[00136958]电动汽车用无刷直流电机多模式抑制转矩脉动技术

电动汽车已成为世界各国的研究热点,也成为汽车领域进行技术变革与创新的必然选择。我国电动汽车产业发展迅速、需求巨大,但驱动电机性能一直是制约其快速发展的技术瓶颈。相比国外企业如美国ABEL公司等生产的电机驱动系统,国内现有电驱动系统的功率密度较低,且集成化程度也不高。 电动汽车的关键技术包括整车设计、车身结构、能量源及管理和电力驱动系统。其中,电力驱动系统是电动汽车的心脏,包括电动机驱动装置、机械传动装置和车轮,而电机驱动装置是电力驱动系统的核心。用于电动汽车的电机主要有直流电机、感应电机、永磁无刷直流电机（Brushless DC Motor,BLDCM）,开关磁阻电机等。为满足汽车的使用需要,作为电动汽车的核心部件,驱动电机系统既需要减小体积重量,又需要保持较高输出功率和效率。这就要求电动汽车用驱动电机系统在有限的空间内尽可能输出较高的功率,即应具有较高功率密度。BLDCM继承了直流电机转矩高且容易控制的优势,又具有效率高,过载能力强,无电刷,结构简单牢固,体积小质量轻,可以实现高功率密度等优点。无刷直流电机可以满足电动汽车低速大转矩输出、高速巡航低转矩性能要求,并在较宽转速和转矩范围内实现各工况运行,具有较高鲁棒性和能量效率。因此,作为其核心技术之一,BLDCM高功率密度驱动技术是电动汽车驱动的重要发展趋势,也是其它工业领域一项基础研究技术。 为充分发挥我区稀土资源丰富的优势,本成果所研究的高功率密度电驱动系统电机本体采用稀土永磁无刷直流电动机,控制电路采用集成化和模块化设计思路,重点研究在保证电动汽车所需功率和系统可靠性的前提下的高功率密度驱动技术。主要研发一种适用于电动汽车的无刷直流电动机的数字化控制系统,以转速和转矩性能为主要技术指标,围绕其展开矢量控制策略和速度、电流双闭环控制技术研究,通过瞬态切换控制方法达到满足转速要求和转矩性能的控制思路,在保留BLDCM高速状态高扭矩优点的同时,抑制低速时转矩脉动,同时利用虚拟仪器编制上位机软件,通过CAN总线通信方式实时监控系统运行参数,便于下一步开展能量管理系统研究和整车优化设计。具体包括如下： 1、BLDCM高功率密度驱动方法 为提高系统功率密度,充分发挥内蒙古地区的稀土资源优势,设计高功率密度稀土永磁无刷直流电动机,采用高集成化、模块化设计理念,研究采用智能功率模块（Intelligent Power Module,IPM）的高性能机电一体化产品驱动方法; 2、系统能量损耗情况 电机在高速情况下温升较快,为增强系统可靠性,研究电动汽车在额定状态、加速、制动、刹车等不同工作模式下电驱系统的能量损耗情况,以进一步提高系统功率密度和整车性能; 3、设计先进控制策略 依托新一代高速数字信号处理芯片TMS320F28335的强大数字处理功能,设计用于实现转速-电流双闭环模糊PID控制策略的算法,解决BLDCM的转矩脉动和非线性控制问题,包括闭环控制策略的设计、控制算法的确立和运行状态下样机系统性能测试; 4、系统机内自检测（Built-in Test,BIT）技术 设计电流、电压、温度等BIT检测与保护电路,一旦发生过流、过压、过热等故障,控制器迅速做出保护动作并将故障信息上传至上位机等待指令; 5、蓄电池管理技术 采用脉宽调制技术对蓄电池充放电电流进行斩波控制,并采用软件电流截止负反馈方式限制电流幅值,提高蓄电池充放电可靠性; 6、实现CAN总线通信 充分发挥CAN总线通信方式可靠性高、抗干扰性强、传输距离远等优势,与上位机进行实时数据交换,实现远程控制和总线控制; 7、编制虚拟仪器（Visual Instrument）上位机 利用国家仪器公司虚拟仪器LabVIEW软件编制上位机,向控制器接发送控制指令并实时接收运行参数,从而实时监控系统,保证系统稳定安全运行。 本成果将为我国电动汽车产业拥有相关技术的自主知识产权,进而实现其产业化提供一种思路,亦将为校方与其它单位在相关领域实现合作研发提供重要技术储备,具有显著的经济和社会效益。