【正文】 RBSOA（ Reverse Bias Safe Operation Area）。如圖 所示。電池的 SOC 一般希望保持在合適 的范圍內(nèi)，比如在 20%～ 95%之間，因此，能夠?qū)崟r(shí)預(yù)測(cè)電池的 SOC 值并使其保持在安全范圍內(nèi)是非常必要的。 器件耐壓選擇 一般選擇 IGBT 耐壓值都是在整流后的直流母線電壓 2 倍，其原因充分考慮到過(guò)載、電網(wǎng)波動(dòng)、開關(guān)過(guò)程引起的電壓尖峰等因素。 死區(qū)時(shí)間的存在使逆變器的輸出電壓產(chǎn)生失真，從而導(dǎo)致電流畸變，乃 至對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不可預(yù)料的影響。如下圖 所示。 安全工作區(qū) SOA 安全工作區(qū)限定了 IGBT 器件在開關(guān)運(yùn)行、通態(tài)運(yùn)行以及單脈沖運(yùn)行時(shí)各種臨界的，不導(dǎo)致 IGBT 損壞的運(yùn)行條件。 電機(jī)工況的影響 電動(dòng)汽車 在不同工況下對(duì)應(yīng)的電機(jī)電流是需要考慮的因素。 線電壓、電流和功率之間有如下關(guān)系式： I =P/√3 U*cosφ *η ① 其中， P 為電機(jī)功率，根據(jù)所給條件 P 取 30KW； U 為線電壓，根據(jù)所給條件 U 取 288V； cosφ為電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)， η為電動(dòng)機(jī)的效率，根據(jù)大功率電機(jī)的典型值，此處 cosφ *η的結(jié)果取 。 給 定 參數(shù)U = 2 8 8 V 。本節(jié)分析了 電動(dòng)汽車電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì) IGBT 功率模塊的參數(shù)要求。 經(jīng)濟(jì)性需求 經(jīng) 濟(jì)性指標(biāo)包括生產(chǎn)商在不降低質(zhì)量、可靠性以及性能的情況下以較低的成本進(jìn)行大批量生產(chǎn)功率模塊的能力。這就對(duì)功率模塊的功率密度及 散熱設(shè)計(jì)提出了更高的要求。 技術(shù) 性需求 技術(shù)性指標(biāo)指功率模塊滿足汽車在電氣性能、環(huán)境限制、體積以及重量方面的要求，并且能夠在性能、功率體積比、堅(jiān)固耐用、質(zhì)量、可生產(chǎn)性以及價(jià)格之間找到適當(dāng)?shù)钠胶恻c(diǎn)。 綜上， IGBT的 CGE、 CGC都對(duì)關(guān)斷過(guò)程起到延緩和阻礙作用。 關(guān)斷過(guò)程 IGBT關(guān)斷過(guò)程中的電壓電流波形如上圖所示。此過(guò)程中集電極電流 ic從 0開始上升，且在 LE上感應(yīng)出一個(gè)反電勢(shì)隨 ic的上升而增大，由于反電勢(shì)方向是與 UGE相反，因此對(duì) UGE的大小和上升率呈現(xiàn)抵消作用，同時(shí)它又制約和減緩了 ic的增長(zhǎng)。 本章小結(jié) 第 3 章 電動(dòng)汽 車用功率模塊的研究分析 電力電子技術(shù)是電動(dòng)汽車的核心控制技術(shù)之一，電力電子器件的性能關(guān)系到汽車的可靠性，因此對(duì)器件的性能必須進(jìn)行深入的了解，才能設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的系統(tǒng)。 5．模塊化和網(wǎng)絡(luò)化 在國(guó)外，以工業(yè)局域網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的工廠自動(dòng)化 (Factory Automation， FA)技術(shù)在最近 10年來(lái)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，并顯示出良好的發(fā)展勢(shì)頭。除以上特點(diǎn)之外，有的伺服系統(tǒng)還具有參數(shù)自整定的功能。同一個(gè)控制單元，只要通過(guò)軟件設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，就可以改變性能，既可以使用電動(dòng)機(jī)本身配 置的傳感器構(gòu)成半閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，又可以通過(guò)接口與外部的位置或速度或力矩傳感器構(gòu)成高精度的全閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。尤其值得一提的是，最新型的伺服控制系統(tǒng)已 經(jīng)開始使用一種把控制電路功能和大功率電子開關(guān)器件集成在一起的新型模塊，稱為智能控制功率模塊 (Intelligent Power Module， IPM)。 