專利名稱：純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣自動(dòng)化領(lǐng)域中的電機(jī)控制器及其控制方法，具體涉及一種純電動(dòng) 汽車用電機(jī)控制器及其控制方法。
背景技術(shù)：
電動(dòng)汽車是指以車載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī) 各項(xiàng)要求的車輛。電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)是它本身不排放污染大氣的有害氣體，即使按所耗電量 換算為發(fā)電廠的排放，除硫和微粒外，其它污染物也顯著減少，由于電廠大多建于遠(yuǎn)離人口 密集的城市，對(duì)人類傷害較少，而且電廠是固定不動(dòng)的，集中的排放，清除各種有害排放物 較容易，也已有了相關(guān)技術(shù)。電動(dòng)汽車的組成包括電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)力傳動(dòng)等機(jī)械系統(tǒng)、完成既定任 務(wù)的工作裝置等。電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大 不同點(diǎn)。電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、電源和電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制裝置等組成。電動(dòng) 汽車的其他裝置基本與內(nèi)燃機(jī)汽車相同。電動(dòng)汽車的動(dòng)力由電機(jī)提供，對(duì)電機(jī)控制的性能 直接影響汽車的性能指標(biāo)和安全性。三相交流感應(yīng)電機(jī)經(jīng)過上百年在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，結(jié) 構(gòu)安全可靠、價(jià)格低廉、生產(chǎn)技術(shù)比較成熟，大部分研發(fā)人員直接將工業(yè)變頻器應(yīng)用于電動(dòng) 汽車電機(jī)控制，由于技術(shù)要求和工作工況均有較大差異，主要表現(xiàn)在散熱結(jié)構(gòu)和方式、整體 結(jié)構(gòu)抗振動(dòng)能力、電磁輻射干擾汽車零部件正常通訊、與現(xiàn)有汽車油門信號(hào)不兼容、故障代 碼與傳統(tǒng)車輛儀表不匹配以及高壓電源正負(fù)極易接錯(cuò)，導(dǎo)致控制系統(tǒng)龐大復(fù)雜，安全性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器，其能以簡(jiǎn)單的結(jié) 構(gòu)來實(shí)現(xiàn)有效的防止高壓直流母線接反所引發(fā)的短路等安全問題，而且又較強(qiáng)的散熱功 能，加強(qiáng)了電機(jī)控制器的防護(hù)，同時(shí)使得車輛操控信號(hào)與控制器匹配的更好。本發(fā)明另一個(gè)要解決的技術(shù)問題是提供一種純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器的控制方 法，其能以簡(jiǎn)單有效的方法根據(jù)純電動(dòng)汽車的特殊使用工況，提出控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制策 略，滿足純電動(dòng)汽車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的需求。對(duì)于本發(fā)明所述的一種純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器來說，上述技術(shù)問題是通過如下 技術(shù)方案進(jìn)行解決的一種純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器，包括中央處理器、主電容預(yù)充電電 路、行車參數(shù)采集模塊、車速給定模塊、電流采集模塊，所述控制器回路還包括溫度采集模 塊、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)及母線電壓極性校正系統(tǒng)，各模塊均與中央處理器電氣連接，各模塊 工作時(shí)序由中央處理器控制，所述動(dòng)力電池與電機(jī)控制器之間有母線電壓極性校正系統(tǒng)， 經(jīng)過母線電壓極性校正系統(tǒng)之后的動(dòng)力電池串接充電電路，由中央處理器控制充電電路的 切除。對(duì)于本發(fā)明所述的純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器的控制方法，其技術(shù)問題是通過如下 技術(shù)方案進(jìn)行解決的一種采用權(quán)利要求1所述的純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器的控制方法，第一步，啟動(dòng)電機(jī)控制器，動(dòng)力電池對(duì)控制器主回路充電，中央處理器進(jìn)行系統(tǒng)資源初始化 并檢測(cè)母線電壓，母線電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)閉合主接觸器，斷開充電電路，同時(shí)采集車輛行駛 狀態(tài)參數(shù)；第二步，進(jìn)入中斷子程序，保護(hù)中斷現(xiàn)場(chǎng)，讀取電流、電壓、轉(zhuǎn)矩、碼盤信號(hào)的轉(zhuǎn)換 值；第三步，進(jìn)入轉(zhuǎn)差解釋程序，計(jì)算轉(zhuǎn)差角度并查表求得轉(zhuǎn)差角對(duì)應(yīng)的余弦值，根據(jù)電機(jī) 的參數(shù)計(jì)算得到交直軸磁鏈分量；第四步，對(duì)電機(jī)模型進(jìn)行2/3，3/2坐標(biāo)變換，求得A、B、C 三相電壓參考值，根據(jù)三相電流的給定值與實(shí)際值比較，修正電壓給定，該修正值用以計(jì)算 PWM占空比；第五步，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，完成一次電機(jī)控制。