专利名称：多级高效变频调速电动汽车驱动装置及控制方法
技术领域：
本发明属于变频调速电动机驱动系统，特别是一种多级高效变频调速电动汽车驱动装置及控制方法。
背景技术：
由于电动汽车(包括纯电动汽车、混合动力汽车以及燃料电池汽车)运行时，驱动电机负载变化范围较大，而驱动电机的输出转矩和转速范围有限，需选用较大功率的驱动电机以满足其动力需求，所以会出现大马拉小车的现象，无法兼顾驱动电机的动力性与经济性，且驱动电动机的效率对整车的性能，如续驶里程、燃油消耗率有着重要的影响，所以扩宽电动汽车驱动电动机工作范围，提高其工作效率对电动汽车的研究与开发有着重要作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够依据电动汽车负载变化的大小，而改变电动汽车驱动电动机输出功率的多级高效变频调速电动汽车驱动装置及控制方法，以克服上述的不足。
为了实现上述目的，本发明由交流变频调速电动机组以及控制系统组成，其中控制系统包括电子加速踏板、电动汽车交流变频调速电动机控制单元及导线，其中电子加速踏板的输出与控制单元的数据线相连，控制单元的输出控制电动汽车交流变频调速电动机组工作，其特点是交流变频调速电动机组由两台交流变频调速电动机串联构成；上述两台交流变频调速电动机的机械特性不同，其中电动机A的基频转速较低，低速转矩较大而最高转速较低，电动机B基频转速较高，低速转矩较小而最高转速较高；上述两台交流变频调速电动机的电源分别与两个独立控制器的控制输出线相连，两个独立控制器分别将直流电源的直流输入逆变为交流电输出，提供给两台交流变频调速电动机，独立控制器的控制信号输入端分别与电动汽车控制单元的控制输出线相连接。
本发明还提供了多级高效变频调速电动汽车驱动的控制方法，第一步骤电动汽车行驶过程中，驾驶员操纵电子加速踏板，整车驱动系统控制单元将电子加速踏板的位移信号转换为车辆需求转矩信号，并采集该时刻电动机转速信号，整车驱动系统控制单元根据转矩和电动机转速的大小决定双电动机工作方式；第二步骤若车辆工作于低速高转矩区，且功率需求不大，则选用电动机A单独工作；若车辆工作于高速低转矩区，且功率需求不大，则选用电动机B单独工作；若车辆工作于大功率需求区，则采用双电动机协同工作；第三步骤在采用双电动机协同工作模式时，整车驱动系统根据预先录入的电动机效率分布特性数据，进行转矩分配选择，在一定的双电机输出转矩的条件下，分别选用两台电机的最佳工作转矩，进行转矩优化分配。
由于本发明采用双电机进行驱动，可以实现电动汽车根据车辆行驶过程中的功率需求，实现双电机合理搭配驱动，扩大电动汽车驱动系统工作范围，优化驱动系统工作效率。
图1为本发明结构框图。
图2为电动机A机械特性曲线图。
图3为电动机B机械特性曲线图。
图4为电动机A与电动机B机械特性曲线比较图。
图5为双电动机机械特性叠加曲线图。
图6为电动机A与电动机B工作效率分布曲线图。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
本发明(图1)包括两台串接、且单独供电的交流变频调速电动机(电动机A、电动机B)、两台交流变频调速电动机控制器、电子加速踏板、电动汽车驱动系统控制单元及导线。电动机A和电动机B要求其机械特性不同，电动机A的基频转速较低，低速转矩较大而最高转速较低，其机械特性曲线示例如图2所示；电动机B基频转速较高，低速转矩较小而最高转速较高，其机械特性曲线示例如图3所示。两台交流变频调速电动机控制器分别对应控制上述两台机械特性不同的电动机，实现电动机的变频调速控制和电动机信号采集。电子加速踏板将踏板行程转变为电压信号输出，实现驾驶员对驱动系统的控制。电动汽车驱动系统控制单元实现对多级高效变频调速电动汽车驱动系统的整体控制，对采集信号进行分析、计算及反馈控制。
本发明采用了两台电动机，系统可根据负载的转速和转矩大小，进行三种不同的匹配驱动模式，分别是电动机A单独工作、电动机B单独工作、电动机A和电动机B协同工作。在电动汽车工作于低速高转矩工况，如车辆起步、低速爬坡等，则选用低速转矩较大的电动机A单独工作，从而避免电动机由于低速转矩不足而造成的过热、效率下降等现象。在电动汽车工作于高速地转矩工况，如高速巡航行驶状态，则选用基频转速较高的电动机B单独工作，从而避免电动机的转速不足的现象。如图4所示，从图中可看出，在电动机输出转速小于两条实验曲线交点对应的转速时，可选用电动机A单独工作，以保证低速时转矩充足；在电动机输出转速大于两条实验曲线交点对应的转速时，可选用电动机B单独工作，以保证高速行驶的需要；在电动汽车工作于大功率输出工况，如重载行驶、起步加速、坡道起步、高速超车等，则选用电动机A和电动机B协同工作，以满足该工况电动汽车的功率需求，双电动机转矩合成机械特性曲线如图5所示。这样在电动汽车不同的工况下能够选择适当的驱动电机搭配，使驱动电动机无论在高速低转矩、低速高转矩或是大功率输出状态下始终保证正常工作，如图5所示，驱动电机的合理搭配能实现电动机工作范围的扩展。
