用于电动汽车的多工作模式六相永磁同步电机驱动系统

本发明涉及车用驱动电机，尤其是涉及一种用于电动汽车的多工作模式六相永磁同步电机驱动系统。

背景技术：

1、为促进可持续能源发展和应对日益增长的能源需求，电动汽车产业发展受到广泛关注，动力电池作为电动汽车动力系统核心元件之一，其性能直接影响到整车的安全性和可靠性。

2、目前，锂离子电池因其高能量密度和良好的充放电循环性能在电动汽车中得到广泛应用，然而其性能受低温环境影响显著，如电池内阻急剧增加、可用容量和功率大幅降低，使得汽车出现续驶里程缩短和充电困难等问题，且电池使用寿命缩短，存在潜在安全隐患，因此汽车低温启动前需要对电池进行低温预热，一方面要求电池组预热精准，消除低温引起的负面效应，保证电池整体性能在全温度范围内，另一方面要减少预热时的能量损失，充分节能，降低能耗。

3、动力电池低温预热方式可根据预热过程中的主要热源位置分为外部预热和内部预热两种。外部预热所需热量由外部热源提供，通过对流和热传导传递热量实现电池预热，如在电池中安装加热器或加热电池冷却液；内部预热通常通过电池脉冲放电或电池交流充放电加热，主要利用电池自身内阻产热直接进行加热，其优点在于电池内部电解液加热均匀，无需通过提高电池外部壳体温度加热电解液，从而避免复杂的传热过程和过程中的热量损失，加热效率和效果均好于外部加热，并可实现大倍率充放电条件下的快速加热，但其中电池脉冲放电加热方式所需要的耗电量较大，且效率较低，锂离子电池低温环境下放电能力的衰退将会影响加热效果；电池交流充放电加热方式则需外接交流加热源或在系统中提供两个独立的储能设备，以满足电池充放电时的能量交换，较难通过车载装置实现电池低温预热。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于电动汽车的多工作模式六相永磁同步电机驱动系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种用于电动汽车的多工作模式六相永磁同步电机驱动系统，该系统包括电机驱动器和永磁同步电机，所述的电机驱动器的内部包括两条独立的正母线p1、正母线p2和一条负母线n，所述的电机驱动器由直流高压输入模块、逆变模块、开关模块以及控制模块组成；

4、所述的直流高压输入模块包括两个外部直流电源输入接口，用以外接电源，所述的高压直流电源接口vh1的正极与正母线p1连接，所述的高压直流电源接口vh1的负极与正母线p2连接，所述的高压直流电源接口vh2的正极与正母线p2连接，所述的高压直流电源接口vh2的负极与负母线n连接；

5、所述的逆变模块包括第一逆变器和第二逆变器，每个逆变器组件分别包括三相桥臂和对应的三相输出，所述的三相桥臂包括结构相同的第一相桥臂和第二相桥臂和第三相桥臂，所述的三相输出包括第一相输出和第二相输出和第三相输出；

6、所述的开关模块包括两个桥臂和对应的两个输出，所述桥臂包括结构相同的第七桥臂和第八桥臂，所述的两个输出包括第七桥臂对应的输出7和第八桥臂对应的输出8；

7、所述的控制模块分别与逆变模块中第一逆变器和第二逆变器的十二个开关器件以及开关模块的四个开关器件连接，并通过发送信号进行组合控制，以实现电机驱动系统不同的工作模式。

8、进一步地，所述的逆变模块中的第一逆变器、第二逆变器的三相桥臂以及开关模块的第七桥臂、第八桥臂均由串联的两个开关器件组成，所述的开关器件包括二极管和开关管，所述的第一逆变器三相桥臂以及开关模块的第七桥臂均跨接于正母线p1和正母线p2之间，所述的第二逆变器三相桥臂以及开关模块的第八桥臂均跨接在正母线p2和负母线n之间，所述的第一逆变器和第二逆变器的三相输出以及开关模块的输出7、输出8分别位于各三相桥臂以及第七桥臂、第八桥臂的两个开关器件之间。

