CN113452304A - 集成boost变换器的电机控制器母线电压寻优控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了集成BOOST变换器的电机控制器母线电压寻优控制方法，所述电机控制器包括依次连接的BOOST变换器和逆变器，首先针对未集成BOOST变换器的电机控制器，获取不同母线电压下逆变器和电机的损耗；获取在不同母线电压下BOOST变换器的效率数据；针对集成BOOST变换器的电机控制器，分别获取不同母线电压下电驱动系统的系统效率数据，找出不同转速和功率下，最优母线电压和转速、功率的关系。本发明针对集成BOOST的电机控制器的电驱动系统的逆变器IGBT开关损耗及电机电磁损耗高，以至于电驱动系统效率偏低的问题，通过根据转速及功率变换母线电压的方式，有效降低损耗，提高电驱动系统效率。根据不同工况调节母线电压，提高电驱动系统效率。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车电驱动控制领域，尤其涉及一种集成BOOST变换器的电机控制器母线电压寻优控制方法。
背景技术
集成BOOST变换器的电机控制器能够实现对电池端电压进行升压以满足电机驱动的需求电压，其具有以下几种优势：
（1）基于同样体积和电压的电池，电驱动系统的输出扭矩和功率可以提升1.5～2.5倍；
（2）可以降低电池成本，同时弥补电池输出特性软和动态响应慢的缺点；
（3）可以通过调整BOOST变换器的输出电压来改善电驱动系统的工作效率。
当前集成BOOST的电机控制器的母线电压调节主要采用固定调节方式，即不考虑电驱动系统工况，无法根据工况实时动态调节母线电压，逆变器IGBT开关损耗及电机电磁损耗高，以至于电驱动系统无法工作在最优效率区。
发明内容
本发明目的是：提供一种集成BOOST变换器的电机控制器母线电压寻优控制方法，通过对BOOST变换器输出电压即母线电压在不同工况下进行实时动态调节，实现母线电压寻优，解决电驱动系统效率偏低的问题。
本发明的技术方案是：
一种集成BOOST变换器的电机控制器母线电压寻优控制方法，所述电机控制器包括依次连接的BOOST变换器和逆变器，方法包括：
S1、首先针对未集成BOOST变换器的电机控制器，获取不同母线电压下逆变器和电机的损耗；
S2、获取在不同母线电压下BOOST变换器的效率数据；
S3、针对集成BOOST变换器的电机控制器，分别获取不同母线电压下电驱动系统的系统效率数据，找出不同转速和功率下，最优母线电压和转速、功率的关系。
具体的，所述BOOST变换器、逆变器和电机组成电驱动系统；所述BOOST变换器采用三相桥臂电路，输入端接电池端电压，输出端为直流母线电压；所述逆变器采用三相半桥逆变器，逆变器输入端连接BOOST变换器输出端，逆变器输出交流电压，用于驱动电机。
优选的，步骤S1包括：
S1-1、确定母线电压步进幅度，将电池电压升高至不同目标电压，并将此电压作为母线电压；
S1-2、根据电机最大转矩选择转矩步进幅度，根据电机最高转速选择转速步进幅度；
S1-3、分别在S1-1的各母线电压下根据S1-2中步进的转矩和转速，在实验台架上进行电驱动系统效率测试，并记录逆变器效率数据和电机效率数据；
S1-4、根据S1-3中获取的不同母线电压下的逆变器效率数据和电机效率数据，计算逆变器损耗和电机损耗，分析损耗与母线电压及转速的关系。
优选的，步骤S2包括：
S2-1、确定母线电压步进幅度，将电池输入电压通过BOOST变换器升高至不同目标电压，并将此电压作为母线电压；
S2-2、根据电机最大转矩选择转矩步进幅度，根据电机最高转速选择转速步进幅度；
S2-3、分别在S2-1的各母线电压下根据S2-2中步进的转矩和转速，在实验台架上进行电驱动系统效率测试，并记录BOOST变换器效率数据；
S2-4、根据S2-3中获取的不同母线电压下的BOOST效率数据，分析BOOST变换器的效率与功率的关系。
优选的，步骤S1包括：
S3-1、确定母线电压步进幅度，将电池输入电压通过BOOST变换器升高至不同目标电压，并将此电压作为母线电压；
