CN206812804U

CN206812804U - 一种电动汽车用异步电机控制和监测系统

Info

Publication number: CN206812804U
Application number: CN201720557133.8U
Authority: CN
Inventors: 王康; 陈庆樟; 王正义
Original assignee: Changshu Institute of Technology
Current assignee: Changshu Institute of Technology
Priority date: 2017-05-18
Filing date: 2017-05-18
Publication date: 2017-12-29
Anticipated expiration: 2027-05-18

Abstract

一种电动汽车用异步电机控制和监测系统，属于控制和监测技术领域。包括异步电机、直流电源、超级电容、数字信号处理器、三相电压逆变器、中央处理器、控制器、制动监测系统、电机发电转换器、整流器、能量回收调节器以及行车电脑，异步电机与数字信号处理器、三相电压逆变器、电机发电转换器以及整流器连接，数字信号处理器与三相电压逆变器、中央处理器、控制器以及制动监测系统连接，三相电压逆变器与直流电源以及超级电容连接，中央处理器与行车电脑连接，控制器与能量回收调节器以及电机发电转换器连接。优点：能够实现对异步电机便捷、高效、稳定的控制，且能实时掌握异步电机的运行状态信息，可以回收汽车在制动时产生的能量。

Description

一种电动汽车用异步电机控制和监测系统

技术领域

本实用新型属于控制和监测技术领域，具体涉及一种电动汽车用异步电机控制和监测系统。

背景技术

随着资源危机和环境污染等问题的日趋严重，新能源汽车逐步成为了人们关注的热点。电动汽车利用电机系统驱动行驶，利用电机取代传统汽车发动机并将电能转化为机械能，由此减少车辆对石油能源的依赖，是解决国家能源安全问题的一个重要手段。电机驱动系统决定电动汽车的各项运行性能。异步电机因具有价格低、体积小、重量轻、运行可靠、环境适应性好、转矩脉动小等优点而被广泛地应用于电动汽车的电机驱动系统中。在异步电机的变频调速控制中通常使用脉冲宽度调制（PWM）。其中，正弦脉冲宽度调制（SPWM）控制由于只能将三相电压逆变器所输出的电压近似成正弦波，因此抑制谐波的能力有限。而电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制可以将三相电压逆变器和异步电机连为一体，通过控制电机而获得幅值恒定的旋转磁场，因此能明显减少异步电机的谐波损耗，降低转矩脉动。在现有的SVPWM控制技术中，采用单片机来实现异步电机的变频调速，数字控制不会出现模拟电路中经常遇见的零点漂移问题，然而其控制精度仍有提升空间。在异步电机工作时，为更详细、准确获得电机工作时的状态信息，并及时反馈以满足对控制系统的实时精准控制，提高控制精度，需要对电机运行状态进行实时监测，进而提高电动汽车行驶的平顺性、舒适性、安全性、环境适应性等性能。

另一方面，电动汽车自诞生以来，其续航能力一直是研究者们关注的重点。除了改进蓄能和驱动方式之外，制动能量回收也是提高续航能力的重要方式之一。制动能量回收就是把电动汽车电机无用的、不需要的惯性转动所产生的动能转化为电能，并回馈至蓄电池中。研究表明，在行驶工况变化比较频繁的路段，采用制动能量回收大约可提高电动汽车20%的一次充电续航能力。

鉴于上述已有技术，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种电动汽车用异步电机控制和监测系统，能够实现对异步电机便捷、高效、稳定的控制，且能实时掌握异步电机的运行状态信息，对运行故障进行及时的诊断和报警，从而进一步提高控制的准确性。

本实用新型的目的是这样来达到的，一种电动汽车用异步电机控制和监测系统，其特征在于：包括异步电机、直流电源、超级电容、数字信号处理器、三相电压逆变器、中央处理器、控制器、制动监测系统、电机发电转换器、整流器、能量回收调节器以及行车电脑，所述的异步电机与数字信号处理器、三相电压逆变器、电机发电转换器以及整流器连接，数字信号处理器与三相电压逆变器、中央处理器、控制器以及制动监测系统连接，三相电压逆变器与直流电源以及超级电容连接，中央处理器与行车电脑连接，控制器与能量回收调节器以及电机发电转换器连接，能量回收调节器与超级电容、直流电源以及整流器连接。

在本实用新型的一个具体的实施例中，所述的异步电机内设有信号监控系统，所述的信号监控系统包括电压传感器、电流传感器、光电编码器、温度传感器以及第一A/D转换器，电压传感器、电流传感器、光电编码器以及温度传感器与第一A/D转换器连接，分别将监测得到电机电压、电流、转速、温度的模拟信号传输至第一A/D转换器转换为数字信号后，再传输至所述的数字信号处理器。

