一种电动机系统的主动电压控制方法及控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种电动机系统的主动电压控制方法及控制系统，其包括以下步骤：1)驾驶员踏板信号、转速和转矩信号、车速信号及SOC电压信号传输至整车控制器，由整车控制器计算期望工作点，得到目标转矩；2)根据期望工作点、电动机效率和电动机控制器得到电动机系统的效率特性曲线；3)在电动机系统的效率特性曲线内找到极大值点，其对应电压为期望控制电压；4)将期望控制电压和转矩分别发送给主动DC/DC转换器和电动机控制器；5)主动DC/DC转换器反馈的控制电压信号发送到整车控制器中，由PID闭环控制模块实现电动机系统电压的闭环控制。本发明可以广泛应用于各种电动机驱动的新能源电动汽车车辆中。
【专利说明】—种电动机系统的主动电压控制方法及控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电动机系统的主动电压控制方法及控制系统，特别是关于一种适用于电驱动汽车电动机系统的主动电压控制方法及控制系统。
【背景技术】
[0002]当今，交通拥堵已经成为许多大城市的共性问题，发展包含混合动力汽车和纯电动汽车在内的电驱动汽车对节能和环保具有重要意义。由电动机和电动机控制器构成的电动机系统是电驱动汽车的驱动单元，电动机系统的效率影响着整车的综合效率，是整车节能的关键环节之一。然而，在城市走走停停的拥堵工况中，电驱动汽车经常频繁的加速减速，使得电动机系统经常处于低转速，高转矩区的工作状态，导致电动机系统不能工作在其高效率区间。
[0003]电压与电动机系统有着密切关系，当电压发生变化时，电动机的外特性和万有特性会发生明显的改变，进而电动机的高效率区间也会发生变化；同时，电压的变化也会导致电动机控制器的效率曲线发生变化，电动机控制器的效率也会随着电压的变化而改变。因此，如果能够通过调节电压来改变电动机和电动机控制器的效率曲线，使得其效率曲线跟随工作点而变化，则有可能提高电动机系统的综合效率。目前，电驱动汽车通常使用锂电池作为能量存储装置，锂电池在低电量和高电量时电压不会发生明显变化，也就是说目前的电驱动汽车的电动机系统基本上工作在恒定的电压工况下，对电动机的电压调节能力有限。另外，目前常用的提高电动机系统工作效率的方法是在电动机与车轮之间安装两档机械变速器，利用机械变速器改变电动机的工作点。但是由于机械变速器速比固定且档位只有两个，对于效率的提升效果有限。而且增加两档机械变速器成本较高，还会降低整个动力系统的机械效率。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明的目的是提供一种实时主动地控制电动机系统电压，实现电动机系统最大效率的电动机系统的主动电压控制方法及控制系统。
[0005]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种电动机系统的主动电压控制方法，其包括以下步骤:1)设置一电动机系统的主动电压控制系统，其包括能量存储单元管理系统、能量存储单元、主动DC/DC转换器、电动机控制器、电动机、车轮、轮速传感器、驾驶员踏板和整车控制器，整车控制器内预置有控制芯片，控制芯片内预置有PID闭环控制模块；2)能量存储单元管理系统采集能量存储单元的SOC信号和电压信号，并传输至所述整车控制器；电动机控制器采集电动机的电机转速、转矩信号，并传输至整车控制器；轮速传感器采集实际的车速信号并传输至整车控制器；驾驶员踏板的加速踏板信号和制动踏板信号传输至整车控制器；3)整车控制器内的控制芯片根据采集的加速踏板信号、制动踏板信号和电动机转速和转矩信号，用实际的车速信号进行校验，得到电动机在满足驾驶员加速、巡航或减速意图下的期望工作点Wi Oii, Ti),其中，Iii和Ti分别为i时刻电动机的期望转速和期望转矩；期望转矩1\即为所求的目标控制转矩；另外，控制芯片根据SOC信号和电压信号实时对能量存储单元的状态进行监控；4)基于整车控制器中控制芯片内预置的电动机控制器效率模型和电动机效率模型，得到电动机控制器的效率H1和电动机的效率H2 ;5)根据期望工作点Wi (Hi, Ti)、电动机控制器的效率η !和电动机的效率Π 2，计算得到电动机系统的效率特性曲线Hi = Ii(V) ；6)在电动机的工作电压范围内，找到电动机系统效率特性曲线η? = ?ι(ν)的极大值点(yUo’ ηΜ)，极大值点(yUo’ ni；0)对应的工作电压νΜ即为目标控制电压；7)整车控制器通过CAN通信总线将目标控制电压\。发送到主动DC/DC转换器，将目标控制转矩Ti发送到电动机控制器；8)主动DC/DC转换器反馈的控制电压信号通过CAN通信总线传输至整车控制器中，由整车控制器中的PID闭环控制模块将反馈的控制电压信号与目标控制电压\。进行比较，实时调节发送到主动DC/DC转换器的目标控制电压，实现对电动机系统电压的闭环控制。