9、进一步地，所述的永磁同步电机包括定子绕组、中性线、六相线、转子永磁体和位置传感器，所述的永磁同步电机为8极48槽六相电机，所述定子绕组包括a、b、c三相定子绕组与a、b、c三相定子绕组，所述六相线包括a、b、c三相线与a、b、c三相线，所述中性线包括a、b、c三相中性线与a、b、c三相中性线，所述六相定子绕组的相带角为120°，所述电机定子绕组线圈类型为圆线。

10、进一步地，所述的永磁同步电机a、b、c三相和a、b、c三相定子绕组均呈y字形连接，所述的a、b、c三相定子绕组的一端与a、b、c三相中性点连接，所述的a、b、c三相线包括分别与逆变模块第一逆变器的三相输出进行连接的a相、b相和c相定子绕组引出线，所述的a、b、c三相中性点通过a、b、c三相中性线与开关模块第七桥臂的输出7连接；所述的a、b、c三相线包括分别与逆变模块第二逆变器的三相输出进行连接的a相、b相和c相定子绕组引出线，所述的a、b、c三相中性点通过a、b、c三相中性线与开关模块第八桥臂的输出8连接；位置传感器与电机驱动器的控制模块连接，并向其发送信号θ，用以获取电机定子和转子之间的相对位置。

11、进一步地，所述的控制模块向逆变模块的十二个开关器件以及开关模块的四个开关器件发送脉宽调制pwm信号和开关控制信号，所述的脉宽调制pwm信号包括控制逆变模块第一逆变器中六个开关器件状态的信号s1、s2、s3、s4、s5和s6，第二逆变器中六个开关器件状态的信号s7、s8、s9、s10、s11和s12，所述的开关控制信号包括控制开关模块四个开关器件状态的信号s13、s14、s15和s16，以实现直流母线电流和电机六相电流不同的产生方式。

12、进一步地，所述六相永磁同步电机驱动系统的工作模式包括：

13、模式一：电动汽车驻车状态下对动力电池的交流阻抗检测；

14、模式二：电动汽车驻车状态下对动力电池的大功率高频充放电。

15、进一步地，应用该系统实现驻车状态下对电池的交流阻抗检测时，则有：

16、所述的高压直流电源接口单独与外部电源连接，所述高压直流电源接口vh1与动力电池包上包连接，所述高压直流电源接口vh2与动力电池包下包连接，所述的控制模块采用基于目标转矩的电机电流控制方式进行控制，所述的控制过程具体为：通过svpwm空间矢量脉宽调制方式分别驱动逆变模块的第一逆变器、第二逆变器三相桥臂的开关管，并保持开关模块第七桥臂、第八桥臂的上、下桥臂开关管截止，控制模块向第一逆变器、第二逆变器发送脉宽调制pwm信号，分别激励永磁同步电机a、b、c相与a、b、c相，利用电机电流在永磁同步电机恒转矩曲线上的往复滑动引起电机电枢磁能交变，分别使a、b、c相绕组与a、b、c相绕组在转子中产生幅值相同方向相反的目标转矩，同时在高压直流电源接口vh1、vh2的直流电流中叠加出交流分量，以在永磁同步电机无实际转矩输出的条件下实现高压直流电源接口vh1、vh2连接的动力电池包的高频电流注入，从而便于对动力电池包进行交流阻抗检测。

17、进一步地，应用该系统实现驻车状态下对电池的大功率高频充放电时，则有：

18、所述的控制模块通过buck pwm脉宽调制模式和boost pwm脉宽调制模式分别实现高压直流电源接口vh1的外接电源动力电池包上包向高压直流电源接口vh2的外接电源动力电池包下包充电以及高压直流电源接口vh2的外接电源动力电池包下包向高压直流电源接口vh1的外接电源动力电池包上包充电，即通过二者的切换实现高压直流电源接口vh1的外接电源动力电池包上包与高压直流电源接vh2的外接电源动力电池包下包之间电流和电能的双向流动。

