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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 交流電動(dòng)車變頻驅(qū)動(dòng)及顯示系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 作品簡介： 本作品由交流電動(dòng)車變頻驅(qū)動(dòng)和顯示部分組成。交流電動(dòng)車變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用基于DSP的優(yōu)化矢量變頻控制技術(shù)，具有輸出功率大、系統(tǒng)可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。顯示部分采用嵌入式技術(shù)，可顯示交流電動(dòng)車各項(xiàng)信息參數(shù)，并具有多媒體娛樂功能。在倡導(dǎo)生態(tài)文明建設(shè)的今天，該作品進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化推廣后，將具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義。 比較國內(nèi)同類產(chǎn)品，本作品在以下三個(gè)方面處于領(lǐng)先地位： ①基于DSP的交流矢量變頻控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電池監(jiān)測、下坡剎車能量回饋、上坡起動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升等功能。 ②建立車載故障診斷系統(tǒng)，對(duì)運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并傳遞給數(shù)字化儀表顯示。 ③基于WinCE嵌入式編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化儀表顯示、GPS導(dǎo)航及多媒體娛樂功能。
- 詳細(xì)介紹：
- 交流變頻控制系統(tǒng)的核心處理器是美國TI公司DSP2000系列芯片TMS320F2407A。每路PWM信號(hào)經(jīng)緩沖器轉(zhuǎn)換后通過12路專用獨(dú)立隔離驅(qū)動(dòng)光耦智能隔離驅(qū)動(dòng)芯片（HP316J）（進(jìn)行IGBT過壓、過流等保護(hù)）控制IGBT模塊?？刂葡到y(tǒng)采用多路輸出開關(guān)電源供電,具有體積小可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)不同模塊單獨(dú)供電大大提高了控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。 為優(yōu)化異步交流電動(dòng)機(jī)的半坡啟動(dòng)及爬坡性能（轉(zhuǎn)速較低時(shí)，電機(jī)工作電流較大；電流波形毛刺較多、對(duì)稱度和正弦度都不好），優(yōu)化矢量變頻控制算法，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速（在半坡狀態(tài)下需設(shè)定電機(jī)反轉(zhuǎn)條件）進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)磁狀態(tài)控制，當(dāng)電動(dòng)車車速達(dá)到油門設(shè)定值時(shí)，平滑自動(dòng)切換至弱磁控制狀態(tài)，以提升轉(zhuǎn)速性能并節(jié)省電能。 在半坡啟動(dòng)過程中，由于重力作用電動(dòng)車會(huì)出現(xiàn)倒滑情況，控制器會(huì)根據(jù)速度及油門、剎車狀態(tài)反饋判斷行駛狀態(tài)，在變頻控制算法中增大給定力矩初值，并通過電流、電壓和轉(zhuǎn)速計(jì)算實(shí)際反向啟動(dòng)力矩的大小，以電機(jī)強(qiáng)勵(lì)磁方式恢復(fù)正轉(zhuǎn)狀態(tài)，保證以最短的時(shí)間實(shí)現(xiàn)半坡啟動(dòng)、不倒滑。 電動(dòng)車在下坡行駛過程中，若駕駛員給出剎車信號(hào)，此時(shí)控制器開始通過轉(zhuǎn)速、電流、電壓判斷車輛行駛狀態(tài)：若系統(tǒng)給定的力矩絕對(duì)值小于當(dāng)前實(shí)際輸出力矩，控制器將根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速給定相應(yīng)負(fù)轉(zhuǎn)矩（倒車轉(zhuǎn)矩），實(shí)現(xiàn)剎車輔助制動(dòng)功能。 電動(dòng)車在剎車及下坡狀態(tài)下，系統(tǒng)以部分犧牲乘坐舒適性為代價(jià)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)能量回饋功能。在下坡運(yùn)行或剎車情況下，通過比較給定的力矩與當(dāng)前實(shí)際輸出力矩的大小，判斷系統(tǒng)是否進(jìn)入能量回饋狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入回饋狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)狀態(tài)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)（此時(shí)電動(dòng)車會(huì)出現(xiàn)短暫明顯抖動(dòng)和降速情況），電機(jī)通過轉(zhuǎn)速建立三相交流電動(dòng)勢，通過控制器輸出的PWM信號(hào)整定為直流電壓，通過與蓄電池的電勢差，蓄電池處于間斷充電狀態(tài)即實(shí)現(xiàn)能量回饋。