CN111987954A - 一种电动汽车用六相光储驱系统控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车用六相光储驱系统控制方法，首先，采样电机转速与位置信号，通过电机转速负反馈得到的电机转速偏差经转速PI控制器后获得给定q轴电流Iq *；再采样电机相电流，并通过空间矢量解耦和Park变化将相电流转换到d轴、q轴、x轴、y轴以及01轴，接着，通过电流负反馈得到的电流偏差经电流PI控制器得到其对应的电压量；最后，对得到的电压量进行反Park变换以及反空间矢量解耦，并进行PWM调制以及取反运算，得到开关管的驱动信号。本发明通过将车顶光伏板串联到六相电机的两个中性点之间，并设计相应的控制方法，在电动汽车行驶期间对电池进行充电或减小电池输出功率，可有效提高电动汽车的续航里程。

Description

一种电动汽车用六相光储驱系统控制方法
技术领域
本发明涉及一种电动汽车用六相光储驱系统控制方法，属于电力电子与电力传动领域，可应用于新能源电动汽车应用场合。
背景技术
电动汽车是新能源汽车的重要组成部分，蓄电池是制约其发展的关键因素。蓄电池充电时间和使用寿命与充电技术息息相关，因此蓄电池充电技术受到学术界和工业界的重视。
目前，电动汽车充电设备可分为两种，即充电桩和车载充电机。充电桩价格昂贵，且需要占用一定的土地，一般建设在车流密集的场合，用于大电流快速充电，对充电技术和充电安全性要求较高。车载充电机价格相对便宜，但充电功率相对较小，且需要占用一定的车内空间，一般适用于夜间连接到家用插座上，利用晚间用电低谷期富余的电力对电动汽车进行充电。
但是，无论是充电桩还是车载充电机，都需要在电动此车空闲期间，在具有充电桩或者公共电网插座的地方对电动汽车充电，这限制了电动汽车充电的灵活性，并且电动汽车充电机大量接入电网，也会对电网造成一定的负荷。因此，一些车企相继推出车顶光伏电动汽车，该汽车可以在空闲期间对电池进行充电，有效提高了电池充电的灵活性，但是，在电动汽车行驶期间，车顶光伏板仍有电能产生，如果可以在电动汽车行驶期间通过车顶光伏板对电动汽车电池进行充电，将大大提高汽车的续航里程。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种电动汽车用六相光储驱系统控制方法，可以在电动汽车行驶期间，在确保其转速不受影响的前提下，通过车顶光伏板对电池进行充电。
技术方案：一种电动汽车用六相光储驱系统控制方法，将车顶光伏板连接到六相对称永磁同步电机的两个中性点之间，所述车顶光伏板的正极连接所述六相对称永磁同步电机相ABC的中性点，所述车顶光伏板的负极连接所述六相对称永磁同步电机相UVW的中性点；所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：在每一个控制周期中，采样六相对称永磁同步电机的转速n和转子位置电角度θe，利用转速PI控制器，实时计算出q轴电流参考值Iq *；
步骤2：采样当前六相对称永磁同步电机相电流IA、IB、IC、IU、IV、IW，利用空间矢量解耦矩阵T1，将相电流转化为解耦电流Iɑ、Iβ、Ix、Iy、I01，并通过Park变换矩阵TPark，将解耦电流Iɑ和Iβ转化为旋转坐标系电流Id、Iq；
步骤3：通过电流PI控制器，对电流Id、Iq、Ix、Iy、I01进行闭环控制，得到对应的电压量Vd、Vq、Vx、Vy、V01；
步骤4：通过反Park变换矩阵TPark -1，将旋转坐标系电压量Vd、Vq转化为静止坐标系电压量Vɑ、Vβ，并利用反空间矢量解耦矩阵T1 -1将电压量Vɑ、Vβ、Vx、Vy、V01转化为相电压VA、VB、VC、VU、VV、VW；
步骤5：步骤4得到的相电压VA、VB、VC、VU、VV、VW与三角载波经过PWM调制后得到六相逆变器上桥臂开关管驱动信号S1、S2、S3、S7、S8、S9，对六相逆变器上桥臂开关管驱动信号取反得到六相逆变器下桥臂开关管驱动信号S4、S5、S6、S10、S11、S12。
进一步的，所述步骤1中：将六相对称永磁同步电机参考转速n*与当前六相对称永磁同步电机转速n的差值en输入转速PI控制器，根据公式(1)计算出q轴电流参考值Iq *；
Figure BDA0002660754640000021
式中，knP和knI分别为转速PI控制器的比例增益和积分增益；s为复变量。
进一步的，所述步骤2中：根据公式(2)将相电流转化为所述解耦电流Iɑ、Iβ、Ix、Iy、I01，根据公式(3)将所述解耦电流Iɑ和Iβ转化为旋转坐标系电流Id、Iq；
Figure BDA0002660754640000022
Figure BDA0002660754640000023
进一步的，所述步骤3具体包括：将六相对称永磁同步电机解耦电流Ik(k＝d、q、x、y、01)与其对应的参考值Ik *(k＝d、q、x、y、01)的差值eIk(k＝d、q、x、y、01)输入电流PI控制器，根据公式(4)计算出对应的电压量Vk(k＝d、q、x、y、01)；
