電動汽車電池組單元通斷與電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種以電動汽車電池組單元之間通斷獲得驅(qū)動電動機(jī)所需電壓信號 的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法，屬于電動汽車驅(qū)動控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，對于電動汽車，其電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)主要由電動機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器、控制器、各種 檢測傳感器以及電源（蓄電池）等部分組成。其電動機(jī)，按類型可選用直流、交流、永磁無 刷或開關(guān)磁阻等幾種類型。功率轉(zhuǎn)換器器按所選擇電動機(jī)類型，有DC/DC功率轉(zhuǎn)換器，DC/ AC功率轉(zhuǎn)換器等形式，其作用是按所選擇電動機(jī)驅(qū)動電流要求，將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換為 相應(yīng)電壓等級的直流、交流或脈沖電源。各種檢測傳感器主要有電壓、電流、速度、轉(zhuǎn)矩以及 溫度等檢測反饋，以及車輛運(yùn)行狀態(tài)傳感器，其作用是為提高改善電動機(jī)的調(diào)速特性而設(shè) 置，對于永磁無刷電動機(jī)或開關(guān)磁阻電動機(jī)還要求有電動機(jī)轉(zhuǎn)角位置檢測。由于所選電動 機(jī)類型不同其控制驅(qū)動方式也不同?？刂破魇前瘩{駛員操縱檔位桿、加速踏板和制動踏板 等輸入的前進(jìn)、倒退、起步、加速、制動等信號，以及各種電機(jī)檢測傳感器和車輛運(yùn)行狀態(tài)傳 感器反饋的信號，通過運(yùn)算、邏輯判斷、分析比較等適時向功率轉(zhuǎn)換器發(fā)出相應(yīng)的指令，使 整個驅(qū)動系統(tǒng)有效的運(yùn)行。
[0003] 在直流調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)，他勵直流電動機(jī)是電動汽車直流驅(qū)動電動機(jī)中的首選電動 機(jī)，而他勵直流電動機(jī)，目前已較多地采用PWM調(diào)速系統(tǒng)，即脈寬調(diào)速。脈寬調(diào)速利用脈寬 調(diào)制器對大功率晶體管開關(guān)放大器的開關(guān)時間進(jìn)行控制，將直流電壓轉(zhuǎn)換成某一頻率的矩 形波電壓，加到直流電動機(jī)的電樞兩端，通過對矩形波脈沖寬度的控制，改變電樞兩端的平 均電壓，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。PWM控制方式的速度控制單元由脈沖寬度調(diào)制器 和脈沖功率放大器兩部分組成。
[0004] 在交流調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)，對于三相異步電動機(jī)和同步電動機(jī)的調(diào)速方式大體一致。對 于三相異步電動機(jī)的調(diào)速，常采用改變定子供電電源的頻率的方法。如果頻率連續(xù)可調(diào)，則 可平滑地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。同時為保證電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，要求調(diào)頻的同時改變定 子電壓，因此對交流電動機(jī)供電的變頻器一般要求同時有調(diào)頻調(diào)壓的功能。交流電動機(jī)選 擇直-交變頻器，主要由DC/DC轉(zhuǎn)換器和逆變器兩大部分組成。
[0005] 上述所介紹的直流和交流調(diào)速，電能均從電池組輸出后經(jīng)過相應(yīng)的功率轉(zhuǎn)換器， 再輸送給電動機(jī)，而功率轉(zhuǎn)換器在工作的過程中，損耗了一定的電能，使得能量轉(zhuǎn)換率降 低。在直流調(diào)速中改變脈沖寬度和交流調(diào)速中改變頻率和電壓的方法環(huán)節(jié)復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提出了一種電動車電池組單元通斷與電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法，可以 實(shí)現(xiàn)控制電池輸出電能，并直接對電動機(jī)供電，省去了功率轉(zhuǎn)換器，提高了電池的能源利用 率，因驅(qū)動控制電壓信號從電池組產(chǎn)生，并對電動機(jī)直接控制，使得控制形式簡單化。
[0007] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)不足之處，本發(fā)明目的是提供一種電動汽車用電池組單元 連接系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。
[0008] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了電動車電池組單元通斷與電動機(jī)驅(qū)動的系統(tǒng)， 所述系統(tǒng)包括電動機(jī)、電池組、傳感器和控制器。所述電池組包括多個電池單元和在連接線 路之間的固態(tài)繼電器，所述固態(tài)繼電器用于控制所述電池單元導(dǎo)通與斷開、數(shù)量和時間、電 壓的大小、并控制單個或多個電池單元在A、B端輸出的極性、以及控制在A、B端輸出大小、 方向以及頻率可變的電壓信號；所述控制器獲得起動、加速、減速及制動信號并結(jié)合所述傳 感器的信息，所述控制器控制所述固態(tài)繼電器以控制電池組的電池單元的導(dǎo)通與斷開，并 所述控制器從所述電池組中獲得電源的剩余電量情況，所述電池組輸出的相應(yīng)電壓信號， 驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，在制動環(huán)節(jié)電動機(jī)對電源反饋充電。