在本实用新型的另一个具体的实施例中，所述的制动监测系统包括加速度传感器、位移传感器和第二A/D转换器，加速度传感器以及位移传感器与第二A/D转换器连接，分别将监测得到的电动汽车当前制动加速度以及制动踏板位移量的模拟信号传输至A/D转换器转换为数字信号后，再传输至所述的数字信号处理器。

在本实用新型的又一个具体的实施例中，所述的行车电脑通过蓝牙连接手机。

在本实用新型的再一个具体的实施例中，所述的行车电脑通过GPRS连接外部监控中心。

本实用新型由于采用了上述结构，与现有技术相比，具有的有益效果是：采用数字信号处理器对电动汽车用异步电机进行控制，可以实现对异步电机便捷、高效和稳定的控制；带有制动能量回收功能，可以回收汽车在制动时产生的能量，并转化为电能为电动汽车供电，提高电动汽车的一次充电续航能力，而且制动能量回收可以根据电动汽车不同的制动状态，调节电能回收的电路，将电能回收至直流电源或超级电容中，在急刹车时将电能回收至超级电容中，利用超级电容提供再次加速或启动中的电能，可降低直流电源在加速或启动时的负担；监测系统可以及时反馈异步电机以及汽车运行的状态信息，进一步提高异步电机控制的准确性；可以明显提高电动汽车行驶过程中的平顺性、舒适性、安全性、环境适应性等性能，设计合理、应用方便。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图。

图2为本实用新型所述的异步电机的驱动和制动控制电路原理图。

具体实施方式

申请人将在下面结合附图对本实用新型的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本实用新型构思作形式而非实质的变化都应当视为本实用新型的保护范围。

请参阅图1，本实用新型涉及一种电动汽车用异步电机控制和监测系统，包括异步电机、直流电源、超级电容、数字信号处理器、三相电压逆变器、中央处理器、控制器、制动监测系统、电机发电转换器、整流器、能量回收调节器以及行车电脑，其中，所述的异步电机内设有信号监控系统。异步电机、直流电源、三相电压逆变器以及中央处理器为电动汽车原有装置；超级电容、数字信号处理器、控制器、制动监测系统、电机发电转换器、整流器、能量回收调节器以及行车电脑都可采用现有的常规器件。

所述的异步电机与数字信号处理器、三相电压逆变器、电机发电转换器以及整流器连接。数字信号处理器与三相电压逆变器、中央处理器、控制器以及制动监测系统连接，中央处理器与行车电脑连接。所述的信号监控系统包括电压传感器、电流传感器、光电编码器、温度传感器以及第一A/D转换器，电压传感器、电流传感器、光电编码器以及温度传感器与第一A/D转换器连接，分别将监测得到电机电压、电流、转速、温度的模拟信号传输至第一A/D转换器转换为数字信号后，再传输至所述的数字信号处理器。所述的制动监测系统包括加速度传感器、位移传感器和第二A/D转换器，加速度传感器以及位移传感器与第二A/D转换器连接，分别将监测得到的电动汽车当前制动加速度以及制动踏板位移量的模拟信号传输至A/D转换器转换为数字信号后，再传输至所述的数字信号处理器。信号监控系统和制动监测系统均可通过常规技术来实现，此处省略赘述。三相电压逆变器与直流电源以及超级电容连接，三相电压逆变器将直流电源或超级电容提供的直流电转化为交流电，为异步电机供电。控制器与能量回收调节器以及电机发电转换器连接，能量回收调节器与超级电容、直流电源以及整流器连接。图2示意了具体的异步电机的驱动和制动控制电路原理图。

异步电机的工作状态分为驱动状态和制动能量回收发电状态。

在驱动状态下，所述的控制器接受驾驶员发出的驱动信号，然后对数字信号处理器输出驱动信号。数字信号处理器在得到驱动信号后，通过电压空间矢量脉宽调制控制的方式控制异步电机运转。同时，数字信号处理器将异步电机内信号监控系统监测得到的数字信息与额定范围或设定值比对后，传输至中央处理器进行处理，中央处理器将处理结果传输至行车电脑进行显示。所述的行车电脑通过蓝牙连接手机，向手机实时传输异步电机当前电压、电流、转速、温度的信息。若行车电脑向当前驾驶人员发出危险警报提醒，则该警报信号也通过蓝牙传输至使用者手机上，由手机向使用者发出危险警报提醒。另外，行车电脑还通过GPRS连接外部监控中心，也向监控中心实时传输异步电机当前电压、电流、转速、温度的信息，在监控中心可以实时监控异步电机运转以及汽车运行状态信息，对电动汽车行驶时的各项参数进行分析，并结合路况信息为驾驶员规划最优的驾驶策略。