S3-2、根据电机最大转矩选择转矩步进幅度，根据电机最高转速选择转速步进幅度；
S3-3、分别在S3-1的各母线电压下根据S3-2中步进的转矩和转速，在实验台架上进行电驱动系统效率测试，并记录不同母线电压下电驱动系统的BOOST变换器、逆变器和电机的效率数据，并相加得出电驱动系统效率数据；
S3-4、根据S3-3中获取的不同母线电压下的系统效率数据,找出不同转速和功率下，最优母线电压和转速、功率的关系。
本发明的优点是：
本发明方案主要针对当前集成BOOST的电机控制器的电驱动系统的逆变器IGBT开关损耗及电机电磁损耗高，以至于电驱动系统效率偏低的问题，通过根据转速及功率变换母线电压的方式，有效降低损耗，提高电驱动系统效率。根据不同工况调节母线电压，提高电驱动系统效率。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为集成BOOST变换器的电机控制器组成的电驱动系统的结构图；
图2为实施例中得到的不带BOOST变换器时电机、逆变器损耗与母线电压及转速的关系图；
图3为实施例中得到的BOOST变换器效率与功率的关系图；
图4是实施例中集成BOOST变换器的电机控制器的电驱动系统的外特性曲线。
具体实施方式
如图1所示，为集成BOOST变换器的电机控制器组成的电驱动系统的结构图，电池供电给电驱动系统，首先控制器中的BOOST变换器将电池端电压Vbat升压为母线电压Vbus给逆变器，然后逆变器控制电机，最后电机输出转矩驱动整车。电驱动系统的效率主要受到电机效率和电机控制器效率影响。其中电机效率主要受到机械损耗、电磁损耗等影响，电机控制器主要受到IGBT损耗。因此电驱系统的效率主要受到电机、逆变器、BOOST的损耗及效率影响。
本发明提出的集成BOOST变换器的电机控制器母线电压寻优控制方法，包括以下步骤。
S1、本发明方法首先针对未集成BOOST变换器的电机控制器，获取不同母线电压下逆变器和电机的损耗，具体包括：
S1-1、确定母线电压步进幅度，将电池电压升高至不同目标电压，并将此电压作为母线电压；
S1-2、根据电机最大转矩选择转矩步进幅度，根据电机最高转速选择转速步进幅度；
S1-3、分别在S1-1的各母线电压下根据S1-2中步进的转矩和转速，在实验台架上进行电驱动系统效率测试，并记录逆变器效率数据和电机效率数据；
S1-4、根据S1-3中获取的不同母线电压下的逆变器效率数据和电机效率数据，计算逆变器损耗和电机损耗，分析损耗与母线电压及转速的关系。
图2为通过对实验数据进行处理，得到不带BOOST变换器的电驱动系统的电机损耗和逆变器损耗与母线电压及转速的关系图，图中横轴为转速，纵轴是损耗，由图可看出，电机和逆变器损耗均随着转速的升高而升高，另外对比不同母线电压下的损耗曲线，在低转速时，母线电压低，损耗低；在高转速时，母线电压高，损耗低。因此在低转速时，降低母线电压，在高转速时，升高母线电压均可降低损耗。
S2、获取在不同母线电压下BOOST变换器的效率数据，具体包括：
S2-1、确定母线电压步进幅度，将电池输入电压通过BOOST变换器升高至不同目标电压，并将此电压作为母线电压；
S2-2、根据电机最大转矩选择转矩步进幅度，根据电机最高转速选择转速步进幅度；
S2-3、分别在S2-1的各母线电压下根据S2-2中步进的转矩和转速，在实验台架上进行电驱动系统效率测试，并记录BOOST变换器效率数据；
S2-4、根据S2-3中获取的不同母线电压下的BOOST变换器效率数据，分析BOOST变换器的效率与功率的关系。
图3为通过对实验数据进行处理，得到BOOST变换器效率与功率的关系图，图中横轴为功率，纵轴为效率，由图可看出，在低功率区，BOOST变换器效率迅速升高；在高功率区，BOOST变换器效率基本稳定，且有缓慢下降的趋势。
S3、针对集成BOOST变换器的电机控制器，获取的不同母线电压下的系统效率数据，找出不同转速和功率下，最优母线电压和转速、功率的关系，具体包括：