[0009] 優(yōu)選地，所述電池組的連接方式為多個電池單元并列排布，相鄰的兩個電池單元 之間的極性在空間方向上相反；在每個電池單元的兩個極性端，分別連接有固態(tài)繼電器； 相鄰的兩個電池單元在空間方向的同一側(cè)，通過連接導(dǎo)線相互連接，并在連接導(dǎo)線中連入 所述固態(tài)繼電器；從相鄰兩個電池單元的空間方向同一側(cè)的連接導(dǎo)線上，分別引出一條引 出導(dǎo)線，并在所述引出導(dǎo)線中加入所述固態(tài)繼電器；將同一側(cè)兩個電池單元的極性端的連 接導(dǎo)線中接入的所述固態(tài)繼電器放在接入位置的同一側(cè)；通過導(dǎo)線將引出導(dǎo)線的端點(diǎn)連接 在一起，并在相鄰的兩個引出導(dǎo)線的端點(diǎn)之間也加入所述固態(tài)繼電器；從引出導(dǎo)線的端點(diǎn) 連接線上引出兩條導(dǎo)線，從而構(gòu)成所述電池組的A、B兩個端線。
[0010] 優(yōu)選地，所述電池組不經(jīng)過功率轉(zhuǎn)換器直接與所述電動汽車電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的所 述電動機(jī)電連接，以向所述電動機(jī)輸出電壓信號。
[0011] 優(yōu)選地，所述傳感器包括電機(jī)電壓傳感器、電機(jī)電流傳感器、電機(jī)速度傳感器、電 機(jī)轉(zhuǎn)矩傳感器、電機(jī)溫度傳感器。
[0012] 優(yōu)選地，所述電動機(jī)為直流電動機(jī)或交流電動機(jī)。
[0013] 所述控制器根據(jù)車輛的運(yùn)行情況和電機(jī)反饋的信息，控制所述固態(tài)繼電器的通 斷，可以輸出方向，大小可變的電壓波形，通過控制固態(tài)繼電器的通斷時間和次序，可以輸 出矩形電壓波形，當(dāng)電池組單元個體容量小，單個電池組單元輸出電壓小的情況下，通過控 制，可以輸出類似正弦波的電壓波形。
[0014] 本發(fā)明的另一目的在于提供了電動汽車電池組單元通斷與電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的控 制方法，所述控制方法如下：
[0015] (1)在電動汽車的起動過程，采用他勵直流電動機(jī)，當(dāng)控制器獲得起動信息時，結(jié) 合傳感器接受的信號，通過控制固態(tài)繼電器的通斷，使得電池組的電池單元，在保證最低電 壓所對應(yīng)的起動轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的情況下，逐步增加電池組單元導(dǎo)通的個數(shù)，以獲得逐 級升高的正向電壓。起動后，隨著轉(zhuǎn)速的上升，控制器控制固態(tài)繼電器的通斷，使得多個電 池單元起作用，以提高電動機(jī)電樞兩端的正向電壓，獲得所需要的加速轉(zhuǎn)矩。特別優(yōu)選地， 為了使得在起動過程中，電池均衡放電，控制器控制固態(tài)繼電器高頻通斷，使得電池組單元 在單位時間內(nèi)高頻交替作用。在一個高頻交替作用時間內(nèi)，因電池的放電時間很短,可近似 認(rèn)為電池的輸出電壓不變，當(dāng)工作一段時間后，電池的輸出能力下降，要獲得相同的等級的 電壓，則要增加電池導(dǎo)通的數(shù)量。
[0016] ⑵采用他勵直流電機(jī)，對于電動汽車的調(diào)速過程：當(dāng)控制器獲得加速信號時，結(jié) 合傳感器接受的信號，控制器控制固態(tài)繼電器的通斷，獲得周期的矩形波，在一個周期內(nèi)， 正向電壓和反向電壓的絕對值大小相等，且所述正向電壓和反向電壓的絕對值大小對應(yīng)為 電動機(jī)的額定電壓，通過控制正向時間比反向時間足夠長，使得在一個周期內(nèi)，正向電壓的 平均值對應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，獲得汽車的加速；反之，若在一個周期內(nèi)，正向電壓 的平均值對應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，獲得汽車的減速。特別優(yōu)選地，為了使得在調(diào)速過 程，電池均衡放電，控制器控制固態(tài)繼電器高頻通斷，同樣使得電池單元在單位時間內(nèi)高頻 交替作用。在一個高頻交替作用時間內(nèi)，因電池的放電時間很短，可近似認(rèn)為電池的輸出電 壓不變，當(dāng)工作一段時間后，電池的輸出能力下降，為補(bǔ)償壓降要增加電池導(dǎo)通的數(shù)量以獲 得相同的電壓等級。
[0017] (3)采用他勵直流電機(jī)，對于電動汽車的制動過程：當(dāng)控制器獲得制動信號時，結(jié) 合傳感器接受的信號，控制器控制固態(tài)繼電器的通斷，使得電池組單元的輸出電壓小于電 樞電動勢，迫使電流從電樞流向電池，形成制動轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)再生發(fā)電。對于電樞電動勢因 轉(zhuǎn)速下降而減小，控制器相應(yīng)逐步減少起作用的電池單元，對于最終電動機(jī)的反饋電壓不 足于對單個電池單元充電，則將電動機(jī)轉(zhuǎn)向電阻負(fù)載，以消耗殘余電動機(jī)內(nèi)的電量。特別優(yōu) 選地，在此過程中，為保證電池單元再生充電均衡，控制器控制固態(tài)繼電器的高頻通斷，使 得單位交替作用時間內(nèi)，電池起作用時間相同，對于最終電動機(jī)的反饋電壓不足于對單個 電池單兀充電，則將電動機(jī)轉(zhuǎn)向電阻負(fù)載，以消耗殘余電動機(jī)內(nèi)的電量。
[0018] 本發(fā)明的再一目的在于提供了電動汽車電池組單元通斷與電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的控 制方法，所述控制方法如下：
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