混合動力汽車系統(tǒng)電路結構設計

近幾十年來，資源短缺和環(huán)境保護成為世界汽車工業(yè)面臨的兩大挑戰(zhàn)。石油資源短缺，汽車尾氣對大氣的污染日趨嚴重，因此，各國汽車工業(yè)都加大了研究和開發(fā)其它燃料汽車和電動汽車的力度。

1混合動力電動汽車系統(tǒng)結構

圖1為串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)拓撲結構圖，整個混合動力系統(tǒng)采用串聯(lián)式結構，主要由能源供給系統(tǒng)、電氣驅動系統(tǒng)和機械傳動系統(tǒng)三大部分構成。能源供給系統(tǒng)由動力電池組、發(fā)動機-發(fā)電機機組組成;電氣驅動系統(tǒng)由逆變器和電動機組成;機械傳動系統(tǒng)將電動機的機械輸出通過減速器送給驅動橋。整車系統(tǒng)采用can總線傳輸信息和命令，通訊介質采用屏蔽雙絞線。



圖1 串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)拓撲結構圖

2電機驅動系統(tǒng)主電路結構

2.1主回路元件選擇



圖2 驅動系統(tǒng)主回路電路圖

電機驅動系統(tǒng)主回路原理如圖2所示，采用三相橋式逆變器，根據(jù)牽引電機的參數(shù)：額定功率50kw; 額定電流167a; 額定電壓240v;額定頻率200hz; 峰值頻率400hz。功率器件可選600v/600a，開關頻率10khz。

直流側支撐電容采用4個3300μf的電解電容并聯(lián)而成，并聯(lián)在高壓直流母線兩端。由于直流側電壓udc=336v，所以支撐電容的耐壓等級應高于336v，取450v。

3控制電路

3.1驅動系統(tǒng)控制部分設計



圖3 電機驅動系統(tǒng)控制框圖

圖3為電機驅動系統(tǒng)控制框圖，它由傳感器測量與信號處理電路、控制板以及驅動板等組成。

電機控制電路分為電機電壓控制電路（功率放大電路和H型雙極驅動電路）和PWM脈寬調制電路?？垢蓴_電路和過、欠電壓檢測與保護電路已分別嵌入到了電機電壓控制電路和PWM脈寬調制電路兩大模塊內 。

PWM脈寬調制電路



圖4 PWM脈寬調制電路原理圖

設計依據(jù)如下：UC3637的控制電壓（16端）在±5V變化時，經UC3637內部比例放大器處理后的電壓（即引腳9、11兩端 ）在2～8V之間變化且線性較好。

3.2H型雙極功率電路

H型雙極功率電路原理圖如圖5所示。它由4個大功率管VT1～VT4和2個新型雙極續(xù)流二極管DV1、DV2構成 。



圖5 H型雙極功率電路原理圖

3.3IR2110功率放大電路設計

依據(jù)大功率管IRF640容量較小，承受反壓能力較低的優(yōu)點。采用4個大功率管作為功率驅動電路開關元件，同時用2個IR2110作為基極驅動器對稱地驅動每側大功率管IRF640， 如圖6所示。圖6是左側IR2110功率放大電路原理圖 。



圖6　左側IR2110功率放大電路原理圖

IR2110功率放大電路主要由電容C205和二極管D201構成的自舉電路來實現(xiàn)功率驅動。因此IR2110功率放大電路參數(shù)設計重點是自舉電容和自舉二極管的選取。

4電機的工作原理

控制電路性能可通過檢測電機的性能好壞來評價。電機的性能試驗通過混合動力電動汽車系統(tǒng)來實現(xiàn)，如圖7中的虛線框所示?；旌蟿恿﹄妱悠囅到y(tǒng)控制方案為：和電機控制電壓相對應的轉速n1與轉速傳感器反饋轉速n2之差的電壓信號，經PID外環(huán)控制器后與角位移傳感器反饋的角位移信號合成且經內環(huán)PI控制器后形成控制電壓，來控制電機轉動某個角度θ， 最后經發(fā)動機輸出轉速n。



圖7混合動力電動汽車系統(tǒng)控制方案圖

本文設計了一種新型混合動力電動汽車的電機控制電路，控制電路由電機電壓控制電路和PWM脈寬調制電路構成。利用所設計的電機控制電路，進行了電機的線性度和助動轉矩等性能試驗。