[发明专利]一种基于ESO的纯电动汽车母线电容放电系统及方法

权利要求书

1.一种基于ESO的纯电动汽车母线电容放电系统，其特征在于，包括动力电池、断路器、DC/DC变换器、母线电容、逆变器、永磁同步电机和控制器；所述DC/DC变换器的输入侧接动力电池，DC/DC变换器的输出侧与母线电容、逆变器三者并联；逆变器输出侧接三相永磁同步电机；断路器设置在动力电池的动力输出电路上；

所述的控制器包括：

第一坐标系变换模块，其用于采集永磁同步电机的三相电流并将其进行坐标转换，得到实时测量的d轴电流和q轴电流；

PI控制器模块，其用于根据d轴电流、q轴电流的给定值和实时测量值，根据给定值和实时测量值的误差，计算d轴和q轴对应的需要施加到逆变器的电压值；

第二坐标系变换模块，其用于将PI控制器模块输出的d轴和q轴的电压值转换为α和β坐标系下的电压值；

SVPWM控制模块，其用于根据α和β坐标系下的电压值，采用SVPWM控制算法对逆变器进行控制；

ESO模块，其用于对永磁同步电机的总损耗功率进行观测，并对q轴电流进行前馈补偿；所述的ESO模块表示为：

其中，e_P为母线电容能量的估计值和反馈值之间的误差，为母线电容能量的估计值，P_c为母线电容能量的实际值，表示母线电容能量的估计值的导数，为总损耗功率的估计值，是总损耗功率的估计值的导数；β₁和β₂为增益系数，α₁和α₂为阶数，δ₁和δ₂为可调因子，fal(·)表示fal函数，g(ω)是与转速相关的非线性函数；u表示输入值，此处即为q轴电流的给定值；

状态切换模块，其用于控制ESO模块的使能与否。

2.一种基于权利要求1所述的纯电动汽车母线电容放电系统的放电方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型，建立基于母线电容存储的系统能量模型，并针对系统能量模型建立基于扩张状态观测器的观测模型；

(2)当发生紧急情况时，断开断路器，进入放电状态，在PI控制器模块对应的d轴和q轴分别给定一固定电流值和状态切换模块切换到第一状态，ESO模块不使能，且并实时获取母线电压值和永磁同步电机转速值；

(3)当母线电压下降到预设的安全电压值时，状态切换模块切换到第二状态，ESO模块使能，由ESO的控制律得到q轴电流的最终给定值，从而将母线电压一直维持在安全电压值，直至永磁同步电机转速值达到预设的安全转速值；

(4)状态切换模块切换到第一状态，ESO模块不使能，且逐渐变为0。

3.根据权利要求2所述的纯电动汽车母线电容放电系统的放电方法，其特征在于，所述的永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型，表示为：

其中，i_d、i_q分别是永磁同步电机的d轴电流和q轴电流，v_d、v_q分别是永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，L_d、L_q分别是永磁同步电机的d轴电感和q轴电感，R_s为定子相电阻，ω_m是机械角速度，ω_e是电气角速度，n_p是极对数，ψ_m是永磁体磁链，B_m是摩擦系数，J是永磁同步电机的转动惯量，T_e是电磁转矩，C是母线电容值，P_switch为开关损耗，v_dc和i_dc分别是母线电压和电流。

4.根据权利要求3所述的纯电动汽车母线电容放电系统的放电方法，其特征在于，所述母线电容存储的系统能量模型，表示为：

其中，左侧的P_c代表母线电容的存储能量，右侧第一项表示永磁同步电机输出的电磁功率，右侧第二项表示逆变器的开关损耗功率，右侧第三项表示永磁同步电机的电阻消耗的功率，右侧第四项表示永磁同步电机等效电感上储存的能量。