一種新型電動車驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型電動車驅(qū)動系統(tǒng)，包括依次連接的電壓閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器、Z源逆變器和三相電機(jī)，所述電壓閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器用于在直流電壓源供電電壓過低的時(shí)候，通過加入直通零矢量，提升Z源逆變器的輸入電壓，控制逆變器的輸出電壓；所述Z源逆變器用于將直流電轉(zhuǎn)換成三相電機(jī)需要的交流電。本發(fā)明在引入Z源網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，并在電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)中加入了一個(gè)電壓閉環(huán),其作用是當(dāng)蓄電池供電電壓過低的時(shí)候，通過向逆變網(wǎng)絡(luò)中加入直通零矢量，提升逆變器的輸入電壓,控制逆變器的輸出電壓，使電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)獲得更好的輸出性能。本發(fā)明不但可以有效改善電動汽車的加速性能和動力性能，提升驅(qū)動系統(tǒng)的效率，且成本較低。
【專利說明】—種新型電動車驅(qū)動系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本明涉及一種電力電子變換器，特別涉及一種電動車驅(qū)動系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著節(jié)能環(huán)保概念的普及，電動車的研發(fā)進(jìn)入了高速發(fā)展的階段。我國新能源政策的出臺，對于我國電動汽車的發(fā)展提供了政策支持。目前電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)普遍采用直接供電逆變的驅(qū)動方案，這種方案已經(jīng)不能滿足電動汽車動力性能的需要。當(dāng)電動汽車在啟動、加速等工況下，蓄電池的電壓會由于瞬間大電流放電而急劇下降，逆變器的供電電壓隨之下降，電動汽車的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩下降，導(dǎo)致加速緩慢，使得動力性能變差。傳統(tǒng)的逆變器有電壓源、電流源逆變器，但是傳統(tǒng)的逆變器存在很多不足的地方，電壓源逆變器存在的主要缺陷如下:1)同一橋臂上下兩個(gè)開關(guān)管加入的死區(qū)時(shí)間導(dǎo)致了輸出電壓的畸變；2)同一橋臂上下兩個(gè)開關(guān)管不能直通，否則會造成輸入側(cè)的短路，燒毀線路:3)輸出電壓始終低于輸入電壓，這實(shí)際就是一個(gè)BUCK電路，為了達(dá)到驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動電壓往往需要在輸出側(cè)加入一個(gè)升壓變壓器，這就增大了工程的復(fù)雜度。電流源逆變器存在如下缺陷:I)開關(guān)管換流的重疊時(shí)間導(dǎo)致了輸出電流的畸變；2)任何時(shí)刻電路的開關(guān)模式導(dǎo)致了電路很容易被損壞；3)輸出交流電壓高于直流側(cè)的母線電壓，因此這就相當(dāng)于一個(gè)BOOST電路，這導(dǎo)致不能靈和的調(diào)節(jié)輸出電壓。為了解決以上矛盾文獻(xiàn)(F.Z.Peng, “Z-source inverter” IEEETrans, on industry Applicat1ns, vol.39, n0.2, pp.504-510, March/April, 2003.)提出了 Z源逆變器的概念，通過引入一個(gè)Z源網(wǎng)絡(luò)，將逆變器主電路與電源耦合起來。傳統(tǒng)Z源逆變器主電路如附圖四所示。其與電壓源、電流源型逆變器相比，具有以下如下優(yōu)點(diǎn):1)同一橋臂上下兩個(gè)開關(guān)管之間不需加入死區(qū)電壓，因此不會帶來輸出波形的畸變；2)同一橋臂上下兩個(gè)開關(guān)管可以直通，因此由電池干擾造成的勿導(dǎo)通不會損壞電路；3)能夠提供升降壓的功能。但傳統(tǒng)的Z源逆變器由于自身結(jié)果的原因也存在如下缺點(diǎn):1)Z源網(wǎng)絡(luò)中的電容電壓大于或者等于輸入電壓，這導(dǎo)致其電壓應(yīng)力大，需選用高壓電容，變壓器體積偏大和成本偏高；2)變換器啟動的時(shí)候網(wǎng)絡(luò)中的沖擊電流很大，同時(shí)電感與電容之間發(fā)生諧振，這些都可能隨時(shí)損壞逆變器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供了提出一種能夠改善電動車性能的電動車驅(qū)動系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，一種新型電動車驅(qū)動系統(tǒng)，包括依次連接的電壓閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器、Z源逆變器和三相電機(jī)，所述電壓閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器用于在直流電壓源供電電壓過低的時(shí)候，通過加入直通零矢量，提升Z源逆變器的輸入電壓，控制逆變器的輸出電壓；所述Z源逆變器用于將直流電轉(zhuǎn)換成三相電機(jī)需要的交流電。