交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 1．全數(shù)字化 采用新型高速微處理器 和專用數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)的伺服控制單元將全面代替以模擬電子器件為主的伺服控制單元，從而實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化的交流伺服系統(tǒng)。定子磁場(chǎng)定向的矢量控制系統(tǒng)適用于大范圍弱磁運(yùn)行的情況。 氣隙磁場(chǎng)定向矢量控制方案 氣隙磁場(chǎng)定向系統(tǒng)中磁通關(guān)系和轉(zhuǎn)差關(guān)系中存在藕合，需要增加解耦 器，這使得它比轉(zhuǎn)子磁通的控制方式復(fù)雜，但具有一些狀態(tài)能直接測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，比如氣 隙磁通。下面對(duì)它們進(jìn)行簡(jiǎn)要的總結(jié)和比較。此外，它的控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制信號(hào)處理的物理概念明確、系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速且無(wú)超調(diào)，是一種具有高靜、動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速控制方式。由于直接轉(zhuǎn)矩的控制手段直接、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制性能優(yōu)良和動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速，因此非常適合電動(dòng)汽車的控制。 近幾年來(lái)，由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車幾乎都采用矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。它的調(diào)速控制技術(shù)比較成熟，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量小、成本低、運(yùn)行可靠、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、噪聲低、轉(zhuǎn)速極限高和不用位置傳感器等優(yōu)點(diǎn) 。而另外一種應(yīng)用較多的 PWM 技術(shù)是電流滯環(huán)比較 PWM 以及在它基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的無(wú)差拍控制 PWM 均具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，當(dāng)開關(guān)頻率足夠高的時(shí)候，可以得到非常接近理想正弦的電流波形。從最初的自然采樣正弦脈寬調(diào)制開 始，人們不斷探索改進(jìn)脈寬調(diào)制方法，對(duì)自然采樣的 SPWM 做簡(jiǎn)單的近似，得到規(guī)則采樣算法，在此基礎(chǔ)上，又提出了準(zhǔn)優(yōu)化 PWM 技術(shù)，其實(shí)質(zhì)為在一個(gè)基波上疊加一個(gè)幅值為基波 1/4 的三次諧波，以提高直流電壓利用率。 PWM 技術(shù)最初是在 1964 年 和 發(fā)表文章把通信系統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)應(yīng)用到交流傳動(dòng)中，從此產(chǎn)生了正弦脈寬調(diào)制變頻變壓的思想，為現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和實(shí)用化開辟了一新的道路。T 公司的 DSP32 系列。在功率電子技術(shù)方面，功率開關(guān)元件的發(fā)展己進(jìn)入了第四階段。 ，將能量回收并反饋 回蓄電池，使得電動(dòng)汽車具有最佳的能量利用率 。具體有如下要求 : 、過(guò)載能力強(qiáng) (過(guò)載 3 一 4 倍 )、加速 性能好，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn) 。 電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，與一般的工業(yè)應(yīng)用有很大的不同。更要求其具備燃油汽車基本 的行走及載運(yùn)能力，在高速、低速、制動(dòng)、上下坡、加速等工況下驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能 提供安全可靠的動(dòng)力。