純電動汽車驅動器項目可行性報告(編輯修改稿)
2025-01-10 19:46 本頁面
【文章內容簡介】 這樣就解決了永磁電機在汽車中應用的主要技術難題 ,為電動汽車行業(yè)的商業(yè)化生產鋪就道路。 現(xiàn)本公司 采用 (TI)公司 ARM CortexTMM3 嵌入式 32 位 ARM 集成化高性能微控制器，型號為 LM3S9B92 工業(yè)級溫度范圍（ 40℃85℃ )。該處理器集成了 SPWM 矢量控制模塊、速度傳感器模塊、汽車 CAN 標準通訊協(xié)議模塊及各種擴展模塊，如 USB 模塊、 DMA 數(shù)據(jù)傳輸模塊和網(wǎng)絡控制模塊等，可作為后期的產品升級開發(fā)應用。線路板采用高度集成的元件構成最小控制系統(tǒng)，最大限度地提高系統(tǒng)工程可靠性。采用速度傳感器進行閉環(huán)型 SPWM 矢量控制方式結合智能化的V/F 曲線調節(jié)，應用于 電動汽車控制系統(tǒng)解決方案。 電動汽車驅動器硬件部分可由圖 1 所示的電路組成 : 見下頁 : 圖 1 PMSM 驅動器電路框圖 主電路采用鉛酸電池及磷酸鐵鋰電池提供電源輸入，三相 SPWM輸出的電動汽車驅動器。根據(jù)輸出功率和控制要求，驅動器選用單管MOSFET、 IGBT 或 IPM 模塊等功率器件，根據(jù)主電路器件配置相應的驅動及保護電路，綜合考慮噪音、控制性能及功率器件的開關損耗等因素，驅動器的 SPWM 開關頻率可設定在 3kHz20kHz 范圍內。 利用該控制器，可以方便地構成 PMSM 的閉環(huán)調節(jié)控制系統(tǒng)，可以增加調試檢測上位機控制電路，增加 VFD 顯示電路。由通訊口設置控制功能或參數(shù)，上位機根據(jù)設定工況和參數(shù)及檢測 到的各種參數(shù)，調節(jié) PMSM 的運行狀況，進而使整個系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。系統(tǒng)預留了與外部計算機的通信接口，必要時可與計算機或通訊設備連接故障檢測及控制。 在本系統(tǒng)中，智能功率模塊是驅動器的另一核心器件。由于開關頻率的不斷提高，致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重，對器件造成的過電壓、過電流毛刺也更大。針對不同電動汽車型號，設計不同的功率模塊，為提高驅動器系統(tǒng)的可靠性，本公司根據(jù)電動汽車驅動特性，委托專業(yè)模塊生產廠家定制高性能、多功能和高可靠性的新型集成化智能功率開關模塊，提高了可靠性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 綜上所 述硬件電路的基礎上，驅動器控制程序的軟件結構圖如下： 圖 2 傳感器信號和電壓波形相位時序圖 此控制軟件中最大特點就是利用 A、 B 相速度位置傳感器檢測永磁電機的位置， A、 B 相傳感器和三相電壓的波形如圖 2 所示（注：本文中的所有相位角度均以本圖為標準相位作為參考）。把檢測到的位置進行相應的處理，并用處理的結果估計出永磁電機轉子位置，這樣的方法就省去了復雜的機械上的轉子位置檢測，但在控制方案中，轉子位置的估計仍是必不可少的關鍵環(huán)節(jié)。因為從上圖中可以看出，通過速度位置傳感器只能檢測到 4 個電機轉子位置，其他的位置仍然需要進行位置估計。 系統(tǒng)利用調節(jié)器工作原理，省去了電流調節(jié)，外環(huán)調節(jié)器是一個轉速的 PI 調節(jié)器（其中包括電壓調節(jié)器和弱磁調節(jié)器等兩個調節(jié)器），由一個調節(jié)器的選擇開關控制啟動哪個調節(jié)器。電機啟動后，選擇電壓調節(jié)器工作，電機開始升速，當占空比接近滿占空比時，啟動弱磁控制器，同時關閉電壓調節(jié)器，對超前角 ? 進行調節(jié)，弱磁增速；減速時，當 ? 調節(jié)為 0 時，即 0?di ，此時關閉弱磁調節(jié)器，啟動電壓調 節(jié)器，使電機繼續(xù)減速。電壓和弱磁調節(jié)器的輸出為三相正弦相電壓的最大值 u（ u 2mU ）和超前角 ? ，其中 mU 為當前母線電壓值。電機內環(huán)調節(jié)為一個快速的相位跟隨調節(jié)器。電機的位置傳感器返回互差 90 度，頻率等于電機當前頻率的方波，通過轉子相位估計調節(jié)器，可以獲得當前轉子的精確相位角 ? ， ? 、 u 和 ? 三個值經過逆變器計算可以得到輸出給電機的相應占空比的三相 SPWM 波。軟件部分的總體框圖如圖 3 所示。 圖 3 軟件結構框圖 四、預期目標（主要技術經濟指標、應用或產業(yè)化前景） 主要技術指標 輸入電源： 60V— 576V（鉛酸電池及磷酸鐵鋰電池） 輸出功率： 4KW— 120KW（不同車型使用不同功率的驅動器） 控制方式： SPWM（空間矢量電壓控制）及智能 V/F曲線控制 頻率控制范圍： 0~300Hz（精度 ） 頻率控制方式：車用踏板式電位器 反饋方式：速度環(huán) \編碼器檢測 電機過載能力： 180% 綜合效率： 95% 通信協(xié)議： CAN 通信協(xié)議（遵守 SAE J193921 標準，采用擴展幀格式 ,傳輸速率 250Kb） 保護功能：直流電壓過壓、欠壓，電機過流、短路、過熱，散熱器過熱等保護與報警 冷卻方式：小型車輛 30KW 以內風冷 \大型車輛 40KW 以上水冷 (冷卻管接頭Φ 25) 適用車型：所有電動汽車（包括轎車、商務車、中巴車、公交巴士及雙層大巴等） 主要經濟指標 該項目投產后，預計年產量 50000 套，按照每套 5500 元計算，年產值可達 27500 萬元，年利潤可達 5500 萬元，年稅 金 4000 萬元，并且能夠實現(xiàn)出口創(chuàng)匯，具有很好的經濟效益。 應用或產業(yè)化前景 我國在 2021 年的汽車產量和銷量均超過 570萬輛 , 位居世界第 3 位。截至
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