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混合動力汽車系統電路結構設計

06/06/2018  已閱讀 792

近幾十年來,資源短缺和環境保護成為世界汽車工業面臨的兩大挑戰。石油資源短缺,汽車尾氣對大氣的污染日趨嚴重,因此,各國汽車工業都加大了研究和開發其它燃料汽車和電動汽車的力度。

混合動力電動汽車系統結構

圖1為串聯式混合動力系統拓撲結構圖,整個混合動力系統采用串聯式結構,主要由能源供給系統、電氣驅動系統和機械傳動系統三大部分構成。能源供給系統由動力電池組、發動機-發電機機組組成;電氣驅動系統由逆變器和電動機組成;機械傳動系統將電動機的機械輸出通過減速器送給驅動橋。整車系統采用can總線傳輸信息和命令,通訊介質采用屏蔽雙絞線。


圖1 串聯式混合動力系統拓撲結構圖

2 電機驅動系統主電路結構

2.1主回路元件選擇


圖2 驅動系統主回路電路圖

電機驅動系統主回路原理如圖2所示,采用三相橋式逆變器,根據牽引電機的參數:額定功率50kw; 額定電流167a; 額定電壓240v;額定頻率200hz; 峰值頻率400hz。功率器件可選600v/600a,開關頻率10khz。

直流側支撐電容采用4個3300μf的電解電容并聯而成,并聯在高壓直流母線兩端。由于直流側電壓udc=336v,所以支撐電容的耐壓等級應高于336v,取450v。

3 控制電路

3.1驅動系統控制部分設計


圖3 電機驅動系統控制框圖

圖3為電機驅動系統控制框圖,它由傳感器測量與信號處理電路、控制板以及驅動板等組成。

電機控制電路分為電機電壓控制電路(功率放大電路和H型雙極驅動電路)和PWM脈寬調制電路。抗干擾電路和過、欠電壓檢測與保護電路已分別嵌入到了電機電壓控制電路和PWM脈寬調制電路兩大模塊內 。

PWM脈寬調制電路


圖4 PWM脈寬調制電路原理圖

設計依據如下:UC3637的控制電壓(16端)在±5V變化時,經UC3637內部比例放大器處理后的電壓(即引腳9、11兩端 )在2~8V之間變化且線性較好。

3.2H型雙極功率電路

H型雙極功率電路原理圖如圖5所示。它由4個大功率管VT1~VT4和2個新型雙極續流二極管DV1、DV2構成 。


圖5 H型雙極功率電路原理圖

3.3IR2110功率放大電路設計

依據大功率管IRF640容量較小,承受反壓能力較低的優點。采用4個大功率管作為功率驅動電路開關元件,同時用2個IR2110作為基極驅動器對稱地驅動每側大功率管IRF640, 如圖6所示。圖6是左側IR2110功率放大電路原理圖 。



圖6 左側IR2110功率放大電路原理圖

IR2110功率放大電路主要由電容C205和二極管D201構成的自舉電路來實現功率驅動。因此IR2110功率放大電路參數設計是自舉電容和自舉二極管的選取。

4 電機的工作原理

控制電路性能可通過檢測電機的性能好壞來評價。電機的性能試驗通過混合動力電動汽車系統來實現,如圖7中的虛線框所示。混合動力電動汽車系統控制方案為:和電機控制電壓相對應的轉速n1與轉速傳感器反饋轉速n2之差的電壓信號,經PID外環控制器后與角位移傳感器反饋的角位移信號合成且經內環PI控制器后形成控制電壓,來控制電機轉動某個角度θ, 然后經發動機輸出轉速n。


圖7混合動力電動汽車系統控制方案圖

編輯點評

本文設計了一種新型混合動力電動汽車的電機控制電路,控制電路由電機電壓控制電路和PWM脈寬調制電路構成。利用所設計的電機控制電路,進行了電機的線性度和助動轉矩等性能試驗。


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