侵權投訴
訂閱
糾錯
加入自媒體

48V技術新認識之二:低電壓大功率電動車控制方案

2020-03-10 10:33
LY說新能源
關注

1989 Isao 提出了將電機定子繞組打開,將兩個將兩個逆變器從繞組兩端分別供電的結構如圖1所示

圖 1 雙逆變變頻與異步電動機較早電控圖示

考慮自媒體讀者電力電子知識水平參差不齊,本文會以較通俗的方式介紹電動車雙電壓系統的設計原理。讓即便只有初中物理知識水平的人也能看懂。

圖1中 Ud是一個儲能部件電池,如池塘里能游動的魚,電池里電能是魚。逆變器是一個魚塘進出門網。電動機是消耗電能的,就好比煮魚的廚房。如果要做出一頓大餐讓吃貨滿意。那么就需要根據吃貨(電動機的需求去煮魚)。電動機需要根據車輛的運動特性來需求調配電力。所以呢,什么樣的電機驅動系統才是最佳的電控系統呢?

調配電力能力跟車輛需求特性匹配的電控系統。

異步(同步)電動機定子需求的是正弦波。而電池供給的直流小幅波動電壓(電池電量不同會有偏移)。這就要求逆變器使用高速開關器件(IGBT,GTO,MEOST)將電池電能調配成正弦波。這正弦波是不同電壓,不同頻率的。

根據"solar to service"(太陽能到服務人們生產生活的效率)的三個效率,及電動車電能使用調配補能方式的分析中,我們知道,60V以內的安全電壓適用于補能方式補充。所以有了一個雙電壓的方案。

按這個方向去優化純電動汽車的電驅系統,并給出一個可行的控制方案。這是本文的內容。

圖1的雙逆變器異步(同步)電動機控制原理是一種推拉式供電方式,有利于提高電機供電電壓。此外還有人提出過雙定子繞組,雙轉子電機等等。這些都是可以用來作為雙電壓系統的方式。但這些方式中,有且只有一種在一定工況下是最優的。

因電能的使用方式千變萬化,條條道路通北京,目前作者也無法判斷哪一種電池+逆變器+電機是新能源汽車電控的最佳控制方式,只是利用所有時間去深入淺出學習這方面的知識。

我們設定一種工況,這種工況是以取代摩托車、電單車為目標的小型2座、4座電動車。以純電續航160公里電池(12~30度),最高車速60~120km車長2600~4000mm(寶駿e100,比亞迪e1、元,本田飛度等等,電機功率在30~70KW之間)。

我們在這里的工況下設計一種低成本的新能源車輛控制方案。稱為工況1電控方案。電控方案中,160公里電池組可以自由方便地擴展,有車載充電器停車即充。車主可以很方便地補能故不存在里程焦慮問題。

現在問題是如何將電機+電控+電池的工況1電控方案做到最佳!

圖 2 簡單48V電控主回路a)和控制回路b)示意圖

我們設定Ud/2為48V~60V。暫定額定值為50V

圖 3 工況1方案48V系統逆變器輸出電壓

根據 劉鳳君 著作《多電平逆變技術及其應用》課本。異步電機兩端的逆變器可以是三相兩電平SPWM逆變器,也可以是三相三電平或多電平逆變器。交流電機兩端的逆變器橋臂是可以對稱,也可以是非對稱的,每一相繞組逆變器兩端直流電壓可以是相等,也可以不相等。

這樣的技術原理給電動車電控設計帶來了極大的方便。

為了最簡單易于理解,我們設定4個電池組供電都是額定電壓50V直流。逆變器是三電平三相逆變器。

在這樣的設計下主回路如下圖

圖 4 三電平雙逆變器異步電機開繞組主回路圖示

在圖4中50V額定電池電壓,加在電機的線電壓峰谷差是200V,故電機線電壓有效值約為141V。在工況1電控方案中。70KW最高電機線電流在300A以內。這是較經濟的電機電流。

也就是說,工況1電控方案中是單軸驅動的70KW峰值功率的最佳方案。

如果使用兩軸四驅可以滿足絕大多數乘用車的工況動力需求。

學習后記:

以上內容只是大學課本的知識點記錄,這種成熟的技術主要利用于大功率高電壓變頻電機的控制。而實際上汽車上應用這樣的設計效果更佳。

但為什么沒有市面上的電動車采用這樣的方案,成本這樣的方案并不高。100V耐壓數十安的IGBT成本在百元以內,數百安成本也在300元以內。車規級的電子元器件再貴,雙電壓雙逆變器異步電機開繞組電驅成本也會在5000左右。

由于工況1電控方案采用了50V電池組可擴展,車載電池組只有160公里。如果出行需要更多里程。車主可以手工搬運50V電池組。20度~40度電容量,200wh/kg。重量在100~200公斤。跟長途出行時搬運的行李相當。當車載電池組續航達360公里時絕大多數出現不需要增加電池組。而中途電量不足可以到專門換電站換電,其便利性跟加油相當。也就是說車主購買車輛上電池只有160~360公里續航,并且沒有里程焦慮的問題。

綜上,工況1電控方案是目前學習到知識中,較優的方案。優勢在于電控成本低,控制質量好,技術成熟。作為一個雙電壓系統,48V換電來說,如何優先消耗其中一個電池的控制方式還需更新。利用多級串并聯2H電橋。優先將其中一組電池電量用完。并能夠實現電控自動投切電池組。即以50Vx4的電池100A輸出,即20KW為一個模組并聯。或者非對稱繞組兩端電壓提高電機功率,優先消耗電量較少,電壓較低的電池組。20KW一個模組并聯實現成本,即電池BMS也更好設計一些。

聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權或其他問題,請聯系舉報。

發表評論

0條評論,0人參與

請輸入評論內容...

請輸入評論/評論長度6~500個字

您提交的評論過于頻繁,請輸入驗證碼繼續

暫無評論

暫無評論

文章糾錯
x
*文字標題:
*糾錯內容:
聯系郵箱:
*驗 證 碼:

粵公網安備 44030502002758號

热博rb88 <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <文本链> <文本链> <文本链> <文本链> <文本链> <文本链>