微型电动汽车传动系统匹配及驱动优化研究

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1、重庆大学硕士学位论文l绪论的安全危害；低压将给控制器带来大电流的挑战，技术实现上有一定难度。目前变频调速系统的电力电子器件以IGBT为主．其驱动损耗小，稳定性高，但其成本高，国内电动汽车上多采用IGBT或口M模块。MOsFET以其开关速度快、成本低及正温度系数的特性，使得在国外的电动汽车的电机驱动系统中首选MOsFET并联的技术。本课题也采用MOsFET并联技术来构建控制器。图ll为cums公司生产的低压电动车用交流控制器，输入电压36~72v，最大直流电流350A，2分钟峰值功率197kvA。该控制器采用MOsFET并联方案，已实现产业化，交流控制器1238外观及功率电路如图Il

2、所示。a)1238外观图b)1238功率电路韶分图l1cunis公司的低压电动车用交流控制器1238F嘻lIL删vdmgcAcma时c∞仃011盯1238ofcumsMosFET并联技术的主要问题在于均流不均导致的MOsFET的炸裂，以及M0sFET的开关损耗。另外MOsFET开关过程中的电压电流过冲、过快的电压电流变化率引起的感生电压，MOsFET参数不一致以及电路布局的不对称引起的稳态均流不均，并联MOsFET导通时间的不一致等问题都是目前研究的热点。文献【8]详细讨论了MOsFET自身参数咀及Q值的大小对MOsFET并联工作的影响，包括产生的电压电流过冲。文献【9】研究了在1

3、~25MHz工作频率下高频感应加热电源的桥式驱动电路的MOsFET并联驱动特性，该文中的仿真和试验均是在单桥臂外接RL的情况下模拟负载进行试验研究，由于M0sFET并联驱动受外界很多因素的影响，所以该方法不能很好地反应负载对MOsFET并联驱动的影响；该文也只是从驱动电阻的调整以及电路的部件方面来解决并联问题，没有从M0sFET本身的参数来讨论这个问题。在文献『101中提到，采用二阶和三阶的方法来优化驱动电路的设计。实际就是在MosFET导通的过程中分阶段控制门极驱动电阻的大小，在保证开关速度的同时降低罢和!；，但均要检测罢和!兰或吃，dIdf蹦dl。实现起来较为麻烦，如若实现该电

4、路的集成化，倒还可以使用。重庆大学硕士学位论文1绪论目前针对电机负载的MOSFET并联低压大电流控制器在国内尚未见相关的研究和产品，但国外已经有产品出现。1．3研究的主要内容本课题针对目前电动汽车续驶里程少、稳定性低、成本高等问题研究了微型电动汽车的优化。本文从微型电动汽车传动系统匹配及驱动优化出发，从传动系统的匹配设计、驱动系统效率优化算法、驱动系统控制器硬件优化设计3个方面来研究提高微型电动汽车效率及性能的方法，以实现延长电动汽车的续驶里程。电动汽车的优化设计技术能根据对汽车的加速性能和爬坡性能等约束的要求，对汽车部件和控制系统的参数进行调整，以达到优化汽车性能的目的。其中传动

5、系统的优化设计是指对减速器，电机和电池的参数进行优化匹配，使其在满足约束条件的前提下，达到某一设计目标的优化值；控制策略的优化设计是对电动汽车控制系统进行调整，达到提高汽车经济性和运行效率的目的。本文的主要工作及创新点归纳为如下几点：①以某公司的FA电动车为例，根据微型电动汽车的动力性要求，从汽车动力学出发，分析汽车在各种行驶工况下的阻力矩，匹配设计传动系统的关键参数，包括电机参数、传动比、电池等，使得在一档传动比下实现FA电动汽车的动力性要求。利用ADⅥSOR仿真软件对匹配设计的传动系统参数进行动力性仿真，验证理论计算的正确性。为电机设计的具体要求提出参考指标。②从分析异步电机损

6、耗出发，得出微型电动汽车用异步电机的损耗公式，通过使该损耗达到最小值来实现效率优化的目标。分析在全速度范围内的最小损耗的磁通选取方法。利用某电机厂设计的W112M．4型电动机的参数进行计算，对比分析标准矢量控制及基于损耗模型的效率优化算法下的效率曲面。③从驱动系统控制器的器件选型，驱动电路设计等方面研究了采用MOSFET并联方式的电动汽车驱动系统的硬件电路优化设计。在已知负载功率的前提下，寻找一种能计算所需并联的MOSFET的个数的方法；分析MOSFET并联在低压大电流的使用中可能出现的问题，并在Saber软件中利用实际器件的模型搭建仿真电路。通过理论分析和仿真、试验，锁定MOSF

7、ET炸裂的根本原因。给出兼顾MOSFET并联工作稳定性和效率的驱动电路设计方法。5重庆大学硕士学位论文2微型电动汽车传动系统参数匹配2．1微型电动汽车动力传动系统匹配简介电动汽车的心脏是它的驱动电机，其性能必须符合汽车的动力性需求。电动汽车的动力性主要由三个指标来评定【4】：汽车的最高车速；汽车的加速时间和汽车的最大坡度。对电动汽车的传动系统进行匹配设计，不仅能实现电动汽车的优化的动力性能，还能提高系统效率、延长电动汽车的续驶里程。对提高整车的动力性能指标和经济性能指