电动汽车开关磁阻电机集成化驱动拓扑及能量管理研究

High-performance integrated motor drive system plays a crucial role in electric vehicle (EV). With the background of switched reluctance machine drive system for EV, combining vehicle dynamics, power electronics, electromechanics and intelligent control theory, the project aims to study the integrated power converter topology and energy management by means of theoretical analysis, simulation modeling, hardware-in-the-loop simulation and vehicle-carried test. First of all, the multifunctional power converter topology integrated with the hybrid energy storage system, traction battery charger and auxiliary battery charger would be built, and the design principles and methods of low cost, high integration and high reliability of power converter topology for EV would be established. Then, based on the designed drive topology, the mechanical-regenerative hybrid braking torque distribution mechanism would be researched and the global maximum braking energy recovery laws of switched reluctance machine drive system also would be established. Finally, the energy-power flow laws and allocation mechanism of hybrid energy storage system in both motoring and braking states of EV would be explored, and the energy-power management architecture and unified management strategy of the hybrid energy storage system would be proposed. In this project, the integration level, cost performance and energy utilization of the switched reluctance machine drive system for EV would be improved effectively.

高性能集成化电机驱动系统是新能源电动车的关键核心技术。本项目以电动汽车开关磁阻电机驱动系统为背景，结合车辆动力学、电力电子学、电机学和智能控制理论，采用理论分析、仿真建模、半实物仿真和车载试验相结合的方法，研究电动汽车开关磁阻电机集成化驱动拓扑及其能量管理。首先，构建集成混合储能源、动力电池充电器和辅助电池充电器的多功能驱动拓扑，确立低成本、高集成度和高可靠性的电动汽车功率变换器拓扑的设计原则和方法。然后，基于构建的驱动拓扑，研究电动汽车机械-再生混合制动转矩分配机制，确立电动汽车开关磁阻电机全局最大化制动能量回收法则。最后，探究电动汽车在电动运行和制动能量回馈状态下混合储能源的能量-功率流动规律和分配机制，建立混合储能源的能量-功率管理架构和统一管理方案。本项目研究结果将提高电动汽车开关磁阻电机驱动系统的集成度、性价比和能源利用率。

本项目以电动汽车开关磁阻电机（SRM）驱动系统为背景，研究了电动汽车开关磁阻电机集成化驱动拓扑及其能量管理机制。项目主要研究了三个方面的内容：.（1）电动汽车单相和三相集成车载充电器：研究了双向充电器的三种工作模式，包括电网向电动汽车充电（G2V），电动汽车向电网回馈能量（V2G）和电动汽车向家庭或用电器供电（V2H），对三种工作模式分别设计相应的控制策略，包括PQ控制，V/F控制和不同模式之间的平滑切换。.（2）研究了电动汽车开关磁阻电机集成驱动变换器：采用更少的电力电子器件构建了电动汽车多功能驱动变换器；利用电机绕组和集成变换器构成了车载充电器（OBC），消除了传统独立的OBC；实现了牵引电池充电系统G2V、V2G、和V2H双向充电功能，以及辅助电池的多种充电方式（G2A、T2A），增加了驱动电池和辅助电池系统充放电工作模式。为满足系统控制要求，分别对集成驱动拓扑中开关磁阻发电机（SRG）采用了功率闭环控制策略，对双向DC/DC变换器采用了电压电流双闭环控制策略，对SRM采用了前馈转矩PI控制策略。在此控制基础上，结合SHEV常用的能量管理策略和车辆运行实际工况的功率需求，提出了适用于该系统的能量管理方法，阐述了不同工作模式下的功率控制逻辑规则，从而完成了系统的功率匹配和能量平衡。.（3）电动汽车复合能源能量管理系统：项目采用分层设计思想，将能量管理系统分为底层硬件层，中层控制层，上层能量分配层。底层采用双相耦合DC/DC变换器，减少母线电流和电压纹波，增大功率密度；中层采用双相耦合DC/DC变换器的解耦控制与模型预测控制，提高超级电容功率的动态响应速度；上层采用以动态规划算法指导的模糊控制规则，进行能量分配管理。为了验证能量管理系统的可行性，设计了一个额定功率1.5kW的实验平台，实验结果表明复合电源能够有效地减轻动力电池组的输出功率波动，提高电源系统的寿命。.经过三个方面内容的研究，提高了电动汽车开关磁阻电机驱动系统的驱动性能、集成度、性价比和能源利用率。基于项目发表学术论文5篇，其中被SCI检索三篇，EI检索2篇；授权中发明专利2项，申请中国方面专利2项；培养硕士研究生3名。