（回饋效果有待團(tuán)隊(duì)后期實(shí)驗(yàn)及分析優(yōu)化） 電池監(jiān)測功能是對(duì)蓄電池放電過程實(shí)時(shí)全程動(dòng)態(tài)監(jiān)測，以防止蓄電池因過度放電而降低使用壽命；通過蓄電池電壓狀態(tài)和放電曲線分析估計(jì)該車?yán)m(xù)時(shí)里程；同時(shí)根據(jù)蓄電池放電深度的不同對(duì)能量回饋狀態(tài)下的充電條件進(jìn)行不同程度的設(shè)定和安排。 智能化儀表以SC2440嵌入式系統(tǒng)為核心，通過凌陽語音信息采集系統(tǒng)和SC2440狀態(tài)輸出提示音，實(shí)現(xiàn)語音交互功能；GPS接收模塊集GPS接收與藍(lán)牙傳輸于一體，與藍(lán)牙接收端進(jìn)行無線傳輸，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能；儀表實(shí)時(shí)顯示蓄電池監(jiān)測模塊反饋的信息（電壓、電流、續(xù)時(shí)里程、母線過壓情況、母線過流情況），同時(shí)還可以顯示散熱片溫度、里程、電機(jī)轉(zhuǎn)速等信息。此外，數(shù)字化儀表還具有多媒體娛樂功能，可通過觸摸屏操作，具有良好的人機(jī)交互界面。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的與意義： 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率交流變頻電動(dòng)汽車將是國際電動(dòng)車發(fā)展的主要方向，電動(dòng)汽車在未來的城市交通中將占有越來越重要的地位。本系統(tǒng)進(jìn)行市場化推廣后，將會(huì)有效提高電動(dòng)汽車的電池利用效率，改善電動(dòng)汽車的機(jī)動(dòng)性能，同時(shí)符合國家關(guān)于建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的要求。 基本思路： 交流電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)采用改進(jìn)型矢量變頻控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，同時(shí)控制器對(duì)各項(xiàng)性能參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并傳遞給數(shù)字化儀表進(jìn)行顯示。 創(chuàng)新點(diǎn)： ?1）基于優(yōu)化矢量控制算法的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)上坡轉(zhuǎn)矩提升、下坡輔助制動(dòng)的控制功能。 ?2）基于DSP變頻控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)車剎車能量回饋及電池監(jiān)測功能。 3）基于WinCE操作系統(tǒng)的電動(dòng)汽車多媒體娛功能樂及語音識(shí)別操作。 技術(shù)關(guān)鍵： 1）基于優(yōu)化矢量變頻算法的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)控制。 2）交流電動(dòng)汽車剎車能量回饋及電池監(jiān)測。 3）嵌入式環(huán)境下電動(dòng)汽車多媒體娛功能樂及語音識(shí)別操作的實(shí)現(xiàn)。 4)交流電動(dòng)汽車整車嵌入式系統(tǒng)集成及參數(shù)監(jiān)控。 主要技術(shù)指標(biāo)： 使用6KW系列交流變頻控制器，峰值電流可達(dá)260A，可在-15℃-60℃環(huán)境下正常工作，在風(fēng)冷方式下系統(tǒng)效率可達(dá)95%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 技術(shù)進(jìn)步性： 目前我國交流電動(dòng)汽車多采用SPWM控制技術(shù)[1]。然而，該技術(shù)存在低速性能不理想，半坡啟動(dòng)不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。 變頻驅(qū)動(dòng)器通過DSP嵌入式微處理器實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制[2]，對(duì)電池供電情況、電機(jī)轉(zhuǎn)速、散熱器溫度等各項(xiàng)性能參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并傳遞給數(shù)字化儀表進(jìn)行顯示[3]，該數(shù)字化儀表可實(shí)現(xiàn)觸摸屏操作和基于特定人的語音操作，擁有良好的人機(jī)交互界面；同時(shí)提出優(yōu)化矢量控制算法，可實(shí)現(xiàn)剎車能量回饋、上坡轉(zhuǎn)矩提升、下坡輔助制動(dòng)等功能。此套系統(tǒng)具有輸出功率大、系統(tǒng)可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。 參考文獻(xiàn)： [1] 李華德，白晶，李志民等.交流調(diào)速控制系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003 [2] 王曉明，王玲.電動(dòng)機(jī)的DSP控制—TI公司DSP應(yīng)用.北京：北京航空航天大學(xué)出版[M].2005：100-101 [3] 藍(lán)天，廖承林，王麗芳.基于虛擬儀器的電動(dòng)汽車數(shù)字化儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電測與儀表,2008, 45(505)：50