在制动能量回收发电状态下，所述的控制器接收驾驶员发出的制动信号后，立即停止对数字信号处理器输出驱动信号，并对电机发电转换器发出转换信号，电机发电转换器在得到转换信号后，控制异步电机转换为发电机，回收电动汽车制动时能量。整流器将发电机产生的交流电转化为直流电，该直流电通过能量回收调节器被存储至直流电源或超级电容中。制动监测系统实时监测当前制动加速度和制动踏板位移量，并实时传输至数字信号处理器，数字信号处理器将当前制动加速度和制动踏板位移量与预设的位移量及位移时间进行比对，判定制动状态。

制动状态被设置有两种状态，分别为紧急制动刹车和正常制动刹车。若当前制动加速度大于或等于2.0m/s²且制动踏板转动到极限位置时，则判断为紧急制动状态；若当前制动加速度小于2.0m/s²且制动踏板未转动到极限位置时，则判断为正常制动刹车状态。

当制动状态处于急刹车状态时，数字信号处理器向控制器发出紧急制动的信号，控制器再将该信号传输至能量回收调节器，能量回收调节器在得到紧急制动信号后，使超级电容回收电路打开，而直流电源回收电路关闭，这样回收的直流电将全部储存于超级电容中，供电动汽车再次加速或启动时使用，从而能够降低直流电源在加速或启动时的负担。当制动状态处于正常制动刹车状态时，数字信号处理器向控制器发出正常制动的信号，控制器再将该信号传输至能量回收调节器，能量回收调节器在得到正常制动信号后，使直流电源回收电路打开，而超级电容回收电路关闭，这样回收的直流电全部储存于直流电源中。

在制动能量回收发电状态下，异步电机内信号监控系统也同时对异步电机当前电压、电流、转速、温度的信息进行实时监测。具体实施步骤同驱动状态下的步骤。

由此，就实现了对异步电机便捷、高效和稳定的控制，并且可以回收电动汽车在制动时产生的能量，提高电动汽车一次充电续航能力。根据制动状态的不同，可将电能回收至直流电源或超级电容中，利用超级电容提供再次加速或启动用的电能，以此降低直流电源在加速或启动时的负担。另外，还实现了对异步电机以及电动汽车运行状态信息的及时反馈，进一步提高控制的准确性，使得电动汽车在行驶中的平顺性、舒适性、安全性、环境适应性等性能更好。

Claims

1.一种电动汽车用异步电机控制和监测系统，其特征在于：包括异步电机、直流电源、超级电容、数字信号处理器、三相电压逆变器、中央处理器、控制器、制动监测系统、电机发电转换器、整流器、能量回收调节器以及行车电脑，所述的异步电机与数字信号处理器、三相电压逆变器、电机发电转换器以及整流器连接，数字信号处理器与三相电压逆变器、中央处理器、控制器以及制动监测系统连接，三相电压逆变器与直流电源以及超级电容连接，中央处理器与行车电脑连接，控制器与能量回收调节器以及电机发电转换器连接，能量回收调节器与超级电容、直流电源以及整流器连接。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用异步电机控制和监测系统，其特征在于所述的异步电机内设有信号监控系统，所述的信号监控系统包括电压传感器、电流传感器、光电编码器、温度传感器以及第一A/D转换器，电压传感器、电流传感器、光电编码器以及温度传感器与第一A/D转换器连接，分别将监测得到电机电压、电流、转速、温度的模拟信号传输至第一A/D转换器转换为数字信号后，再传输至所述的数字信号处理器。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车用异步电机控制和监测系统，其特征在于所述的制动监测系统包括加速度传感器、位移传感器和第二A/D转换器，加速度传感器以及位移传感器与第二A/D转换器连接，分别将监测得到的电动汽车当前制动加速度以及制动踏板位移量的模拟信号传输至A/D转换器转换为数字信号后，再传输至所述的数字信号处理器。

4.根据权利要求1所述的一种电动汽车用异步电机控制和监测系统，其特征在于所述的行车电脑通过蓝牙连接手机。

5.根据权利要求1所述的一种电动汽车用异步电机控制和监测系统，其特征在于所述的行车电脑通过GPRS连接外部监控中心。