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48V技术新认识之低电压大功率电动车控制方案

2020年03月16日 09:26 次阅读

(文章来源:智能汽车网)

1989 Isao 提出了将电机定子绕组打开,将两个将两个逆变器从绕组两端分别供电的结构如图1所示

48V技术新认识之低电压大功率电动车控制方案

考虑自媒体读者电力电子知识水平参差不齐,本文会以较通俗的方式介绍电动车双电压系统的设计原理。让即便只有初中物理知识水平的人也能看懂。

图1中 Ud是一个储能部件电池,如池塘里能游动的鱼,电池里电能是鱼。逆变器是一个鱼塘进出门网。电动机是消耗电能的,就好比煮鱼的厨房。如果要做出一顿大餐让吃货满意。那么就需要根据吃货(电动机的需求去煮鱼)。电动机需要根据车辆的运动特性来需求调配电力。所以呢,什么样的电机驱动系统才是最佳的电控系统呢?

调配电力能力跟车辆需求特性匹配的电控系统。异步(同步)电动机定子需求的是正弦波。而电池供给的直流小幅波动电压(电池电量不同会有偏移)。这就要求逆变器使用高速开关器件(IGBT,GTO,MEOST)将电池电能调配成正弦波。这正弦波是不同电压,不同频率的。

根据"solar to service"(太阳能到服务人们生产生活的效率)的三个效率,及电动车电能使用调配补能方式的分析中,我们知道,60V以内的安全电压适用于补能方式补充。所以有了一个双电压的方案。按这个方向去优化纯电动汽车的电驱系统,并给出一个可行的控制方案。这是本文的内容。

图1的双逆变器异步(同步)电动机控制原理是一种推拉式供电方式,有利于提高电机供电电压。此外还有人提出过双定子绕组,双转子电机等等。这些都是可以用来作为双电压系统的方式。但这些方式中,有且只有一种在一定工况下是最优的。

因电能的使用方式千变万化,条条道路通北京,目前作者也无法判断哪一种电池+逆变器+电机是新能源汽车电控的最佳控制方式,只是利用所有时间去深入浅出学习这方面的知识。我们设定一种工况,这种工况是以取代摩托车、电单车为目标的小型2座、4座电动车。以纯电续航160公里电池(12~30度),最高车速60~120km车长2600~4000mm(宝骏e100,比亚迪e1、元,本田飞度等等,电机功率在30~70KW之间)。

我们在这里的工况下设计一种低成本的新能源车辆控制方案。称为工况1电控方案。电控方案中,160公里电池组可以自由方便地扩展,有车载充电器停车即充。车主可以很方便地补能故不存在里程焦虑问题。现在问题是如何将电机+电控+电池的工况1电控方案做到最佳!

48V技术新认识之低电压大功率电动车控制方案

我们设定Ud/2为48V~60V。暂定额定值为50V

48V技术新认识之低电压大功率电动车控制方案

根据 刘凤君 著作《多电平逆变技术及其应用》课本。异步电机两端的逆变器可以是三相两电平SPWM逆变器,也可以是三相三电平或多电平逆变器。交流电机两端的逆变器桥臂是可以对称,也可以是非对称的,每一相绕组逆变器两端直流电压可以是相等,也可以不相等。

这样的技术原理给电动车电控设计带来了极大的方便。为了最简单易于理解,我们设定4个电池组供电都是额定电压50V直流。逆变器是三电平三相逆变器。在这样的设计下主回路如下图

48V技术新认识之低电压大功率电动车控制方案

在图4中50V额定电池电压,加在电机的线电压峰谷差是200V,故电机线电压有效值约为141V。在工况1电控方案中。70KW最高电机线电流在300A以内。这是较经济的电机电流。也就是说,工况1电控方案中是单轴驱动的70KW峰值功率的最佳方案。如果使用两轴四驱可以满足绝大多数乘用车的工况动力需求。
      (责任编辑:fqj)

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