電動(dòng)汽車顯示出的優(yōu)越性和強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力使之成為 21 世紀(jì)各國(guó)政府大力支持發(fā)展的交通工具。 第二章 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述 電 動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)零排放，能有效地避免空氣污染。通過(guò)對(duì)比不同電機(jī)在電動(dòng)汽車上的使用情況 ,選定了交流感應(yīng)電機(jī)作為控制電機(jī)。然而，隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，兩個(gè)系統(tǒng)的成本差距將日益趨近。 無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中所謂 “直流 ”并不指直流電動(dòng)機(jī)，應(yīng)用中這種電動(dòng)機(jī)采用交流方波供電，因此也稱為永磁無(wú)刷方波電 動(dòng)機(jī)。著名的豐田 Prius 混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車采用了額定功率為 33kW 的 PMSM，日本Nissan 公司生產(chǎn)的 AltraEV 使用了額定功率為 62kW 的 PMSM， Honda 公司的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 Insight 采用了額定功率為 10kW 的 PMSM 等等。但是，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)也有其缺點(diǎn)，例如損耗高，需要對(duì)電機(jī)不斷冷卻，功率因數(shù)也比永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)低，對(duì)于高速度大功率電機(jī)需要用大功率變換器，恒功率區(qū)域較小等，這都對(duì)感應(yīng)電機(jī)在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車中的應(yīng)用有很大影響。這種電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固可靠性高，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好，成本和維護(hù)費(fèi)用低，轉(zhuǎn)速范圍可達(dá) 1202015000r／ min，效率較高，另外，其驅(qū)動(dòng)技術(shù)也最成熟。其缺點(diǎn)是在運(yùn)行過(guò)程中需要電刷和機(jī)械換向器限制了電機(jī)轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步提高。以獲得所需要的起動(dòng)、加速、行駛、減速、制動(dòng)等所需的功率與轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)必須綜合考慮上述因素，保證系統(tǒng)性能優(yōu)異、高效和可靠。 電動(dòng)汽車用電機(jī)比較 目前 電動(dòng)汽車 使用的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要有直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)?？梢娎萌珨?shù)字化的簡(jiǎn)單易用性作為今后電動(dòng)車控制乃至交流傳動(dòng)系統(tǒng)一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)?？梢娝陌l(fā)展前景十分廣闊，在各種電動(dòng)汽車電機(jī)中是強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者。各電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)綜合指標(biāo)，各有側(cè)重。 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 近幾年我國(guó)電動(dòng)汽車的研究工作也進(jìn)入了全面發(fā)展階段，電動(dòng)汽車市場(chǎng)己初露端倪。另外，國(guó)外產(chǎn)品價(jià)格昂貴，且技術(shù)受制于人?，F(xiàn)在豐田的純電動(dòng)汽車、 電動(dòng)汽車 、燃料電池汽車都采用無(wú)刷交流永磁同步電機(jī)，并對(duì)其不斷改進(jìn)提高，使電動(dòng)汽車 的性價(jià)比不斷提高，增加其競(jìng)爭(zhēng)力，使豐田成為 電動(dòng)汽車 的先領(lǐng)者。它將機(jī)算機(jī)、電子與化學(xué)各學(xué)科領(lǐng)域中的高新技術(shù)于一體，是車輛、電力拖動(dòng)、新能源、智能控制等工程技術(shù)中最新成果的集成產(chǎn)物。