燃料电池汽车双源电机耦合控制系统研究

摘要

随着新能源汽车的不断发展，燃料电池汽车越来越受到普遍认可，被认为是极具发展潜力的新能源汽车。然而，目前所广泛应用于燃料电池汽车的驱动系统构型都是以大功率的DC-DC为基础的，既成本高昂，又有效率上的损失。本文针对这一问题，提出将双源永磁同步电机引入到燃料电池汽车驱动系统中，以双绕组间电感的耦合替代DC-DC，除了可以很好的解决以上问题，还可以提高系统的集成度与可靠性。为达到这一目的，需要优秀的控制系统，这也是本文的主要研究内容，并进行了以下工作。 本文首先针对研究对象查阅大量相关的文献与资料，对全球先进燃料电池汽车的研究进展进行了跟踪，对其驱动系统构型进行了总结，分析了多相电机的研究现状与理论基础。根据双源电机的特点和本文的研究内容，采用双d-q建模的方法，对双源电机进行了数学建模，分析了两套绕组间的耦合关系，搭建了双源电机的Simulink模型。接着对用于燃料电池汽车的双源电机的工况进行分析，在驱动工况下分析了两套绕组的工作状态，搭建了双源电机的矢量控制模型。在零转速转矩工况下，采用q轴零电流的方法保持电机输出转矩与转速为零，由d轴完成从燃料电池到二次电池的能量传递，并搭建了两套绕组之间的能量传递模型，进而以仿真证明了双源电机对于燃料电池汽车的适用性。 然后，基于英飞凌TC275微控制器对双源电机控制系统的硬件需求进行分析，根据V型开发模式，并按照功能安全的要求进行了控制系统硬件的设计工作。完成了控制板与驱动板的PCB的制作与焊接。根据控制系统的软件需求，完成了多核心控制系统服务软件与应用软件的编写。 最后，以D&V电机测试系统和维克多标定测量系统搭建了双源电机测试台架。通过台架试验，验证了仿真结果，证明了双源电机对于燃料电池汽车系统的适用性。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 燃料电池汽车国内外发展现状

1.2.2 多相电机国内外研究现状

1.3 课题研究的意义及主要研究内容

2 双源永磁同步电机模型

2.1 多相电机建模方法

2.2 双源永磁同步电机双d-q模型建立

2.2.1 双源电机结构

2.2.3 双源电机单套绕组电压方程

2.2.4 双源电机d-q坐标数学模型

2.3 双源永磁同步电机Simulink仿真模型搭建

2.4 本章小结

3 燃料电池汽车双源电机工况分析

3.1 双源电机驱动动工况分析与仿真

3.1.1 双源电机驱动工况分析

3.1.2 双源电机驱动系统矢量控制仿真模型搭建

3.1.3 双源电机驱动工况仿真分析

3.2 双源电机零转速转矩工况分析与仿真

3.2.1 双源电机零转矩转速下能量传递分析

3.2.2 双源电机零转矩转速下能量传递仿真

3.3 本章小结

4 基于TC275的双源电机控制系统软硬件设计

4.1 汽车电子产品开发

4.1.1 汽车电子V型开发过程

4.1.2 功能安全

4.2 双源电机控制器硬件设计

4.2.1 双源电机控制器硬件系统结构

4.2.2 基于TC275的控制板电路设计

4.2.3 IGBT驱动板电路设计

4.3 控制器关键电路仿真

4.3.1 旋转变压器电路仿真

4.3.2 IGBT驱动电源仿真

4.4 PCB设计

4.4.1 控制器PCB设计要求

4.4.2 控制板PCB设计

4.4.3 驱动板PCB设计

4.5 双源电机控制器软件设计

4.5.1 控制器软件整体架构

4.5.2 控制器服务软件

4.5.3 控制器应用软件结构

4.6 本章小结

5 台架实验

5.1 实验平台搭建

5.2 实验结果与分析

5.3 本章小结

结论

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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