[0006]一种电动机系统的主动电压控制系统，其特征在于:它包括能量存储单元管理系统、能量存储单元、主动DC/DC转换器、电动机控制器、电动机、车轮、轮速传感器、驾驶员踏板和整车控制器；所述能量存储单元管理系统通过传感器线束连接所述能量存储单元，所述能量存储单元通过两根直流电源线连接所述主动DC/DC转换器，所述主动DC/DC转换器通过两根直流电源线连接所述电动机控制器，所述电动机控制器通过三根相线连接电动机，所述电动机通过传动轴、差速器及驱动半轴连接车轮，所述车轮上安装有轮速传感器；所述能量存储单元管理系统、主动DC/DC转换器、电动机控制器、轮速传感器、驾驶员踏板均通过CAN通信总线连接所述整车控制器，所述整车控制器内预置有控制芯片，所述控制芯片内预置有PID闭环控制模块。
[0007]本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本发明由于采用了主动电压控制系统对电动机系统的电压进行实时调节，实现了在整车运行的任意时刻，电动机系统的综合效率都能达到最优。2、本发明由于采用主动DC/DC转换器调节高效区以匹配工作点，相比传统的利用变速器调节电动机工作点以匹配高效区的方法，灵活性更强，可调范围更广。3、本发明采用的以整车控制器为核心的主动电压控制系统结构简单，由电动机直接驱动，机械效率更高。因而本发明可以广泛应用于混合动力公交车，插电式混合动力公交车，纯电动公交车等含有电动机驱动的新能源客车车辆中。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明的主动电压控制系统结构示意图
[0009]图2是本发明的主动电压控制方法控制流程示意图
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0011]如图1所示，本发明电动机系统的主动电压控制系统包括能量存储单元管理系统1、能量存储单元2、主动DC/DC转换器3、电动机控制器4、电动机5、车轮6、轮速传感器7、驾驶员踏板8和整车控制器9。能量存储单元管理系统I通过传感器线束连接能量存储单元2，能量存储单元2通过两根直流电源线连接主动DC/DC转换器3，主动DC/DC转换器3通过两根直流电源线连接电动机控制器4，电动机控制器4通过三根相线连接电动机5，电动机5通过传动轴、差速器及驱动半轴连接车轮6，车轮6上安装有轮速传感器7 ;能量存储单元管理系统1、主动DC/DC转换器3、电动机控制器4、轮速传感器7、驾驶员踏板8均通过CAN通信总线连接整车控制器9，整车控制器9内预置有控制芯片，控制芯片内预置有PID闭环控制|吴块。
[0012]能量存储单元管理系统I采集能量存储单元2的SOC信号和电压信号，并传输至整车控制器9 ;电动机控制器4采集电动机5的电机转速、转矩信号，并传输至整车控制器9 ;轮速传感器7采集实际的车速信号并传输至整车控制器9 ;驾驶员踏板8的加速踏板信号和制动踏板信号传输至整车控制器9。整车控制器9内控制芯片根据所有采集的信号计算得到电动机系统效率最高时所应对的目标控制电压和目标控制转矩，并将目标控制电压发送到主动DC/DC转换器3，将目标控制转矩发送到电动机控制器4，由电动机控制器4控制电动机5动作。主动DC/DC转化器3的反馈控制电压信号通过CAN通信总线传输至整车控制器9，由整车控制器9内的PID闭环控制模块实现电动机系统电压的闭环控制。
[0013]如图2所不,基于电动机系统的主动电压控制系统,本发明还提供一种电动机系统的主动电压控制方法，其包括以下步骤:
[0014]I)能量存储单元管理系统I采集能量存储单元2的SOC信号和电压信号，并传输至整车控制器9 ;电动机控制器4采集电动机5的电机转速、转矩信号并传输至整车控制器9 ;轮速传感器7采集实际的车速信号并传输至整车控制器9 ;驾驶员踏板8的加速踏板信号和制动踏板信号传输至整车控制器9 ;
[0015]2)整车控制器9内的控制芯片根据采集的加速踏板信号、制动踏板信号和电动机转速和转矩信号，用实际的车速信号进行校验，得到电动机5在满足驾驶员加速、巡航或减速意图下的期望工作点Wi (Hi, Ti)，其中，Iii和Ti分别为i时刻电动机5的期望转速和期望转矩；期望转矩1\即为所求的目标控制转矩；另外，控制芯片根据SOC信号和电压信号实时对能量存储单元2的状态进行监控；
[0016]3)基于整车控制器9中控制芯片内预置的电动机控制器4效率模型和电动机5效率模型，得到电动机控制器4的效率Jl1和电动机5的效率η2 ；
[0017]电动机控制器4的效率n i为:
[0018]Ii1 = g(n, T, V) (I)
[0019]其中，n为电动机5的转速，T为电动机5的转矩，V为电压；
