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锂电池供电电动汽车增程器控制系统研究
| 论文题名： | 锂电池供电电动汽车增程器控制系统研究 |
| 关键词： | 电动汽车增程器;无刷直流电机;直接转矩控制;锂电池 |
| 摘要： | 增程器是电动汽车的辅助发电系统，它可有效增加电动汽车一次充电续行里程，降低车载锂电池的成本和重量，实现燃油汽车向纯电动汽车的平稳过渡。增程器的核心部件是电机，无刷直流电机具有体积小、重量轻、效率高等优点，是增程器中电机的理想选择。本文对以无刷直流电机为起动/发电电机的锂电池供电电动汽车的增程器控制系统进行了研究。 无刷直流电机根据其转子位置信息来决定定子绕组换相信息，因此转子位置检测是无刷直流电机运行的前提。无刷直流电机通常采用有位置传感器检测转子位置，为电机提供换相信息，但是对于空间有限并且长期奔跑于各种不同环境和路况的电动汽车并不适用。因此，本文研究了无位置传感器技术，采用端电压反电势过零点法获取转子位置，完成无刷直流电机的换相控制。 针对增程器在低温环境下的启动问题，提出了电机、发动机和电池复合冷启动方案：在传统的三段式开环启动无刷直流电机控制中加入闭环控制，在转子定位阶段，施加六组不同的电压矢量检测静止中的转子位置，完成定位后，再加入新的六组电压矢量与原先六组检测转子位置电压矢量结合完成加速控制，最后完成自同步运行；对于发动机，采取进气、燃油与机体预热措施，从而增加冷启动下发动机的可靠性；对于车载锂电池，加入保温隔层，提高锂电池的电池放电容量。实验结果表明，增程器采用复合冷启动方案后，在低温下可以正常稳定启动。 为了使增程器可靠发电，解决增程器控制系统在有限空间中快速散热问题，提出了三相逆变器起动、三相整流器发电的电动汽车增程器控制系统主电路，实现长时间大功率高发热发电运行与短时间小功率低发热起动运行电路的分开运行；在增程器控制系统机械结构设计时，将逆变器和整流器分别装配在不同的金属外壳底板上。研究了增程器的双PI发电控制策略，保证增程器可靠发电。 电动汽车在不同路况下都需满足供电需求，因此，必须使输出电压具有优良的动态特性，由于直接转矩控制技术通过对电机电磁转矩的控制来控制输出功率，因此具有极佳的电压动态响应。研究了直接转矩控制的基本原理，再将其应用加入到无刷直流电机电动状态、发电状态以及起动/发电转换过程中，实现增程器快速可靠给主驱动电机供电并向车载锂电池充电。 设计了4kW/72V增程器控制系统的硬件电路与软件程序。采用意法半导体公司微控制芯片STM32F051C8T6为核心，对主功率电路、控制电路、电源电路进行了设计，完成了增程器从起动到发电全过程控制。 |
| 作者： | 吕中正 |
| 专业： | 农业电气化与自动化 |
| 导师： | 张兰红 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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