作為本發(fā)明所述純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器的一種優(yōu)選方案，所述中央處理器與供 電電源分成至少兩個(gè)獨(dú)立的板卡，所述控制器回路還設(shè)置有故障診斷模塊。作為本發(fā)明所述純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器的一種優(yōu)選方案，所述MCU具有8路AD 轉(zhuǎn)換通道，10路數(shù)字I/O 口，6路PWM輸出控制口，1路CAN通訊口，1路RS232通訊口。作為本發(fā)明所述純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器的一種優(yōu)選方案，所述控制器采用環(huán)形 熱管散熱器散熱，安裝時(shí)散熱器面朝上，所述散熱器底板為銅板，其一面與功率模塊固定， 另一面與熱管直接相連，所述熱管每個(gè)自成回路，鋁制翅片串接所有熱管，所述熱管中的冷 媒為純水。作為上述控制方法的一種優(yōu)選方案，所述用于斷開充電電路的電壓設(shè)定值設(shè)定為 0.7倍額定母線電壓。作為上述控制方法的一種優(yōu)選方案，所述溫度采集模塊將電機(jī)和電機(jī)控制器溫度 送達(dá)中央處理器，中央處理器根據(jù)溫度數(shù)據(jù)決定電機(jī)控制器的功率大小。作為上述控制方法的一種優(yōu)選方案，所述車速給定模塊接收0. 1 4. 7V電壓量和 怠速開關(guān)動(dòng)作時(shí)序作為車輛加速依據(jù)。在上述純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器及其控制方法中，由于采用母線電壓極性校正系 統(tǒng)，所述控制器在收到車輛準(zhǔn)備運(yùn)行信號(hào)時(shí)，通過充電電阻回路使電機(jī)控制器開關(guān)電源部 分工作，所述充電回路接收車輛準(zhǔn)備運(yùn)行信號(hào)，在充電電壓達(dá)到開關(guān)電源正常工作后，電機(jī) 控制器檢測(cè)主回路母線電壓直至0.7電池電壓，并切除充電回路，系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)； 采用了熱管換熱器，該結(jié)構(gòu)散熱器省去了傳統(tǒng)控制器普遍使用的電子風(fēng)扇，解決了由于風(fēng) 扇損壞導(dǎo)致控制器的損毀；采用此控制方法后，電機(jī)控制器依據(jù)所采集的車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)與 當(dāng)前駕駛員駕駛意圖能更好的決定主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作狀態(tài)。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器及其控制方法做進(jìn)一步詳細(xì)說 明。圖1為本發(fā)明所述電機(jī)控制器原理框圖。圖2本發(fā)明所述電機(jī)控制器中高壓母線接線及預(yù)充電原理圖。圖3為本發(fā)明所述電機(jī)控制器的軟件流程圖。圖4為本發(fā)明所述電機(jī)控制器的散熱器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了本發(fā)明的電機(jī)控制器原理框圖，圖2本發(fā)明所述電機(jī)控制器中高壓母
4線接線及預(yù)充電原理圖。根據(jù)圖1、2可知，在動(dòng)力電池和控制器相聯(lián)接的位置增加母線電 壓極性校正系統(tǒng)和預(yù)充電電路。同時(shí)控制器內(nèi)部電路包括MCU、電壓電流采集電路模塊、行 車參數(shù)采集模塊、車速給定模塊、電機(jī)及控制器溫度采集模塊、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊、通訊模塊， MCU模塊電路與供電電源板各自獨(dú)立設(shè)計(jì)板卡，便于安裝和解決電磁干擾問題，所有模塊均 與MCU實(shí)現(xiàn)電氣隔離連接，車速給定模塊采用0. 1 4. 7V模擬電壓加怠速開關(guān)。車速給定 模塊輸出小于0. IV且車速測(cè)速不為零時(shí)，控制器以15%額定力矩回收能量，剎車信號(hào)采用 開關(guān)量，剎車系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)控制器以大于35%額定力矩回收能量。故障診斷模塊在系統(tǒng)上電 工作后開始工作，檢查怠速開關(guān)與模擬電壓工作邏輯一致、檢查蓄電池電壓正常、檢查主接 觸器工作正常、檢查過流正常，否則報(bào)警并停止電機(jī)功率輸出。