[0020]电动机5的效率η2为:
[0021]n2 = f(n, T, V)
[0022]4)根据期望工作点Wi (Hi, Ti)、电动机控制器4的效率η ι和电动机5的效率η 2，计算得到电动机系统的效率特性曲线Hi=Ii(V)；
[0023]电动机系统的效率η为:
[0024]n = Il1X n2 = f(n,T,V) Xg(n,T,V) (3)
[0025]将期望工作点Wi (I^Ti)代入式(3)，得到电动机系统的效率特性曲线:
[0026]n i = h (V) = f (rii, Ti, V) X g (Iii, Ti, V) (4)
[0027]5)在电动机5的工作电压范围V e [VL, Vh]内，找到电动机系统效率特性曲线η j= h(v)的极大值点(yUo’ η Μ)，极大值点(vM，ni；0)对应的工作电压即为目标控制电压，极大值点对应的效率！U。即为电动机系统的期望工作Awi(I^Ti)在工作电压范围内能够实现的最大效率；其中，[vu Vh]分别是电动机5工作电压的上限值和下限值；
[0028]6)整车控制器9通过CAN通信总线将目标控制电压Vm发送到主动DC/DC转换器3，将目标控制转矩Ti发送给电动机控制器4 ;
[0029]7)主动DC/DC转换器3反馈的控制电压信号通过CAN通信总线传输至整车控制器9中，由整车控制器9中的PID闭环控制模块将反馈的控制电压信号与目标控制电压进行比较，实时调节发送到主动DC/DC转换器3的目标控制电压，实现对电动机系统电压的闭环控制。
[0030]上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
【权利要求】
1.一种电动机系统的主动电压控制方法，其包括以下步骤: 1)设置一电动机系统的主动电压控制系统，其包括能量存储单元管理系统、能量存储单元、主动DC/DC转换器、电动机控制器、电动机、车轮、轮速传感器、驾驶员踏板和整车控制器，整车控制器内预置有控制芯片，控制芯片内预置有PID闭环控制模块； 2)能量存储单元管理系统采集能量存储单元的SOC信号和电压信号，并传输至所述整车控制器；电动机控制器采集电动机的电机转速、转矩信号，并传输至整车控制器；轮速传感器采集实际的车速信号并传输至整车控制器；驾驶员踏板的加速踏板信号和制动踏板信号传输至整车控制器； 3)整车控制器内的控制芯片根据采集的加速踏板信号、制动踏板信号和电动机转速和转矩信号，用实际的车速信号进行校验，得到电动机在满足驾驶员加速、巡航或减速意图下的期望工作点Wi Oii, Ti),其中，Iii和Ti分别为i时刻电动机的期望转速和期望转矩；期望转矩凡即为所求的目标控制转矩；另外，控制芯片根据SOC信号和电压信号实时对能量存储单元的状态进行监控； 4)基于整车控制器中控制芯片内预置的电动机控制器效率模型和电动机效率模型，得到电动机控制器的效率H1和电动机的效率H2 ; 5)根据期望工作点Wi(Hi, Ti)、电动机控制器的效率η I和电动机的效率Π 2，计算得到电动机系统的效率特性曲线Hi = h(V); 6)在电动机的工作电压范围内，找到电动机系统效率特性曲线ι^= 1ι(ν)的极大值点(Vij0) 1U。)，极大值点(vM，ni；0)对应的工作电压Vi，。即为目标控制电压； 7)整车控制器通过CAN通信总线将目标控制电压\。发送到主动DC/DC转换器，将目标控制转矩Ti发送到电动机控制器； 8)主动DC/DC转换器反馈的控制电压信号通过CAN通信总线传输至整车控制器中，由整车控制器中的PID闭环控制模块将反馈的控制电压信号与目标控制电压\。进行比较，实时调节发送到主动DC/DC转换器的目标控制电压，实现对电动机系统电压的闭环控制。
2.一种实现如权利要求1所述电动机系统的主动电压控制方法的控制系统，其特征在于:它包括能量存储单元管理系统、能量存储单元、主动DC/DC转换器、电动机控制器、电动机、车轮、轮速传感器、驾驶员踏板和整车控制器；所述能量存储单元管理系统通过传感器线束连接所述能量存储单元，所述能量存储单元通过两根直流电源线连接所述主动DC/DC转换器，所述主动DC/DC转换器通过两根直流电源线连接所述电动机控制器，所述电动机控制器通过三根相线连接电动机，所述电动机通过传动轴、差速器及驱动半轴连接车轮，所述车轮上安装有轮速传感器；所述能量存储单元管理系统、主动DC/DC转换器、电动机控制器、轮速传感器、驾驶员踏板均通过CAN通信总线连接所述整车控制器，所述整车控制器内预置有控制芯片，所述控制芯片内预置有PID闭环控制模块。
【文档编号】B60L15/20GK104290612SQ201410608709
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】杜磊, 杨福源, 欧阳明高, 余平, 叶晓 申请人:清华大学, 精进电动科技（北京）有限公司