[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

说明书

一种基于ESO的纯电动汽车母线电容放电系统及方法，该系统主要包括控制器、动力电池、断路器、DC/DC变换器、母线电容、逆变器和三相永磁同步电机。该方法将永磁同步电机绕组作为能量泄放器。该方法将放电过程分为三个阶段，首先在弱磁降压阶段通过在d轴施加一固定电流，使母线电压迅速下降到安全电压，系统进入恒压阶段；在恒压阶段采用ESO对系统放电阶段的总损耗进行观测，并进行前馈补偿，将母线电压稳定在安全电压，当转速降至安全转速以下，进入自由减速阶段，d轴和q轴电流逐渐减小到0；通过上述三个阶段，实现了紧急情况下纯电动汽车驱动系统母线电容安全、快速地放电，避免了母线电压出现浪涌现象，具有鲁棒性强，安全性高。

技术领域

本发明涉及一种母线电容放电方法，具体来说涉及一种基于ESO的纯电动汽车母线电容放电系统及方法。

背景技术

由于永磁同步电机具有功率密度高、效率高和控制简单，在纯电动汽车动力驱动中获得了越来越广泛的应用。电动汽车驱动系统主要包括电机、电机驱动器和电机控制器，其中电机驱动器又包括三相逆变器、双向DC/DC功率变换器、母线电容以及在电池和电容之间的断路器。驱动器中的母线电容具有平波和功率交换的作用；在电动汽车行驶过程中，遇到突发情况(例如车祸)时，驱动器的断路器会迅速动作，切断电池和驱动器之间的连接，防止对乘客造成二次伤害。根据联合国车辆监管条例ECE R94，在发生紧急情况下，断路器应迅速断开，并且驱动系统的电压要在5s内迅速降低到安全电压(vsafe，通常为60V)。但目前电动汽车的电压等级越来越高，例如特斯拉Model 3和蔚来ES8汽车的电池电压都是350V，所以在紧急情况下将驱动系统电压降至安全电压的快速性和安全性显得尤为重要。

一般遇到紧急情况时，电动汽车永磁同步电机驱动器会关闭功率管，防止产生其他问题，但这会造成母线电容中的能量无法释放，将母线电压维持在一个危险的高压水平。所以目前主要有三种放电策略，一种是在母线电容和电池之间增加放电回路，但这会增加驱动器的成本和体积；第二种是将三相驱动器短路，从而使能量消耗在三相驱动器功率器件上，但这样存在放电电流不可控，会损毁三相驱动器的功率器件；还有一种是将永磁同步电机绕组作为放电电阻，将能量耗散在绕组上，该方法具有结构简单，成本低和可靠性高等优点，但可能会存在母线电压浪涌现象以及放电速度慢的问题。

ESO(Extended State Observer，扩张状态观测器)可以对系统中所有的内部、外部以及未建模动态都进行估计，可以实现对系统所有未知部分的实时估计和补偿，所以应用于电动汽车母线电容放电可以实现对系统所有损耗的估计和补偿，实现母线电压的稳定和抑制浪涌，提高了系统的鲁棒性。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于ESO的纯电动汽车母线电容放电系统及方法，本方法具有放电速度快、鲁棒性强和不产生浪涌电压等优点，通过扩张状态观测器观测系统总损耗功率，在转速下降到安全转速前将母线电压稳定在安全电压，抑制了母线电压浪涌现象，提高了系统抗参数摄动和外界扰动能力，缩短了母线电压放电时间。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的其中一个目的在于提供一种基于ESO的纯电动汽车母线电容放电系统，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轴的电压值转换为坐标系下的电压值；