基于开绕组电机的增程式电动车动力系统构型及其功率分配

doi:10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190955

摘要/Abstract

摘要：

为利用开绕组永磁同步电机在双能量源间功率分配的灵活性，提出一种新型电动汽车动力系统构型，实现了从功率分配指令形成到指令跟随的过程。首先提出基于模糊控制的期望功率计算方法，使主能量源工作在高效区，并在电机控制层面基于双逆变器电压矢量模型，然后提出精确功率跟随、线性分配两种分配方法，实现主、次能量源期望功率的跟随。仿真结果表明：在电压矢量分配方法下，电机转速、转矩跟随效果良好，且转矩波动幅度限制在3 N·m以内。

关键词: 增程式电动车辆, 开绕组电机, 模糊控制, 矢量控制, 功率分配

Abstract:

A new type of electric vehicle powertrain configuration was proposed in order to make use of the flexibility of open-winding permanent magnet synchronous motor in power distribution between dual energy sources， and realized the process from power distribution instruction formation to instruction following under this configuration. First， an expected power calculation method based on fuzzy control is proposed to make the main energy source work in high efficiency zone. Then， at the level of motor control， based on the voltage vector model of dual inverters， two distribution methods， namely precise power following and linear distribution， are proposed to realize the expected power following of primary and secondary energy sources. The simulation results show that under the voltage vector distribution method， the motor speed and torque follow well， and the torque fluctuation is limited within 3 N·m.

Key words: extended-range electric vehicles, open winding motor, fuzzy control, vector control, power allocation

中图分类号:

TM351

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图/表 23

图1

图2

图3

表1

图4

表2

图5

图6

图7

图8

图9

表3

扇区划分"

N	$θ$ /(o)	N	$θ$ /(o)
1	[0,60]	4	[180,240]
2	[60,120]	5	[240,300]
3	[120,180]	6	[300,360]

表3

表4

各扇区对应解析式"

扇区号	解析表达式	扇区号	解析表达式
1	$y = - 3 x + 2 V d c$	4	$y = - 3 x - 2 V d c$
2	$y = 2 / 2 V d c$	5	$y = - 2 / 2 V d c$
3	$y = 3 x + 2 V d c$	6	$y = 3 x - 2 V d c$

表4

图10

图11

图12

图13

表5

驱动系统基本参数"

对象	类型	参数
求解器	求解类型	离散系统
求解器	采样时间 $T s$ /s	5 × 10^-7
电机	电机类型	永磁同步电机
	极对数 $p 0$	4
	定子电阻 $R s$ /Ω	0.1
	永磁磁链的基本幅值 $ψ f$ /Wb	0.2
	额定转速/(r·min^-1)	8000
	额定转矩/(N·m)	85
	最大功率/kW	80
	d轴、q轴电感[ $L d$ , $L q$ ]/F	[0.0012,0.0015]
	转子的转动惯量 $J m$ /(kg·m^-2)	0.011
	库伦黏性阻力系数	[0.001,0.0005]
逆变器	导通电阻 $R o n$ /Ω	0.01
	前向压降 $V f$ /V	0.8
	每相电流容量 $i m a x$ /A	160
能量源	主、次能量源直流母线电压[ $V d c 1$ , $V d c 2$ ]/V	[300,200]

表5

表6

电压矢量分配模式"

电压矢量分配模式	具体情况	模式号
精确功率跟随	逆变器1功率跟随偏差 $D P i n v 1_A F = 0$	0
精确功率跟随	逆变器1功率跟随偏差 $D P i n v 1_A F ≠ 0$	-1
线性分配方法	逆变器1功率跟随偏差 $D P i n v 1_L P = 0$	-2
	逆变器1功率跟随偏差 $D P i n v 1_L P ≠ 0$ ，但 $u s * ?$ 可以被合成	-3
	$u s * ?$ 无法被合成	-4

表6

图14

图15

图16

图17

参考文献 18

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SOC	需求功率	逆变器1期望功率
高	低	低
高	较低	低
高	中	低
高	较高	低
高	高	较高
中	低	低
中	较低	低
中	中	低
中	较高	较高
中	高	较高
低	低	低
低	较低	中
低	中	中
低	较高	较高
低	高	高

参数	数值
长×宽×高/mm×mm×mm	4600×1785×1435
整备质量/kg	1550
满载质量/kg	1930
迎风面积/m²	2.56
空气阻力系数	0.28
轮胎滚动半径/mm	307
电池组持续放电功率/kW	660
滚动阻力系数	0.015
减速器总速比	88.28
发动机额定功率/kW	555
传动系效率	0.95
电机最大功率/kW	80