[发明专利]一种电动车控制器及控制方法

说明书

本发明涉及一种电动车控制器及控制方法，它是基于对电机转子速度或位置的精确检测，针对电机以转矩控制为核心，功率控制和速度控制相结合的系统控制策略，提高对电流和速度的控制精度，从而保证电机控制的优越性能。基于精确的电流和磁场位置检测，实现真正的闭环矢量控制，电流和速度控制精准，不会产生较大电流尖峰，MOSFET受冲击小；过载时效率高，频繁启动和爬坡状态下效率高，发热小，配合内部温度和功率优化调节曲线，有效保护驱动器和电机免遭损坏。鉴于以上理由，本发明可以广泛用于电动车领域。

技术领域

本发明涉及电动车领域，特别是关于一种电动车控制器及控制方法。

背景技术

随着石油资源的减少和人们环保意识的提高，电动车以其零排放、低噪音和高效率等优点而越来越受到人们的重视。电动车较内燃机车结构简单，机械传动部件少，维修保养工作量小，且电动车易于操控，电动车发展与应用前景令人瞩目。

目前，普遍采用的电动车控制器及其控制方法有以下几种：

1、有刷直流电机控制器

简单PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制技术)脉宽调速，大多采用专用芯片或模拟电路设计，价格便宜，控制简单，发展已非常成熟，但控制精度低、保护措施弱。实际应用时需要电机换向(即前进或倒车)情况下，都必须有外部装置电磁接触器，可靠性低，只能配合有刷直流串励/他励或有刷永磁电机使用。

2、基于开关霍尔的方波控制器

采用低价位的8位或16位微处理器设计，通过开关霍尔元件实现电机磁场换向和速度反馈，调节PWM占空比进行电机调速，电流环使用开环控制，控制电源多采用线性电源。这种方案技术成熟，成本低廉，但方波控制器在电流换向过程中，易产生转矩波动，电磁噪声也较大，且仅通过开关霍尔元件的六个状态进行一个磁极内的转矩控制，使得磁场控制精度低，损耗较大，效率较低，过载能力弱，对于车类负载不确定的情况下，容易导致功率器件损坏，续航里程也短。

3、基于开关霍尔的正弦波控制器

此类控制器采用类似方波控制器的硬件结构，使用矢量控制算法，通过开关霍尔元件和当前速度预估当前电角度位置，电流检测手段上各有区别：如在母线上采用单电阻采样，使用电流重构技术作为电流反馈；采用母线采样电阻和一相下桥臂采样电阻采样电流；采用两相下桥臂采样电阻采样电流；其它也有直接采样两相相电流模式。此类控制器的最大特点就是通过最简单的手段实现磁场的精确检测，达到电流的精确控制，控制效率高，转矩波动小，续航里程大大提高，但启动仍然使用方波启动，低速控制效率提高不明显。

4、基于位置传感器的正弦波控制器

此类控制器控制手段也是矢量控制技术，只是角度检测和速度反馈使用位置传感器，使得控制启动性能和低速性能得到大大提高，但车类常用传感器是旋转变压器，其可靠性高，但价格贵，也只在高速纯电动汽车和客车上得以广泛应用，三轮车和低速电动汽车上还是用不起。

综上可知，目前市场上普遍应用的控制器，采用的大多是基于开关霍尔元件作为位置传感器(只能检测换向点，不能反馈精确的转子磁场方向)的半开环正弦控制方式；控制器大都无精确的电机电流和转子角度反馈，属于半开环控制，电流尖峰大，导致MOSFET击穿概率增加；大扭矩时电机效率低，频繁启动和爬坡运行时发热量大，控制器和电机烧坏概率增加；采用旋转变压器作为位置传感器时，又价格贵，只能用在高速电动汽车和大型客车上。

当前控制器导致的电动车存在问题：1)启动不平稳，转矩控制精度低，零速或低速时不能输出大转矩；2)爬坡性能较差，且连续过载能力弱；3)续航里程不长，高效率(80％以上)范围窄；4)过温、连续过载等恶劣状态时，不能保护好电机和驱动器；5)不能实时监测母线电压和母线电流，对欠电压、母线电流过放电没有保护好。

发明内容