目前，在電池技術(shù)未取得突破的背景下，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究成為電動(dòng)汽車技術(shù)研究的主要熱點(diǎn)，也是提高續(xù)駛里程并使之實(shí)用化的關(guān)鍵，目的是提高電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)性能、續(xù)駛里程以及行駛方便性、可靠性等。 目前研制和開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)主要有電池、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)控制、整車設(shè)計(jì)，以及能量管理技術(shù)等?？梢娨归g對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷平衡問(wèn)題的意義是多么重要 ! (5)樹立節(jié)能環(huán)保形象。 (4)改善電網(wǎng)負(fù)荷。 2020年我國(guó)進(jìn)口石油及其產(chǎn)品就超過(guò) ，石油依賴進(jìn)口高達(dá) ％。其他發(fā)電方式應(yīng)用于電動(dòng)汽車能量利用率將會(huì)更高。美國(guó)加利福尼亞州進(jìn)一項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和研究報(bào)告表明，在綜合考慮上述兩個(gè)因素影響的前提下，要想大幅度降低一氧化碳和碳?xì)浠衔锏呐欧帕?，電?dòng)汽車的廣泛應(yīng)用是勢(shì)在必行的 !也只有電動(dòng)汽車這種自身具有環(huán)保型的汽車完全代替燃油汽車才能使我們的環(huán)境污染降低，使得地球更加適合人類的住居 ! (2)節(jié)約能源。而目前世界各大城市的噪音污染比較嚴(yán)重，因此要 想大幅度降低噪音污染，在世界范圍內(nèi)電動(dòng)汽車的廣泛使用是必不可少的。電動(dòng)汽車在本質(zhì)上是一種零排放汽車，一般無(wú)直接排放污染物，要是有污染也是間接污染，如電池廢棄物和發(fā)電的時(shí)候所消耗的能源而造成的污染都屬于 間接污染。 我國(guó)不少高等院校、相關(guān)的研究以及國(guó)內(nèi)部分企業(yè)都加強(qiáng)了對(duì)電動(dòng) 汽車研究開發(fā)的力度，加快了汽車事業(yè)的發(fā)展速度。三要因地制宜建設(shè)慢速充電樁和公共快速充換電設(shè)施，制定動(dòng)力電池回收利用管理辦法，建立動(dòng)力電池梯級(jí)利用和回收管理體系。為此，一要實(shí)施技術(shù)創(chuàng)新工程。 國(guó)務(wù)院總理溫家寶在 今年的 4月 18日主持召開的國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議中討論通過(guò) 了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展 規(guī) 劃》?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車是純電動(dòng)汽車發(fā)展過(guò)程中，能滿足未來(lái)汽車以節(jié)能為目標(biāo)和污染物排放低等要求且有利于市場(chǎng)化的一種新車型。能源危機(jī)曾經(jīng)對(duì)世界經(jīng)濟(jì)帶來(lái)嚴(yán)重影響，因此石油資源的爭(zhēng)奪更加強(qiáng)烈，石油糾紛在國(guó)際上也不斷發(fā)生，甚至為了爭(zhēng)奪石油資源而爆發(fā)的戰(zhàn)爭(zhēng)在近幾年也不斷發(fā)生。若這些車輛都采用內(nèi)燃機(jī)，能源需求和空氣污染將會(huì)給人類造成巨大的壓力和損壞。 摘要 基于 DSP2407A 的電動(dòng)汽車感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 第一章 緒論 1． 1選題的背景與意義 在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)將成為世界最大的汽車消費(fèi)國(guó) ， 去 年我國(guó) 的汽車保有量為 7802萬(wàn)輛。根據(jù)現(xiàn)在世界人口和汽車的增長(zhǎng)趨勢(shì)來(lái)看，今后 50年中，世界人口和汽車數(shù)量分別從 60億增加到 100億和 10億 增加到 40億輛以上。根據(jù)科學(xué)家的預(yù)測(cè)，如果按目前地球上石油資源的消耗水平，僅僅可以維持 60～ 100年左右。電動(dòng)汽車的種類很多，如純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車。 