식회사 모터 구동 장치, 이를 포함하는 공기조화기 및 그의 제어방법
KR101661567B1 (ko) * 2015-03-09 2016-10-04 아주대학교산학협력단 승압형 매트릭스 컨버터 및 이를 이용한 전동기 구동 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005218247A (ja) * 2004-01-30 2005-08-11 Hitachi Ltd インバータの駆動方法及びインバータ装置
CN103270693A (zh) * 2010-12-22 2013-08-28 微空间株式会社 电动机驱动控制装置
CN102624276A (zh) * 2012-04-25 2012-08-01 杭州电子科技大学 一种新颖的交流伺服逆变器死区效应补偿的方法
JP2014079085A (ja) * 2012-10-10 2014-05-01 Shimadzu Corp モータ駆動装置および真空ポンプ
CN103501146A (zh) * 2013-10-17 2014-01-08 中南林业科技大学 无刷直流电机驱动系统的换相转矩脉动抑制方法及系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Efficiency optimization of induction motor drive at steady-state condition;P. K. Choudhary et al.;《2015 International Conference on Control, Instrumentation, Communication and Computational Technologies (ICCICCT)》;20160523;第470-475页 *
电子变换器调压的无刷直流发电机PWM控制模式及其对电压脉动的影响;周波等;《中国电机工程学报》;20010731;第21卷(第7期);第56-60页 *

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