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品于2009年6月在“湖北省第七屆‘挑戰(zhàn)杯青春在WO’大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽”中獲得特等獎(jiǎng)。 “湖北省第七屆‘挑戰(zhàn)杯青春在WO’大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽”由共青團(tuán)湖北省委、湖北省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)、湖北省教育廳、湖北省學(xué)生聯(lián)合會(huì)共同舉辦。
作品所處階段
- 完成中試準(zhǔn)備生產(chǎn)
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
作品可展示的形式
- 實(shí)物 現(xiàn)場演示 圖片 錄像 樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 交流電動(dòng)車變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可作為各種純電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車的電控驅(qū)動(dòng)與監(jiān)測統(tǒng)一平臺(tái)。通過變頻控制系統(tǒng)監(jiān)測電動(dòng)車各項(xiàng)信息參數(shù)并將其顯示在數(shù)字化儀表上，變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中采用的優(yōu)化矢量控制算法實(shí)現(xiàn)上坡轉(zhuǎn)矩提升，下坡輔助制動(dòng)等功能，建立了電池管理技術(shù)來計(jì)算剩余電量并實(shí)現(xiàn)電池均衡放電及能量回饋功能。 大功率交流變頻電動(dòng)車是目前國際電動(dòng)車發(fā)展的主要方向。據(jù)調(diào)查，美國太陽電公司生產(chǎn)的13KW變頻控制器售價(jià)約9500美元，據(jù)武漢拓普卡電動(dòng)車有限公司統(tǒng)計(jì)，本產(chǎn)品批量生產(chǎn)材料成本約3200元（￥）/套，綜合生產(chǎn)過程其他費(fèi)用，本作品造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國內(nèi)外同等產(chǎn)品。交流電動(dòng)車與1.0L排量汽車相比，百公里行駛成本節(jié)省30.2%。推廣本作品將在一定程度上推動(dòng)我國交流電動(dòng)車行業(yè)發(fā)展，進(jìn)一步縮小我國與世界先進(jìn)技術(shù)的差距。
同類課題研究水平概述
- 國內(nèi)外同類課題研究情況： 目前國外電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已由電力電子逆變器向IGBT集成模塊轉(zhuǎn)變，傳感器也向集成智能傳感器轉(zhuǎn)變。在電機(jī)的控制技術(shù)方面，直接轉(zhuǎn)矩控制方案經(jīng)過近二十年的發(fā)展，各方面性能都在不斷提高，并己進(jìn)入到實(shí)用階段，國外目前己成功應(yīng)用于大功率高速電力機(jī)車、地鐵和城市有軌電車等主傳動(dòng)系統(tǒng)中。其中穿越英吉利海峽的高速列車采用的就是直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。德國和日本在這方面的研究居于領(lǐng)先地位。但是直接轉(zhuǎn)矩控制作為一種誕生不久的新理論、新技術(shù)，又有其不完善、不成熟之處，有些問題甚至成為它發(fā)展難以逾越的障礙，因此直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)成為當(dāng)今科技先進(jìn)國家交流調(diào)速控制技術(shù)研究的重點(diǎn)。 與國外相比國內(nèi)起步較晚，基于DSP的控制技術(shù)尚不夠成熟，有待提高。目前研究的主流方向仍是基于空間矢量概念的空間電壓矢量PWM技術(shù)（SVPWM）。該技術(shù)考慮利用電壓矢量合成期望電壓矢量值去控制電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單、特別適合數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。IGBT集成模塊開關(guān)頻率高、效率高，與常規(guī)的SPWM比較，在減少電機(jī)電流諧波損耗、提高母線電壓利用率上具有明顯的優(yōu)勢。 與電機(jī)控制技術(shù)相比，能量管理技術(shù)還不是很成熟,監(jiān)控電池的充放電狀態(tài)，最大限度地保證電池正?？煽康倪\(yùn)行，延長電池使用壽命，是國內(nèi)外很多學(xué)者正在研究的方向。同時(shí)在能量管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集模塊的可靠性、剩余能量估算模塊的精度、安全管理模塊等方面有待進(jìn)一步提高。 目前有不少電動(dòng)汽車已投入使用。如：美國通用汽車公司開發(fā)的EVI電動(dòng)轎車，克萊斯勒公司開發(fā)的EPic電動(dòng)旅行車；日本本田公司的EVPlSu轎車，日產(chǎn)(北美)公司開發(fā)的Altar6座電動(dòng)旅行車；德國寶馬公司的BMWEl新型電動(dòng)汽車；遠(yuǎn)望工業(yè)公司開發(fā)的遠(yuǎn)望YW6-1Zonn電動(dòng)公共汽車。在我國，電動(dòng)汽車研究己經(jīng)列入國家“十五”863計(jì)劃，成為重點(diǎn)項(xiàng)目。此外，在國外已有越來越多的電動(dòng)汽車采用性能先進(jìn)的電動(dòng)輪（又稱輪轂電機(jī)），它采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪，因此無傳統(tǒng)汽車的變速箱、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋等復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)部件，汽車結(jié)構(gòu)大大簡化。