從動(dòng)力電池連接的直流電壓 通過直流繼電器1和繼電器2與預(yù)充電電路相連，所述充電電路與電機(jī)控制器開關(guān)電源部 分相連，所述控制器在收到車輛準(zhǔn)備運(yùn)行信號(hào)時(shí)，通過充電電阻回路使電機(jī)控制器開關(guān)電 源部分工作，所述充電回路接收車輛準(zhǔn)備運(yùn)行信號(hào)，在充電電壓達(dá)到開關(guān)電源正常工作后， 電機(jī)控制器檢測(cè)主回路母線電壓直至0.7電池電壓，并切除充電回路，系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行 狀態(tài)。本發(fā)明電機(jī)控制器根據(jù)純電動(dòng)汽車運(yùn)行技術(shù)工況和異步電機(jī)的控制要求，中央處 理器MCU采用美國(guó)TI公司TMS320LFM0X，該芯片采用靜態(tài)CMOS技術(shù)，指令周期33ns，提供 CAN2.0總線技術(shù)，多路AD轉(zhuǎn)換模塊和普通數(shù)字I/O 口。該芯片可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)差頻率矢量 控制程序運(yùn)算，電機(jī)三相電流采集，直流母線電壓、電流采集，12路PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生，控制 器IGBT模塊溫度和電機(jī)溫度采集，外部加速器信號(hào)采集，行車制動(dòng)信號(hào)采集，空檔滑行信 號(hào)采集，以及與儀表或其他設(shè)備示數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)耐ㄓ嵞K。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器依據(jù)所采集的車 輛運(yùn)行數(shù)據(jù)與當(dāng)前駕駛員駕駛意圖決定主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作狀態(tài)。本發(fā)明的一種實(shí)施方式是一種異步電機(jī)控制器，其中央處理器MCU采用8路10 位AD轉(zhuǎn)換通道，其中3路用于電流采樣，2路用于電壓檢測(cè)，2路溫度采集，采集后的數(shù)據(jù) 經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換模塊存儲(chǔ)于臨時(shí)變量寄存器中。所述異步電機(jī)控制器MCU采用10路數(shù)字I/O 口，OC門開路，上拉電阻輸入輸出，提高信號(hào)抗干擾能力。所述異步電機(jī)控制器MCU采用6 路PWM(EVA)輸出控制口驅(qū)動(dòng)IGBT模塊，MCU輸出的PWM開關(guān)信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大電路和保護(hù) 電路后與IGBT驅(qū)動(dòng)極電氣相連，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力輸入輸出功能。所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用磁電 編碼器作為電機(jī)位置檢測(cè)傳感器，經(jīng)QEP模塊解碼后傳輸至MCU作為電機(jī)控制的解算依據(jù)。 所述通訊模塊采用一路CAN數(shù)字通訊端口 CANH，CANL，一路串口通訊端口 SCIRXD，SCITXD, CAN通訊端口負(fù)責(zé)與車輛其他部件如DC/DC通訊，串口通訊提供儀表顯示數(shù)據(jù)。圖3示出了本發(fā)明一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制方法，其控制邏輯為1.電機(jī)控制器上電啟動(dòng)，動(dòng)力電池對(duì)控制器主回路充電，MCU進(jìn)行系統(tǒng)資源初始 化并檢測(cè)母線電壓，母線電壓達(dá)到設(shè)定值Un時(shí)閉合主接觸器，切開充電電阻，同時(shí)采集車 輛行駛狀態(tài)參數(shù)。Un值設(shè)定為0.7倍額定母線電壓。2.進(jìn)入中斷子程序，保護(hù)中斷現(xiàn)場(chǎng)，讀取電流、電壓、轉(zhuǎn)矩、碼盤信號(hào)的轉(zhuǎn)換值。3.進(jìn)入轉(zhuǎn)差解釋程序，計(jì)算轉(zhuǎn)差角度并查表求得轉(zhuǎn)差角對(duì)應(yīng)的余弦值，根據(jù)電機(jī) 的參數(shù)計(jì)算得到交直軸磁鏈分量。4.對(duì)電機(jī)模型進(jìn)行2/3，3/2坐標(biāo)變換，求得A、B、C三相電壓參考值，根據(jù)三相電 流的給定值與實(shí)際值比較，修正電壓給定，該修正值用以計(jì)算PWM占空比。
5.恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，完成一次電機(jī)控制。圖4示出了電機(jī)控制器散熱器與控制器熱源IGBT接觸的底板3為銅板，所述銅板 即作為散熱板與散熱器相連，也作為控制器箱體4結(jié)構(gòu)的一部分，所述散熱銅板在機(jī)箱內(nèi) 與功率模塊相連，在箱外與環(huán)形熱管2相連，環(huán)形熱管內(nèi)灌有一定量的冷媒如純水，鋁箔翅 片1以一定間隙寬度穿插在環(huán)形熱管2上，控制器在安裝時(shí)保持熱管散熱器面朝上即可。該 結(jié)構(gòu)散熱器省去了傳統(tǒng)控制器普遍使用的電子風(fēng)扇，解決了由于風(fēng)扇損壞導(dǎo)致控制器的損 毀。本發(fā)明不局限于圖1至圖4所示的實(shí)施方式。