[0005]進(jìn)一步，所述Z源逆變器包括直流電壓源101、三相逆變橋102、X型阻抗網(wǎng)絡(luò)103和功率二極管105，所述三相逆變橋102的三個(gè)橋臂均由兩個(gè)開關(guān)管組成，每個(gè)開關(guān)管并聯(lián)一個(gè)二極管，三個(gè)橋臂的上橋臂開關(guān)管的集電極并聯(lián)在一起形成三相逆變橋的正端，三個(gè)橋臂的下橋臂開關(guān)管的發(fā)射極并聯(lián)在一起形成三相逆變橋的負(fù)端；三相逆變橋102的正端與直流電壓源101正極相連，所述X型阻抗網(wǎng)絡(luò)103包括第一電感L1、第二電感L2、第一阻抗電容Cl和第二阻抗電容C2，第一阻抗電容的正端與第二阻抗電容的正端之間連接第一電感LI，第一阻抗電容的負(fù)端與第二阻抗電容的負(fù)端之間連接第二電感L2，功率二極管的陽極與第二阻抗電容和第一電感的公共端連接，功率二極管的陰極與第二電感和第一阻抗電容的公共端連接，所述第二阻抗電容的負(fù)端連接于直流電壓源的負(fù)端。
[0006]進(jìn)一步，所述電壓閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器包括電壓檢測模塊106、PID算法模塊107、直通矢量PWM模塊108、速度設(shè)定模塊109 ;所述電壓監(jiān)測模塊用于檢測系統(tǒng)電壓變化，當(dāng)直流電壓源供電電壓過低的時(shí)候，系統(tǒng)通過直通矢量PWM模塊108加入直通零矢量，提升Z源逆變器的輸入電壓，控制逆變器的輸出電壓；所述PID算法模塊用于檢測系統(tǒng)是否有加速度輸入，當(dāng)檢測到系統(tǒng)有加速度輸入，PID算法模塊根據(jù)加速度并結(jié)合輸出的電池電壓，加入適量的直通零矢量，來控制驅(qū)動系統(tǒng)中的Z源逆變器的升壓，使最終的輸出電壓保持在一個(gè)合適的水平；所述速度設(shè)定模塊用于設(shè)定電動車的速度。
[0007]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0008]本發(fā)明在引入改進(jìn)型Z源逆變器同時(shí)，在電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)中加入了一個(gè)電壓閉環(huán)，其作用是當(dāng)蓄電池供電電壓過低的時(shí)候，通過加入直通零矢量，提升逆變器的輸入電壓，控制逆變器的輸出電壓，使電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)獲得更好的輸出性能，并以此來達(dá)到有效改善電動汽車的加速性能和動力性能，提升驅(qū)動系統(tǒng)的效率。本發(fā)明改進(jìn)后的逆變電路是主電路中加入了一個(gè)電壓閉環(huán)，當(dāng)系統(tǒng)檢測到逆變器主電路電壓大幅下降的時(shí)候，通過閉環(huán)調(diào)節(jié)器算法，輸出一定的直通矢量信號，加入到電機(jī)控制算法輸出的PWM逆變橋開關(guān)驅(qū)動信號中，提高輸出電壓，改善電動汽車的加速性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中:
[0010]圖1為加入Z源網(wǎng)絡(luò)后的新型電動車驅(qū)動系統(tǒng)主電路。
[0011]圖2為傳統(tǒng)電壓源逆變器主電路。
[0012]圖3為傳統(tǒng)電流源逆變器主電路。
[0013]圖4為傳統(tǒng)的Z源逆變器主電路。
[0014]圖5為新型的Z源逆變器主電路。
[0015]圖6為加入Z源網(wǎng)絡(luò)后的系統(tǒng)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]如圖1所示，一種新型電動車驅(qū)動系統(tǒng)，包括依次連接的電壓閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器、Z源逆變器和三相電機(jī)，所述電壓閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器用于在直流電壓源供電電壓過低的時(shí)候，通過加入直通零矢量，提升Z源逆變器的輸入電壓，控制逆變器的輸出電壓；所述Z源逆變器用于將直流電轉(zhuǎn)換成三相電機(jī)需要的交流電。