本发明所采用的两台电动机，其工作效率分布各不相同，其特征为，相同的电动机工作点(转速、转矩相同)，电动机工作效率不同；相同的电动机工作效率，对应电动机工作点不同；各电动机分别有其高效工作区，且电动机工作效率随着远离该工作区而下降，如图6所示。在相同的转速下，两台电机均对应有高效转矩。由于两台电动机串接，且两台电动机分别供电、分别控制，则两台电机共同运行时转速相同，其输出转矩为二者转矩之和，双电动机驱动系统总效率为两台电动机的效率的加权平均值。可由电动机控制器分别调整两台电动机的输出转矩，在保证二者之和达到车辆行驶需求的条件下，使两台电动机的工作转矩接近或达到高效转矩，从而实现双电动机总输出效率优化。
本发明的工作原理是电动汽车行驶过程中，驾驶员操纵电子加速踏板，整车驱动系统控制单元将加速踏板的位移信号转换为车辆需求转矩信号，并采集该时刻电动机转速信号，整车驱动系统控制单元根据转矩和电动机转速的大小决定双电动机工作方式，若车辆工作于低速高转矩区，且功率需求不大，则选用电动机A单独工作；若车辆工作于高速地转矩区，且功率需求不大，则选用电动机B单独工作；若车辆工作于大功率需求区，则采用双电动机协同工作，在这种模式下，整车驱动系统根据预先录入的电动机效率分布特性数据，进行转矩分配选择，在一定的双电机输出转矩的条件下，分别选用两台电机的最佳工作转矩，进行转矩优化分配。驱动系统在采用了特定的电动机工作方式后，将控制信号分别提供给两台交流变频调速电动机控制器，电动机控制器根据该控制信号实现交流变频调速电动机的停机、运行和变频调速控制，并采集电动机转速、温度、输出转矩等信号，反馈给整车驱动系统控制单元，进行下一轮控制。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求
1.一种多级高效变频调速电动汽车驱动装置，由交流变频调速电动机组以及控制系统组成，其中控制系统包括电子加速踏板、电动汽车交流变频调速电动机控制单元及导线，其中电子加速踏板的输出与控制单元的数据线相连，控制单元的输出控制电动汽车交流变频调速电动机组工作，其特征在于交流变频调速电动机组由两台交流变频调速电动机串联构成。
2.如权利要求1所述的多级高效变频调速电动汽车驱动装置，其特征在于两台交流变频调速电动机的机械特性不同，其中电动机A的基频转速较低，低速转矩较大而最高转速较低，电动机B基频转速较高，低速转矩较小而最高转速较高。
3.如权利要求1所述的多级高效变频调速电动汽车驱动装置，其特征在于两台交流变频调速电动机的电源分别与两个独立控制器的控制输出线相连，两个独立控制器分别将直流电源的直流输入逆变为交流电输出，提供给两台交流变频调速电动机，独立控制器的控制信号输入端分别与电动汽车控制单元的控制输出线相连接。
4.一种多级高效变频调速电动汽车驱动控制方法，包括两台串接、且单独供电的交流变频调速电动机(电动机A、电动机B)、两台交流变频调速电动机控制器、电子加速踏板、电动汽车驱动系统控制单元及导线，其控制步骤是第一步骤电动汽车行驶过程中，驾驶员操纵电子加速踏板，整车驱动系统控制单元将电子加速踏板的位移信号转换为车辆需求转矩信号，并采集该时刻电动机转速信号，整车驱动系统控制单元根据转矩和电动机转速的大小决定双电动机工作方式；第二步骤若车辆工作于低速高转矩区，且功率需求不大，则选用电动机A单独工作；若车辆工作于高速低转矩区，且功率需求不大，则选用电动机B单独工作；若车辆工作于大功率需求区，则采用双电动机协同工作；第三步骤在采用双电动机协同工作模式下，整车驱动系统根据预先录入的电动机效率分布特性数据，进行转矩分配选择，在一定的双电机输出转矩的条件下，分别选用两台电机的最佳工作转矩，进行转矩优化分配。
全文摘要
本发明涉及一种多级高效变频调速电动汽车驱动装置及控制方法，由交流变频调速电动机组以及控制系统组成，其特点是交流变频调速电动机组由两台交流变频调速电动机串联构成；两台交流变频调速电动机的机械特性不同，其中电动机A的基频转速较低，低速转矩较大而最高转速较低，电动机B基频转速较高，低速转矩较小而最高转速较高。由于本发明采用双电机进行驱动，可以实现电动汽车根据车辆行驶过程中的功率需求，实现双电机合理搭配驱动，扩大电动汽车驱动系统工作范围，优化驱动系统工作效率。
文档编号B60K1/02GK1593981SQ20041001340
公开日2005年3月16日 申请日期2004年6月30日 优先权日2004年6月30日
发明者吴森, 苗华春, 林枫, 王琛, 金德先, 曹正策 申请人:武汉理工大学