我國(guó)政府已將電動(dòng)汽車的快速發(fā)展列入我國(guó) “十五 ”國(guó)家 863計(jì)劃，加大了對(duì)電動(dòng)汽車開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的投入，與世界發(fā)達(dá)國(guó)家電動(dòng)汽車發(fā)展接軌，目前已經(jīng)取得了一定得成就。爭(zhēng)取到 2020年，純電動(dòng)汽車和插電式 電動(dòng)汽車 累計(jì)產(chǎn)銷量達(dá)到 50萬(wàn)輛，到 2020年超過(guò) 500萬(wàn)輛；2020年當(dāng)年生產(chǎn)的乘用車平均燃料消耗量降至每百公里 ，到 2020年降至；新能源汽車、動(dòng)力電池及關(guān)鍵零部件技術(shù)整體上達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。實(shí)施鼓勵(lì)購(gòu)買和使用節(jié)能汽車政策，開展私人購(gòu)買新能源汽車補(bǔ)貼試點(diǎn)。 由此可見政府對(duì)電動(dòng)車發(fā)展的重視?，F(xiàn)如今各國(guó)都在發(fā)展電動(dòng)汽車事業(yè)，是由于它具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)： (1)污染小。根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料調(diào)查顯示，電動(dòng)汽車的噪音比燃油車輛要低 5dB以上。目前新型蓄電池也朝著污染低、安全性好的方向發(fā)展，這是因?yàn)樾滦偷男铍姵匾部梢栽诤笃诩羞M(jìn)行處理。我們不難發(fā)現(xiàn)重油從提煉到驅(qū)動(dòng)電機(jī)這些過(guò)程是步步損耗能量的，因此電機(jī)輸出時(shí)它的能量利用效率也就剩下大約 20％了。我國(guó) 石油儲(chǔ)量?jī)H占世界石油儲(chǔ)量的 2～ 3％左右，因此我 國(guó)以石油為主的能源消耗，只能通過(guò)進(jìn)口才能滿足國(guó)內(nèi)的能源需求。交通運(yùn)輸消耗如此之大的能源，可見能源的節(jié)省它起著至關(guān)重要的作用，因此電動(dòng)汽車的廣泛使用，對(duì)減少石油資源消耗具有舉足輕重的影響。例如若一輛電動(dòng)汽車每天夜間平均能吸收 50K刪電能廠需幾十萬(wàn)輛電動(dòng)汽車才能完成一個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)電廠的調(diào)峰任務(wù)。本世紀(jì)是電動(dòng)汽車進(jìn)入全面快速發(fā)展的時(shí)期，因此我們要抓住、抓緊這個(gè)在時(shí)間上 不可多得的機(jī)會(huì)，我們國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車的研發(fā)各單位企業(yè)要團(tuán)結(jié)協(xié)作、大膽創(chuàng)新，使我國(guó)的電動(dòng)汽車事業(yè)在世界汽車工業(yè)新一輪競(jìng)爭(zhēng)中抓住機(jī)會(huì)，取得有利地位，這樣對(duì)提升我國(guó)汽車工業(yè)在世界范圍內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)力具有很重要的意義，實(shí)現(xiàn)振興我國(guó)電動(dòng)汽車工 業(yè)的發(fā)展。其輸出特性決定了電動(dòng)汽車的動(dòng)力特性，同時(shí)，它的效率對(duì)電動(dòng)汽車效率的影響也非常大。 電動(dòng)汽車發(fā)展的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 當(dāng)前國(guó)際上各國(guó)都在對(duì)電動(dòng)汽車的高新技術(shù)進(jìn)入深入研究，這是由于電動(dòng)汽車是二十一世紀(jì)綠色的交通工具，在節(jié) 省能源上扮演者重要的角色。 豐田上世紀(jì) 80年代前半期的純電 動(dòng)汽車采用控制裝置較簡(jiǎn)單的有刷直流電機(jī)， 90年代前半期開始采用交流感應(yīng)電機(jī)。矢量控制能解決傳統(tǒng)交流調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢的特點(diǎn)，但是矢量控制受制于電機(jī)參數(shù)的變化，考慮到 EV復(fù)雜的運(yùn)行工況，矢量控制的交流調(diào)速技術(shù)在 EV中的應(yīng)用并不具備絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。顯然，直接轉(zhuǎn)矩控制的交流調(diào)速技術(shù)展示了專用于 EV驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的令人矚目的應(yīng)用前景。開發(fā)的成果有燃料電池轎車、混合動(dòng)力轎車和四輪電驅(qū)動(dòng)