本發(fā)明所述的純電動(dòng)汽車用電機(jī)控 制器及其控制方法還可以有其他的變形或變化，但只要具備了權(quán)利要求所述的技術(shù)特征， 即為本專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器，包括中央處理器、主電容預(yù)充電電路、行車參數(shù)采 集模塊、車速給定模塊、電流采集模塊，其特征在于所述控制器回路還包括溫度采集模塊、 動(dòng)力電池管理系統(tǒng)及母線電壓極性校正系統(tǒng)，各模塊均與中央處理器電氣連接，各模塊工 作時(shí)序由中央處理器控制，所述動(dòng)力電池與電機(jī)控制器之間有母線電壓極性校正系統(tǒng)，經(jīng) 過母線電壓極性校正系統(tǒng)之后的動(dòng)力電池串接充電電路，由中央處理器控制充電電路的切 除。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器，其特征在于所述中央處理器與 供電電源分成至少兩個(gè)獨(dú)立的板卡，所述控制器回路還設(shè)置有故障診斷模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器，其特征在于所述MCU具有 8路AD轉(zhuǎn)換通道，10路數(shù)字I/O 口，6路PWM輸出控制口，1路CAN通訊口，1路RS232通訊
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器，其特征在于所述控制器采用 環(huán)形熱管散熱器散熱，安裝時(shí)散熱器面朝上，所述散熱器底板為銅板，其一面與功率模塊固 定，另一面與熱管直接相連，所述熱管每個(gè)自成回路，鋁制翅片串接所有熱管，所述熱管中 的冷媒為純水。
5.一種采用權(quán)利要求1所述的純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器的控制方法，其特征在于第 一步，啟動(dòng)電機(jī)控制器，動(dòng)力電池對(duì)控制器主回路充電，中央處理器進(jìn)行系統(tǒng)資源初始化并 檢測(cè)母線電壓，母線電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)閉合主接觸器，斷開充電電路，同時(shí)采集車輛行駛狀 態(tài)參數(shù)；第二步，進(jìn)入中斷子程序，保護(hù)中斷現(xiàn)場(chǎng)，讀取電流、電壓、轉(zhuǎn)矩、碼盤信號(hào)的轉(zhuǎn)換 值；第三步，進(jìn)入轉(zhuǎn)差解釋程序，計(jì)算轉(zhuǎn)差角度并查表求得轉(zhuǎn)差角對(duì)應(yīng)的余弦值，根據(jù)電機(jī) 的參數(shù)計(jì)算得到交直軸磁鏈分量；第四步，對(duì)電機(jī)模型進(jìn)行2/3，3/2坐標(biāo)變換，求得A、B、C 三相電壓參考值，根據(jù)三相電流的給定值與實(shí)際值比較，修正電壓給定，該修正值用以計(jì)算 PWM占空比；第五步，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，完成一次電機(jī)控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器的控制方法，其特征在于所述用 于斷開充電電路的電壓設(shè)定值設(shè)定為0. 7倍額定母線電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器的控制方法，其特征在于所述溫 度采集模塊將電機(jī)和電機(jī)控制器溫度送達(dá)中央處理器，中央處理器根據(jù)溫度數(shù)據(jù)決定電機(jī) 控制器的功率大小。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器的控制方法，其特征在于所述中 央控制器根據(jù)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)檢測(cè)的電池電量決定電機(jī)輸出功率的大小。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器的控制方法，其特征在于所述車 速給定模塊接收0. 1 4. 7V電壓量和怠速開關(guān)動(dòng)作時(shí)序作為車輛加速依據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器及其控制方法，在上述純電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器及其控制方法中，由于采用母線電壓極性校正系統(tǒng)，所述控制器在收到車輛準(zhǔn)備運(yùn)行信號(hào)時(shí)，通過充電電阻回路使電機(jī)控制器開關(guān)電源部分工作，所述充電回路接收車輛準(zhǔn)備運(yùn)行信號(hào)，在充電電壓達(dá)到開關(guān)電源正常工作后，電機(jī)控制器檢測(cè)主回路母線電壓直至0.7電池電壓，并切除充電回路，系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)；采用了熱管換熱器，該結(jié)構(gòu)散熱器省去了傳統(tǒng)控制器普遍使用的電子風(fēng)扇，解決了由于風(fēng)扇損壞導(dǎo)致控制器的損毀；采用此控制方法后，電機(jī)控制器依據(jù)所采集的車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)與當(dāng)前駕駛員駕駛意圖能更好的決定主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作狀態(tài)。
文檔編號(hào)B60L15/00GK102079252SQ200910234640
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者丁元章, 韓丙乾 申請(qǐng)人:丁元章