Figure BDA0002660754640000031
式中，kIkP(k＝d、q、x、y、01)和kIkI(k＝d、q、x、y、01)分别为对应的电流PI控制器的比例增益和积分增益；s为复变量。
进一步的，所述步骤4中，首先根据公式(5)将所述旋转坐标系电压量Vd、Vq转化为静止坐标系电压量Vɑ、Vβ，然后根据公式(6)将电压量Vɑ、Vβ、Vx、Vy、V01转化为相电压VA、VB、VC、VU、VV、VW；
Figure BDA0002660754640000032
Figure BDA0002660754640000033
有益效果：本发明提出的一种电动汽车用六相光储驱系统控制方法，只需要在原有六相电驱系统上，额外添加少量模式切换开关，便可在电动汽车行驶期间对电池进行充电，有效减低了系统成本；并且，该控制方法在电动汽车行驶期间，在不影响电动汽车正常行驶的前提下通过车顶光伏板对电动汽车进行充电，提高了电动汽车充电方式灵活性的同时，可有效提高电动汽车的续航里程。
附图说明
图1为一种电动汽车用六相光储驱系统控制方法控制框图；
图中，1-车顶光伏板，2-六相对称永磁同步电机，3-六相逆变器，4-车载电池，5-转速PI控制器，6-空间矢量解耦矩阵T1，7-Park变换矩阵TPark，8-电流PI控制器，9-反Park变换矩阵TPark -1，10-反空间矢量解耦矩阵T1 -1，11-三角载波，12-PWM调制模块，13-取反模块；
图2为简化电动汽车用六相光储驱系统电路拓扑结构；
图3为电池电流、直流电源电流仿真结果；
图4为电机A相、U相电流仿真结果；
图5为电机转速、转矩仿真结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，一种电动汽车用六相光储驱系统控制方法。车顶光伏板1连接到六相对称永磁同步电机2的两个中性点之间，其中，车顶光伏板1的正极连接六相对称永磁同步电机相ABC的中性点，车顶光伏板1的负极连接六相对称永磁同步电机相UVW的中性点。六相逆变器3的输入端以及电容并联在车载电池4输出端，六相逆变器3的输出端连接六相对称永磁同步电机2。其控制方法包括如下步骤：
步骤1：在每一个控制周期中，采样六相对称永磁同步电机的转速n和转子位置电角度θe，将六相对称永磁同步电机参考转速n*与当前六相对称永磁同步电机转速n的差值en输入转速PI控制器，根据公式(1)计算出q轴电流参考值Iq *；
Figure BDA0002660754640000041
式中，knP和knI分别为转速PI控制器的比例增益和积分增益；s为复变量。
步骤2：采样当前六相对称永磁同步电机相电流IA、IB、IC、IU、IV、IW，利用空间矢量解耦矩阵T1，根据公式(2)将相电流转化为解耦电流Iɑ、Iβ、Ix、Iy、I01，并通过Park变换矩阵TPark，根据公式(3)将解耦电流Iɑ和Iβ转化为旋转坐标系电流Id、Iq。
Figure BDA0002660754640000042
Figure BDA0002660754640000043
步骤3：通过电流PI控制器8，对电流Id、Iq、Ix、Iy、I01进行闭环控制，得到相应的电压量Vd、Vq、Vx、Vy、V01。具体为：将六相对称永磁同步电机解耦电流Ik(k＝d、q、x、y、01)与其对应的参考值Ik *(k＝d、q、x、y、01)的差值eIk(k＝d、q、x、y、01)输入电流PI控制器，根据公式(4)计算出相应的电压量Vk(k＝d、q、x、y、01)；
Figure BDA0002660754640000051
式中，kIkP(k＝d、q、x、y、01)和kIkI(k＝d、q、x、y、01)分别为对应的电流PI控制器的比例增益和积分增益；s为复变量。
步骤4：通过反Park变换矩阵TPark -1，根据公式(5)将旋转坐标系电压量Vd、Vq转化为静止坐标系电压量Vɑ、Vβ，并利用反空间矢量解耦矩阵T1 -1，根据公式(6)将电压量Vɑ、Vβ、Vx、Vy、V01转化为相电压VA、VB、VC、VU、VV、VW。
Figure BDA0002660754640000052
Figure BDA0002660754640000053
步骤5：步骤4得到的相电压VA、VB、VC、VU、VV、VW与三角载波经过PWM调制后得到六相逆变器上桥臂开关管驱动信号S1、S2、S3、S7、S8、S9，对六相逆变器上桥臂开关管驱动信号取反得到六相逆变器下桥臂开关管驱动信号S4、S5、S6、S10、S11、S12。
如图2所示，本实施例中将车顶光伏板等效为直流电源，建立简化的电动汽车用六相光储驱系统电路拓扑结构，对本发明提出的一种电动汽车用六相光储驱系统控制方法进行验证。