[0018]其中，所述的Z源逆變器包括直流電壓源101、三相逆變橋102、X型阻抗網(wǎng)絡(luò)103和功率二極管105，所述三相逆變橋102的三個(gè)橋臂均由兩個(gè)開關(guān)管組成，每個(gè)開關(guān)管并聯(lián)一個(gè)二極管，三個(gè)橋臂的上橋臂開關(guān)管的集電極并聯(lián)在一起形成三相逆變橋的正端，三個(gè)橋臂的下橋臂開關(guān)管的發(fā)射極并聯(lián)在一起形成三相逆變橋的負(fù)端；三相逆變橋102的正端與直流電壓源101正極相連，所述X型阻抗網(wǎng)絡(luò)103包括第一電感L1、第二電感L2、第一阻抗電容Cl和第二阻抗電容C2，第一阻抗電容的正端與第二阻抗電容的正端之間連接第一電感LI，第一阻抗電容的負(fù)端與第二阻抗電容的負(fù)端之間連接第二電感L2，功率二極管的陽極與第二阻抗電容和第一電感的公共端連接，功率二極管的陰極與第二電感和第一阻抗電容的公共端連接，所述第二阻抗電容的負(fù)端連接于直流電壓源的負(fù)端。
[0019]所述的電壓閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器包括電壓檢測模塊106、PID算法模塊107、直通矢量PWM模塊108、速度設(shè)定模塊109 ;電壓監(jiān)測模塊106起到檢測系統(tǒng)電壓變化作用，當(dāng)直流電壓源供電電壓過低的時(shí)候，系統(tǒng)通過直通矢量PWM模塊108加入直通零矢量，提升Z源逆變器的輸入電壓，控制逆變器的輸出電壓；PID算法模塊107起到檢測系統(tǒng)是否有加速輸入的作用，它里面的PID算法程序一旦檢測到系統(tǒng)有加速輸入，并根據(jù)輸出的電池電壓也就是直流電壓源，加入適量的直通零矢量，來控制驅(qū)動系統(tǒng)中的Z源網(wǎng)絡(luò)的升壓，使最終的輸出電壓保持在一個(gè)合適的水平；速度設(shè)定模塊109是用來設(shè)定電動車速度的。
[0020]在本實(shí)施例中，直流電壓源通常是起蓄積電能的蓄電池；所述的三相電機(jī)是異步電機(jī)；所述的開關(guān)管為IGBT。
[0021]在本系統(tǒng)中，逆變電路采用Z源DC/AC逆變電路，其優(yōu)點(diǎn)是它可以提升蓄電池的供電電壓，負(fù)載可以開路、短路且成本較低。新型的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的逆變電路綜合了傳統(tǒng)的電壓、電流源逆變電路的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，對電壓升降的控制靈活控制更靈活。
[0022]在本系統(tǒng)中，Z源DC/AC逆變橋電路中將三相逆變橋102與功率二極管105交換了位置，與傳統(tǒng)的Z源DC/AC逆變器電路相比，這樣帶來的優(yōu)點(diǎn)是電容電壓極性與輸入電壓極性一致，而且逆變電路不會出現(xiàn)通路的情況，這樣避免了系統(tǒng)啟動時(shí)候帶來的沖擊電流。
[0023]傳統(tǒng)的電壓型、電流型逆變器主電路分別如附圖2、3所示，傳統(tǒng)的Z源DC/AC逆變電路如圖4所示。
[0024]在本系統(tǒng)中，引入一個(gè)電壓閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器，其優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)系統(tǒng)檢測到逆變器主電路電壓大幅下降的時(shí)候，通過閉環(huán)調(diào)節(jié)器算法，輸出一定的直通矢量信號，加入到電機(jī)控制算法輸出的PWM逆變橋開關(guān)驅(qū)動信號中，以此來提高輸出電壓，改善電動汽車的加速性倉泛。
[0025]加入Z源網(wǎng)絡(luò)后的新型電動車驅(qū)動系統(tǒng)其運(yùn)行過程如下:當(dāng)啟動系統(tǒng)后，直流電壓源開始放電，也就是蓄電池開始放電的過程，隨著放電過程的進(jìn)行，電源電壓降低，當(dāng)系統(tǒng)檢測到系統(tǒng)主電路電壓大幅度下降的時(shí)候，系統(tǒng)通過閉環(huán)調(diào)節(jié)器的算法，輸出一定的直通矢量信號，并將其加入到電機(jī)控制算法輸出的PWM逆變橋開關(guān)驅(qū)動信號中，以此來提高輸出電壓，改進(jìn)電動汽車的加速性能；當(dāng)PID算法程序檢測到加速輸入的時(shí)候，根據(jù)輸出的電池電壓也就是直流電壓源，加入適量的直通零矢量，來控制驅(qū)動系統(tǒng)中的Z源網(wǎng)絡(luò)的升壓，使最終的輸出電壓保持在一個(gè)合適的水平。
