[發明專利]電勵磁雙凸極電機驅動充電一體化系統的電流協同控制方法

在審

• 申請號: 202110774013.4
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113676095A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 魏佳丹;陳錦春;翟相煜;趙曉聰;周波;楊明
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/22;H02P25/02;H02P27/08;B60L53/24
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種電勵磁雙凸極電機驅動充電一體化系統的電流協同控制方法，所述電勵磁雙凸極電機驅動充電一體化系統采用級聯變換器結構，并且將電勵磁雙凸極電機的勵磁繞組復用為前級DC?DC變換器的濾波電感，根據電勵磁雙凸極電機的定轉子相對位置確定轉子坐標系dq軸，采用矢量控制方式通過后級逆變器驅動電勵磁雙凸極電機；根據電流協同控制策略給出勵磁電流給定值和電樞交軸電流給定值，并結合母線電壓環調節輸出功率以實現動態模式下的直流母線電壓控制。本發明能夠有效降低復用勵磁繞組的電勵磁雙凸極電機的穩態系統銅損，提高電機調速動態性能，提高級聯變換器系統的穩定性。

技術領域

本發明屬于電機系統及控制領域，具體涉及一種電勵磁雙凸極電機驅動充電一體化系統的電流協同控制方法。

背景技術

電動汽車產業近年來迅速發展，電動汽車的充電方式有三種：(1)車載充電方式，即利用的車載的充電器對蓄電池進行充電，且能在任何有插座的地方給蓄電池充電，便利性非常高，但是由于重量體積的限制，車載充電器一般功率等級較低，充電速度較慢，一般適用于夜間充電，降低了電動汽車的利用率；(2)充電樁充電，由于充電樁功率一般都在50kW以上，其重量體積均較大，且價格昂貴，需要特別的維護，隨著電動汽車的增多，需要建設大量的充電站，存在基礎設施投資過大等問題；(3)換電方式，即采取直接更換電池的方式，雖然該方式能夠迅速補充電能，但是需要建設大量的換電站，并且目前電動汽車的電池國內目前尚不具備統一的標準，推廣難度大，建設成本高。目前的車載充電方式一般采用額外的車載充電器，受限于其自身的成本和電動汽車本身有限的空間，使得現有車載充電器的容量受到限定，難以實現電動汽車的方便快速充電，影響到電動汽車使用的便利性。然而，電動汽車驅動電機用的功率變換器自身具有功率雙向流動的能力，并且容量與蓄電池相匹配，若能利用驅動變換器結合電機繞組構成車載充電器給蓄電池充電，實現功率變換器的驅動功能和充電功能集成化，不僅能夠充分利用電動汽車的電控部件，還可以有效降低成本，減少重量體積，使得電動汽車不依賴于充電樁，能夠快速便利充電。因此，電動汽車驅動充電功能一體化成為新能源汽車行業發展中的一項較為關鍵的技術。

目前，電動汽車驅動電機一般分為永磁電機和無永磁體電機，其中中國和日本主要使用永磁電機，包括永磁同步電機(PMSM)和無刷直流電機(BLDC)，歐美車企使用較多的是感應電機(IM)和開關磁阻電機(SRM)。其中PMSM在啟動性能、峰值效率、轉矩脈動等方面均有著無可比擬的優勢，但是其結構一般較復雜，設計難度較大。BLDC由于采用方波控制，其控制方式簡單，并且其結構簡單，擁有良好的高速性能，但是相比較PMSM存在明顯的轉矩波動問題。PMSM和BLDC均屬于永磁電機，由于永磁體的存在，均存在著造價較高，高溫振動環境下永磁體容易失磁的問題。IM特點是結構簡單且價格便宜，但存在著損耗較大的問題，通常適合大功率的商用電動車。SRM結構更加簡單且容錯率高，但是由于轉矩脈動和噪聲問題，通常也都應用于大型商用電動汽車，并且由于功率密度相對較低，也一定程度限制了SRM的使用范圍。

電勵磁雙凸極電機(DSEM)與開關磁阻電機結構類似，其定轉子都是凸極式結構，但是同時具有勵磁繞組和電樞繞組，采用直流繞組勵磁大大降低電機的制造成本，并且勵磁電流可控，非常容易實現弱磁升速，其高可靠性也是用于電動汽車驅動電機的一大優勢。專利號為ZL20171445250.6的發明專利提出了基于分裂勵磁繞組的電勵磁雙凸極電機的驅動充電一體化系統，采用級聯變換器的形式將勵磁繞組作為前級DCDC變換器的濾波電感，但是恒定勵磁控制限制了輸入功率，特別是在輕載條件下還會產生較大的銅損，并沒有很好地利用電勵磁雙凸極電機勵磁電流靈活可控的優勢。