[发明专利]电热约束下电动汽车的最优效率控制方法、控制器及系统

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车控制技术领域，尤其涉及一种电热约束下电动汽车的最优效率控制方法、控制器及系统。

背景技术

随着电动汽车需求量的急速飙升，对电动系统的要求也越来越高，其性能的高低直接影响着电动汽车的整车性能。在不断满足功率密度增加的要求的同时，却因减少逆变器尺寸或增加开关频率等技术措施带来了热环境的挑战。现有的电动汽车性能、效率控制中鲜有将电热约束纳入驱动系统控制。为确保驱动系统开关器件、电机绕组安全通常设定安全裕量，虽然可以提高系统稳定性却降低了系统开关器件的利用效率。

在考虑电动系统效率时主要以电池和逆变器损耗计算为主，结合电机的效率特性，计算出纯电动汽车复合电源的系统效率并通过车辆车速、车辆加速度、蓄电池限制功率这三个变量，比较其对系统效率的影响。

公开号CN104156517A的专利文献中公开了一种纯电动汽车复合电源系统效率计算模型和优化方法，采用超级电容及DC/DC逆变器构建逆变器模型，并利用MATLAB计算所构建的逆变器模型的损耗为：其中R_sc代表超级电容的等效串联内阻；I_sc代表超级电容输出电流，同时还计算了所构建的逆变器模型在不同工作状态下的功率损耗。但是该方法没有将实时温度作为电动系统的一个控制变量，只设定了预留温度值以保证电动系统安全运行。

针对电动汽车的电动系统采用固定直流母线电压的驱动方式存在直流电压利用率低电机电流纹波大的不足，重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室研究了适用于电动汽车的可调直流母线电压永磁电机矢量控制策略(文章号100-582X(2011)11-094-06)，采用双向DC/DC变换器实时调节直流母线电压的方法，改善矢量控制系统整体性能。利用MATLAB对永磁电机新型矢量控制策略进行仿真，仿真结果表明可调直流母线电压永磁电机矢量控制系统能有效地提高直流电压利用率，减小转矩脉动，改善电机电流波形，减小电机电流总谐波畸变率。同样，上述方法采用设置温度安全裕量以保证电动系统安全运行，未将开关器件与电机绕组的实时温度作为控制变量，从而无法对电动系统进行优化控制，并且，安全裕量越大，进行优化时的难度也越大。

发明内容

本发明的其中一个目的在于提供一种电热约束下电动汽车的最优效率控制方法、控制器及系统，以解决现有技术中为保证电动系统安全运行采用温度安全裕量，而未将逆变器与电机绕组的实时温度作为控制变量以实现对电控系统优化控制的技术问题。

为实现上述发明目的，第一方面，本发明实施例提供了一种电热约束下电动汽车的最优效率控制方法，包括：

获取电动汽车的电机的总损耗P_{loss_total}以及逆变器在非直通状态下的总损耗P_{nom_total}和在直通状态下的总损耗P_{sh_total}，并根据P_{loss_total}、P_{nom_total}、P_{sh_total}值和直轴电流i_d获取电动系统总损耗最小时的直轴电流计算模型；

测量电机的电流、电压、转速、以及逆变器中开关器件的电流、电压，以获取电动系统在不同工况下的P_{loss_total}、P_{nom_total}、P_{sh_total}值；

获取电动系统的热状态观测模型，并测量电机外壳与逆变器散热器的温度，结合电动系统损耗值以获取电动系统中逆变器开关器件和电机绕组的实时温度；

根据开关器件和电机绕组的实时温度与预设温度的差值，获取电动系统的电流限制幅值；再结合不同工况下的P_{loss_total}、P_{nom_total}、P_{sh_total}值以及电动系统总损耗最小时的直轴电流计算模型获取电动系统总损耗最小时所对应的直轴电流i_d^*；并利用数值分析法获取电动系统总损耗最小时逆变器的直通占空比、电机电压和直流母线电压；

将电机的电流进行坐标变换以获取该电机的直轴电流i_d；

根据直轴电流i_d与所述直轴电流i_d^*计算电机的直轴电压与交轴电压，并对所述直轴电压与交轴电压进行动静坐标变换以获取电机的静态电压参考值；

根据逆变器中开关器件的实时温度与预设温度的差值，获取逆变器中开关器件的开关频率；