驱动电机控制系统主要是由高压配电器、驱动电机控制器、驱动电机及相关的传感器组成,其位置如图3-12所示,该系统核心为驱动电机控制器。
电机控制系统使用了如下传感器来提供电机的工作信息。电流传感器用以检测电机工作的实际电流,包括母线电流、三相交流电流。电压传感器用以检测供给电机控制器工作的实际电压,包括高压电池电压、蓄电池电压。温度传感器用以检测电机控制系统的工作温度,包括模块温度、电机控制器温度。
如图3-13所示,驱动电机控制器接受挡位开关信号、油门深度、脚刹深度、旋变等信号,经过系列的逻辑处理和判断,计算岀所需占空比,产生PWM(正弦脉宽调制信号),通过驱动板传递给IGBT模块,将直流电转换为交流电,来控制电机的前进、倒退、维持电机的正常运转。
驱动电机控制器键零部件为IGBT模块,IGBT实际为大电容,目的是为了控制电流的工作,保证能够输出合适的电流参数。
1.驱动电机控制器的主要功能。
(1)控制电机正向驱动、反向驱动、正转发电、反转发电。
驱动电机控制器对电动汽车的效率和平稳运行至关重要,其功能是按中央控制单元的指令、电动机的速度和电流反馈信号,对电动机的速度、驱动转矩和旋转方向进行控制。
(2)控制电机的动力输出,同时对电机进行保护。
驱动控制器与电动机必须配套使用,目前对电动机的调速主要采用调压、调频等方式,这主要取决于所选用的驱动电动机类型。
由于蓄电池以直流电方式供电,所以对直流电动机主要是通过DC/DC转换器进行调压调速控制的;而对于交流电动机需通过DC/AC转换器进行调频调压矢量控制;对于磁阻电动机是通过控制其脉冲频率来进行调速的。
(3通过CAN与其他控制模块通讯,接收并发送相关的信号,间接地控制车上相关系统正常运行。
(4)制动能量回馈控制。
当汽车进行倒车行驶时,需通过驱动控制器使电动机反转来驱动车轮反向行驶。当纯电动汽车处于降速和下坡滑行时,驱动控制器使电动机运行于发电状态,电动机利用其惯性发电,将电能通过驱动控制器回馈给蓄电池。控制器通常需要风冷或者水冷。
(5)自身内部故障的检测和处理。
电机控制器不仅接受油门踏板的加减速信号,同时接受制动踏板、电机转速、车速、电机电枢电压、电流、冷却水温等信号,经过对这些信号的分析完成对电动机的精确控制;并且控制器会将这些信号的数值显示在外接显示屏上以供驾驶员随时掌握车辆状况。另外,控制器在电机发生过流、过压以及过热的情况时会自动切断主电路以保护汽车以及乘员的安全。
2.驱动系统控制策略。
电动汽车在行驶过程中,驾驶员根据实际行驶工况的需要,通过操纵油门踏板、制动踏板、变速器操纵杆来控制电动汽车的车速。按油门踏板所代表的给定指令不同,控制系统可以分为:开环控制系统,电流闭环控制系统和车速-电流双闭环控制系统。
开环控制系统就是用加速踏板信号代表主控制器向IGBT模块输出的占空比信号,其特点是线路简单,成本低,但是当电池电压等参数变化时,没有自动调节作用,抗干扰能力差,起步加速和动力性能指标不高。
电流单闭环控制系统就是用油门踏板信号代表电机电枢电流,即电机的输出扭矩。电流单闭环车速控制系统的主要特点是响应时间短,控制准确,且具有自调节能力,但是此系统容易出现过流现象,可能导致电机或者控制器的损坏。
油门踏板信号代表驾驶员期望车速的控制系统称为车速控制系统。如安装车速传感器检测车速,并将其与期望车速相比构成反控制的称之为车速单闭环控制。采用车速和电流两个调节器控制的系统称之为车速电流双闭环控制系统。双闭环控制系统具有比较满意的动态性能;加速踏板位置直接代表驾驶员期望车速,直观便于理解;起动加速性能好,系统动力好。
3.动力电机再生制动介绍。
动力系统中采用了“再生制动器”,它利用电动机的发电来再次利用动能。电动机通常在通电后开始转动,但是相反地让外界力量带动电动机旋转时,它又可作为发电机来发电。因此,利用驱动轮的旋转力带动电动机发电,在给蓄电池充电的同时,又可利用发电时的电阻来减速。该系统在制动时与液压制动器同时控制“再生制动器”,完美地将原来在减速中作为摩擦热散失的动能回收为行驶用能量。城市中行驶时反复进行的调速操作具有较高的能量回收效果,所以在低速带优先使用再生制动器。
