[发明专利]电励磁双凸极电机驱动充电系统多模态能量回馈控制方法

说明书

本发明公开了一种分段励磁绕组结构的电励磁双凸极电机驱动充电一体化系统及其能量回馈控制方法，在复用励磁绕组的电励磁双凸极电机驱动充电一体化系统结构基础上，在前级DC/DC变换器中增加开关Ssubgt;a/subgt;、Ssubgt;b/subgt;，对单段励磁绕组Fsubgt;2/subgt;进行控制，实现制动运行状态下的多模态能量回馈控制以及对制动运行状态下系统直流侧母线电压的稳定控制，维持励磁电流恒定，提高了系统制动状态的稳定性和安全性。

技术领域

本发明属于电机系统及控制领域，尤其涉及一种电励磁双凸极电机驱动充电一体化系统及其多模态能量回馈控制方法。

背景技术

随着传统汽车带来的资源短缺、环境污染问题愈发严重，而科技的日新月异使得新能源电动汽车越来越普及，电动汽车以其污染小、噪声低、节能环保等诸多优点，在汽车领域中所占比重越来越大。电机驱动系统是电动汽车的关键组成部分，它的性能直接关系到电动汽车的动力性能与转化效率。目前主流的电动汽车驱动电机分别为：永磁电机、开关磁阻电机、感应电机，它们在其驱动性能上各有优劣。开关磁阻电机结构简单且坚固，制造成本低，运行可靠性高，然而，开关磁阻电机存在明显的转矩脉动，影响驱动稳定性。永磁电机以其功率密度高、低速性能好等优点成为市面上应用最广泛的电动汽车驱动电机，然而，永磁体价格昂贵，大幅度增加电机成本，并且在高温环境下存在退磁现象，致使电机驱动系统的运行稳定性下降。感应电机具有可靠性高，结构简单，成本低等优点，其优越的弱磁调速性能能够满足电动汽车宽速度范围运行要求，并且在高温等恶劣环境下仍可保持较高的可靠性，但是较低的功率密度限制了其应用范围。

电动汽车的能量回馈又称为再生制动，该过程将车辆制动时的动能转化为电能并存储到蓄电池中加以利用。研究表明，在市内道路环境下，电动汽车中20％左右的能量被消耗于频繁的起动、制动过程中，如果能将这部分能量回收利用，则可以在很大程度上缓解电动汽车续航里程较短的压力。制动能量回馈技术作为电动汽车的关键技术之一，能够提高系统的稳定性和安全性，对节能减排和车辆的安全性有不可替代的作用。

专利CN201711445250.6发明了一种复用励磁绕组的电励磁双凸极电机驱动充电一体化系统。电励磁双凸极电机作为一种新型电机，具有结构简单、牢固、容错能力强的特点，在功率密度、转矩脉动等方面具有比开关磁阻电机更大的优势，在电动汽车的驱动电机应用中具有广阔的前景。上述专利中的驱动充电一体化系统采用分裂式励磁绕组，复用励磁绕组为前级DC/DC变换器中的电感，复用电枢绕组为充电状态时三相桥式整流器的滤波电感，使电励磁双凸极电机能够适用于电动汽车驱动充电一体化系统。驱动运行时两段励磁绕组并联导通，能够通过调节励磁电流大小实现电机宽转速范围运行；充电运行时通过前级DC/DC构建充电回路，使得两段励磁绕组并联且电流流向相反，消除电磁转矩；减速运行时能够实现电磁制动，将能量回馈电池，增加能量利用率，但是会改变励磁电流流向，该换向过程会影响系统的动态性能，降低系统的稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在制动过程中，将能量回馈电池，且不改变励磁电流流向。从而本发明提出了一种电励磁双凸极电机驱动充电一体化系统及其多模态能量回馈控制方法，在复用励磁绕组的电励磁双凸极电机驱动充电一体化系统的前级DC/DC变换器中，增加开关S_a、S_b，对单段励磁绕组F₂进行控制，从而使得在系统进入制动状态时励磁电流i_F2维持方向和大小恒定不变，提高系统制动状态的稳定性和安全性。

本发明的一种电励磁双凸极电机驱动充电一体化系统包括蓄电池、前级DC/DC变换器、后级逆变器和电励磁双凸极电机。

蓄电池与前级DC/DC变换器的输入端连接，母线电容C₁并联在前级DC/DC变换器的输出端之间，前级DC/DC变换器的输出端连接后级逆变器的输入端，后级逆变器的输出端连接电励磁双凸极电机的三相电枢绕组；蓄电池电压经前级DC/DC变换器升高电压，再经过后级逆变器驱动电励磁双凸极电机。