S3-1、确定母线电压步进幅度，将电池输入电压通过BOOST变换器升高至不同目标电压，并将此电压作为母线电压；
S3-2、根据电机最大转矩选择转矩步进幅度，根据电机最高转速选择转速步进幅度；
S3-3、分别在S3-1的各母线电压下根据S3-2中步进的转矩和转速，在实验台架上进行电驱动系统效率测试，并记录不同母线电压下电驱动系统的BOOST变换器、逆变器和电机的效率数据，并相加得出电驱动系统效率数据；
S3-4、根据S3-3中获取的不同母线电压下的系统效率数据,找出不同转速和功率下，最优母线电压和转速、功率的关系。
图4是本实施例的集成BOOST的电机控制器的电驱动系统的外特性曲线。图中纵轴为转矩，横轴是转速，图中的散点区分最优母线电压的大小，其中V1<V2<V3<V4<V5。由图可看出，随着转速的增高，最优母线电压逐渐增大，但在高转速的低功率区，最优母线电压减小。因此，本方案中集成BOOST的电机控制器的电压调节采用母线电压随转速和功率变换动态调节的方式，以提高电驱动系统的效率。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.集成BOOST变换器的电机控制器母线电压寻优控制方法，所述电机控制器包括依次连接的BOOST变换器和逆变器，其特征在于，方法包括：
S1、首先针对未集成BOOST变换器的电机控制器，获取不同母线电压下逆变器和电机的损耗；
S2、获取在不同母线电压下BOOST变换器的效率数据；
S3、针对集成BOOST变换器的电机控制器，分别获取不同母线电压下电驱动系统的系统效率数据，找出不同转速和功率下，最优母线电压和转速、功率的关系。
2.根据权利去要求1所述的集成BOOST变换器的电机控制器母线电压寻优控制方法，其特征在于，所述BOOST变换器、逆变器和电机组成电驱动系统；所述BOOST变换器采用三相桥臂电路，输入端接电池端电压，输出端为直流母线电压；所述逆变器采用三相半桥逆变器，逆变器输入端连接BOOST变换器输出端，逆变器输出交流电压，用于驱动电机。
3.根据权利去要求2所述的集成BOOST变换器的电机控制器母线电压寻优控制方法，其特征在于，步骤S1包括：
S1-1、确定母线电压步进幅度，将电池电压升高至不同目标电压，并将此电压作为母线电压；
S1-2、根据电机最大转矩选择转矩步进幅度，根据电机最高转速选择转速步进幅度；
S1-3、分别在S1-1的各母线电压下根据S1-2中步进的转矩和转速，在实验台架上进行电驱动系统效率测试，并记录逆变器效率数据和电机效率数据；
S1-4、根据S1-3中获取的不同母线电压下的逆变器效率数据和电机效率数据，计算逆变器损耗和电机损耗，分析损耗与母线电压及转速的关系。
4.根据权利去要求3所述的集成BOOST变换器的电机控制器母线电压寻优控制方法，其特征在于，步骤S2包括：
S2-1、确定母线电压步进幅度，将电池输入电压通过BOOST变换器升高至不同目标电压，并将此电压作为母线电压；
S2-2、根据电机最大转矩选择转矩步进幅度，根据电机最高转速选择转速步进幅度；
S2-3、分别在S2-1的各母线电压下根据S2-2中步进的转矩和转速，在实验台架上进行电驱动系统效率测试，并记录BOOST变换器效率数据；
S2-4、根据S2-3中获取的不同母线电压下的BOOST效率数据，分析BOOST变换器的效率与功率的关系。
5.根据权利去要求4所述的集成BOOST变换器的电机控制器母线电压寻优控制方法，其特征在于，步骤S1包括：
S3-1、确定母线电压步进幅度，将电池输入电压通过BOOST变换器升高至不同目标电压，并将此电压作为母线电压；
S3-2、根据电机最大转矩选择转矩步进幅度，根据电机最高转速选择转速步进幅度；
S3-3、分别在S3-1的各母线电压下根据S3-2中步进的转矩和转速，在实验台架上进行电驱动系统效率测试，并记录不同母线电压下电驱动系统的BOOST变换器、逆变器和电机的效率数据，并相加得出电驱动系统效率数据；
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