与发动机控制类似,电机控制也需要表征转矩、转速和效率之间关系的MAP图。因此,对驱动电机系统可以采用与发动机建模一样的实验建模方法。这种黑箱式建模方法在不同运行环境下测取不同工况下电机的稳态特性,以表格或函数的形式供电机转速和转矩前馈控制之用。得到的表格或函数通常描述的是电机过程的稳态反映射关系,因此,不涉及电机控制的动态特性。
燃料电池汽车电机驱动系统由电池(包括燃料电池和动力电池)通过逆变器提供直流电,不存在整流环节。驱动系统主要由逆变器、电机及控制器构成,逆变器损耗和电机损耗是电机驱动系统损耗的主要部分。电机损耗主要包括欧姆损耗、机械损耗(摩擦和通风损耗)、铁芯损耗和杂散损耗四部分[105]。不失一般性,在以下的建模过程中,假定所有损耗功率最终都耗散成热功率。因此,从电机驱动系统的功率输入/输出角度,电机效率(电动机模式下)可以定义为输出有效机械功率与输入电功率之比:
电机效率函数η(Γ,ωm )可由电机性能实验获得,它是一个二维查表函数(图5−13)。接下来,将分别对电动机模式和发电机模式进行建模。
图5−13 驱动电机效率MAP图(见彩插)
1. 电动机模式
规定 Γ>0,I m>0,Pmot_loss>0,Pmot_el>0
其中,Pmot_loss为电动机的损耗功率,Pmot_el为电动机的输入电功率。
由功率平衡得
P mot_loss+Γωm=Pmot_el (5.9)
由式 (5.9)可得
式中,f(ωm ,Γ)为带插值的二维查表函数(图5−14)。
P mot_el=UIm=Γωm+Pmot_loss (5.12)
可得到输出量:
图5−14 驱动电机损失功率(见彩插)
2. 发电机模式
规定 Γ<0, I m<0, Pmot_loss<0,Pmot_el<0
Γω m=UIm+Pmot_loss (5.15)
并简单地认为
P mot_loss=−f(ωm,−Γ) (5.16)
P mot_el=UIm=Γωm+f(ωm ,−Γ) (5.17)
可得输出量:
电机的转动惯量 mJ 在选定电机后便可获得。对于输出转矩,由于过渡过程时间常数较小,若不考虑其动态特性,可以简单地认为Γm Γ= 。最后在上述模型中进行限值处理后,便可得到电机模型的Simulink实现框图(图5−15)。
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