本实施例中，本发明方法得到的电池电流、直流电源电流仿真波形如图3所示，在0.1s时通过控制六相电机的零序电流为-4A，进而控制直流电源输出电流为12A，此时电池电流由正变为负，证明电池由放电状态转化为充电状态，系统实现了在电动汽车行驶期间，通过直流电源对电池进行充电。并且可以从图中看出该方法动态响应时间约为0.03s，系统动态性能极佳。电机A相、U相电流仿真结果如图4所示，从图中可以看出，在整个运行过程，电机相电流始终保持正弦，另外，由于叠加在A相和U相上的零序电流相反，因此在电动汽车行驶期间通过直流电源对电池进行充电时，A相和U相电流幅值不等。电机转速、转矩仿真结果如图5所示，从图中可以看出，通过控制电机零序电流对电池进行充电时，电机的转速和转矩几乎不发生变化，满足应用需求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种电动汽车用六相光储驱系统控制方法，其特征在于：将车顶光伏板(1)连接到六相对称永磁同步电机(2)的两个中性点之间，所述车顶光伏板(1)的正极连接所述六相对称永磁同步电机(2)相ABC的中性点，所述车顶光伏板(1)的负极连接所述六相对称永磁同步电机(2)相UVW的中性点；所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：在每一个控制周期中，采样六相对称永磁同步电机(2)的转速n和转子位置电角度θe，利用转速PI控制器(5)，实时计算出q轴电流参考值Iq *；
步骤2：采样当前六相对称永磁同步电机(2)相电流IA、IB、IC、IU、IV、IW，利用空间矢量解耦矩阵T1(6)，将相电流转化为解耦电流Iɑ、Iβ、Ix、Iy、I01，并通过Park变换矩阵TPark(7)，将解耦电流Iɑ和Iβ转化为旋转坐标系电流Id、Iq；
步骤3：通过电流PI控制器(8)，对电流Id、Iq、Ix、Iy、I01进行闭环控制，得到对应的电压量Vd、Vq、Vx、Vy、V01；
步骤4：通过反Park变换矩阵TPark -1(9)，将旋转坐标系电压量Vd、Vq转化为静止坐标系电压量Vɑ、Vβ，并利用反空间矢量解耦矩阵T1 -1(10)将电压量Vɑ、Vβ、Vx、Vy、V01转化为相电压VA、VB、VC、VU、VV、VW；
步骤5：步骤4得到的相电压VA、VB、VC、VU、VV、VW与三角载波(11)经过PWM调制(12)后得到六相逆变器(3)上桥臂开关管驱动信号S1、S2、S3、S7、S8、S9，对六相逆变器(3)上桥臂开关管驱动信号取反(13)得到六相逆变器(3)下桥臂开关管驱动信号S4、S5、S6、S10、S11、S12。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用六相光储驱系统控制方法，其特征在于：所述步骤1中：将六相对称永磁同步电机参考转速n*与当前六相对称永磁同步电机转速n的差值en输入转速PI控制器，根据公式(1)计算出q轴电流参考值Iq *；
Figure FDA0002660754630000011
式中，knP和knI分别为转速PI控制器的比例增益和积分增益；s为复变量。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车用六相光储驱系统控制方法，其特征在于：所述步骤2中：根据公式(2)将相电流转化为所述解耦电流Iɑ、Iβ、Ix、Iy、I01，根据公式(3)将所述解耦电流Iɑ和Iβ转化为旋转坐标系电流Id、Iq；
Figure FDA0002660754630000021
Figure FDA0002660754630000022
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车用六相光储驱系统控制方法，其特征在于：所述步骤3具体包括：将六相对称永磁同步电机解耦电流Ik(k＝d、q、x、y、01)与其对应的参考值Ik *(k＝d、q、x、y、01)的差值eIk(k＝d、q、x、y、01)输入电流PI控制器(8)，根据公式(4)计算出对应的电压量Vk(k＝d、q、x、y、01)；
Figure FDA0002660754630000023
式中，kIkP(k＝d、q、x、y、01)和kIkI(k＝d、q、x、y、01)分别为对应的电流PI控制器的比例增益和积分增益；s为复变量。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车用六相光储驱系统控制方法，其特征在于：所述步骤4中，首先根据公式(5)将所述旋转坐标系电压量Vd、Vq转化为静止坐标系电压量Vɑ、Vβ，然后根据公式(6)将电压量Vɑ、Vβ、Vx、Vy、V01转化为相电压VA、VB、VC、VU、VV、VW；
Figure FDA0002660754630000024
Figure FDA0002660754630000025
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