19、进一步地，所述高压直流电源接口vh1的外接电源动力电池包上包向高压直流电源接口vh2的外接电源动力电池包下包充电时：

20、所述的控制模块基于逆变模块的第一逆变器buck pwm脉宽调制模式和第二逆变器boost pwm脉宽调制模式进行控制，该控制方式下的目标电流为永磁同步电机的a、b、c三相电流，目标电流的值由高压直流电源接口vh1的外接电源动力电池包上包的放电需求决定，逆变器将永磁同步电机的a、b、c三组电感、逆变模块中第一逆变器的三相上桥臂的开关管及三相下桥臂的二极管和开关模块第七桥臂下桥臂的开关管等效为三路并联的buck电路，将永磁同步电机的a、b、c三组电感、逆变模块中第二逆变器的三相上桥臂的二极管及三相下桥臂的开关管和开关模块第八桥臂下桥臂的二极管等效为三路并联的boost电路，通过三路buck pwm信号驱动逆变模块第一逆变器的开关管调节a、b、c三相电流，基于电磁感应定律，产生与a、b、c三相电流方向相反的a、b、c三相电流，通过三路boost pwm信号驱动逆变模块第二逆变器的开关管调节a、b、c三相电流，实现高压直流电源接口vh1的外接电源动力电池包上包的电能向高压直流电源接口vh2的外接电源动力电池包下包转移；

21、所述高压直流电源接口vh2的外接电源动力电池包下包向高压直流电源接口vh1的外接电源动力电池包上包充电时：

22、所述的控制模块基于逆变模块的第一逆变器boost pwm脉宽调制模式和第二逆变器buck pwm脉宽调制模式进行控制，该控制方式下的目标电流为永磁同步电机的a、b、c三相电流，目标电流的值由高压直流电源接口vh2的外接电源动力电池包下包的放电需求决定，逆变器将永磁同步电机的a、b、c三组电感、逆变模块中第二逆变器的三相上桥臂的开关管及三相下桥臂的二极管和开关模块第八桥臂下桥臂的开关管等效为三路并联的buck电路，将永磁同步电机的a、b、c三组电感、逆变模块中第一逆变器的三相上桥臂的二极管及三相下桥臂的开关管和开关模块第七桥臂下桥臂的二极管等效为三路并联的boost电路，通过三路buck pwm信号驱动逆变模块第二逆变器的开关管调节a、b、c三相电流，基于电磁感应定律，产生与a、b、c三相电流方向相反的a、b、c三相电流，通过三路boost pwm信号驱动逆变模块第一逆变器的开关管调节a、b、c三相电流，实现高压直流电源接口vh2的外接电源动力电池包下包的电能向高压直流电源接口vh1的外接电源动力电池包上包转移。

23、进一步地，所述三路buck pwm信号之间以及boost pwm信号之间分别插入120°相移角，以产生平稳的电流波形。

24、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

25、(1)本发明在满足正常电机驱动功能的基础上，通过控制模块对逆变模块逆变器的组合控制，在动力电池包及其外接电路中叠加出交流分量，同时使电机a、b、c相与a、b、c相绕组分别在转子中产生幅值相同方向相反的目标转矩，从而便于在电机无实际转矩输出的情况下实现对动力电池包的交流阻抗检测。

26、(2)本发明通过控制模块对逆变模块和开关模块的组合控制，基于电磁感应原理，使电机a、b、c相绕组与a、b、c相绕组之间产生感应电流，经动力电池包外接电路对电池包进行充电、放电，从而实现汽车驻车状态下对动力电池的大功率高频充放电。

27、(3)本发明驱动系统中无需增加额外的储能设备或外接交流加热源，通过动力电池包上、下包之间相互的交流充放电就能实现上、下电池包的能量交换，提高电动汽车和燃料电池汽车的性能。