[0026]新型電動車驅(qū)動系統(tǒng)中Z源網(wǎng)絡(luò)的控制算法，采用簡單的SPWM升壓控制策略或者在SVPWM中加入適量的直通零矢量升壓控制策略，由于Z源逆變器Z源逆變器工作在傳統(tǒng)的零矢量狀態(tài)和直通零矢量狀態(tài)，對負(fù)載來講作用是一樣的，都是將三相負(fù)載短路。既然這樣，就可以直接將傳統(tǒng)SPWM控制方法的每個(gè)周期中的傳統(tǒng)零矢量作用時(shí)間部分可以由直通零矢量作用時(shí)間來代替，而有效矢量作用的時(shí)間保持不變，就可以方便的實(shí)現(xiàn)Z源逆變器的升壓控制，及SPWM升壓的控制策略。SVPWM控制雖然和SPWM控制的出發(fā)點(diǎn)完全不同，但是兩者之間還是有很多相同之處的，和傳統(tǒng)的對稱規(guī)則采樣SPWM控制相同，對稱空間矢量PWM控制每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)也是有兩個(gè)相鄰的有效矢量和兩個(gè)傳統(tǒng)零矢量合成作用而成，同樣也可以由直通零狀態(tài)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)零狀態(tài)作用從而實(shí)現(xiàn)Z源逆變器的升壓控制，具體的升壓控制策略根據(jù)電機(jī)控制算法而定。
[0027]本發(fā)明在驅(qū)動系統(tǒng)中加入基于Z源逆變網(wǎng)絡(luò)的Z源逆變器來提升電動車電動系統(tǒng)的動力性能，同時(shí)在驅(qū)動系統(tǒng)中加入了一個(gè)電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)，起到提升驅(qū)動系統(tǒng)性能的作用。
[0028]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種新型電動車驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于:包括依次連接的電壓閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器、Z源逆變器和三相電機(jī)， 所述電壓閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器用于在直流電壓源供電電壓過低的時(shí)候，通過加入直通零矢量，提升Z源逆變器的輸入電壓，控制逆變器的輸出電壓； 所述Z源逆變器用于將直流電轉(zhuǎn)換成三相電機(jī)需要的交流電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型電動車驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于:所述Z源逆變器包括直流電壓源(101)、三相逆變橋(102)、X型阻抗網(wǎng)絡(luò)(103)和功率二極管(105)，所述三相逆變橋(102)的三個(gè)橋臂均由兩個(gè)開關(guān)管組成，每個(gè)開關(guān)管并聯(lián)一個(gè)二極管，三個(gè)橋臂的上橋臂開關(guān)管的集電極并聯(lián)在一起形成三相逆變橋的正端，三個(gè)橋臂的下橋臂開關(guān)管的發(fā)射極并聯(lián)在一起形成三相逆變橋的負(fù)端；三相逆變橋(102)的正端與直流電壓源(101)正極相連，所述X型阻抗網(wǎng)絡(luò)(103)包括第一電感(LI)、第二電感(L2)、第一阻抗電容(Cl)和第二阻抗電容(C2)，第一阻抗電容的正端與第二阻抗電容的正端之間連接第一電感(LI)，第一阻抗電容的負(fù)端與第二阻抗電容的負(fù)端之間連接第二電感(L2)，功率二極管的陽極與第二阻抗電容和第一電感的公共端連接，功率二極管的陰極與第二電感和第一阻抗電容的公共端連接，所述第二阻抗電容的負(fù)端連接于直流電壓源的負(fù)端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型電動車驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于:所述電壓閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器包括電壓檢測模塊(106)、PID算法模塊(107)、直通矢量PWM模塊(108)、速度設(shè)定模塊(109);所述電壓監(jiān)測模塊用于檢測系統(tǒng)電壓變化，當(dāng)直流電壓源供電電壓過低的時(shí)候，系統(tǒng)通過直通矢量PWM模塊(108)加入直通零矢量，提升Z源逆變器的輸入電壓，控制逆變器的輸出電壓；所述PID算法模塊用于檢測系統(tǒng)是否有加速度輸入，當(dāng)檢測到系統(tǒng)有加速度輸入，PID算法模塊根據(jù)加速度并結(jié)合輸出的電池電壓，加入適量的直通零矢量，來控制驅(qū)動系統(tǒng)中的Z源逆變器的升壓，使最終的輸出電壓保持在一個(gè)合適的水平；所述速度設(shè)定模塊用于設(shè)定電動車的速度。
【文檔編號】H02M7/5387GK104283487SQ201410589609
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】黃智宇, 杜尚川, 陳志方, 彭熙, 夏天駿 申請人:重慶郵電大學(xué)