计及总损耗功率的电动汽车母线电容主动快速放电方法.pdfVIP

计及总损耗功率的电动汽车母线电容

主动快速放电方法

摘要针对电动汽车遇到碰撞等紧急情况时，高压驱动系统母线电容电压需迅速降到安全电

压（60V），而传统基于PI控制的母线电容主动放电方法存在鲁棒性差、放电时间长和安全性低

的问题，提出一种计及总损耗功率的电动汽车母线电容快速放电方法。首先，建立以永磁同步电

机绕组作为泄放电阻的母线电容能量流动模型，将逆变器损耗、电机绕组铜耗、电机电感储能等

损耗作为总损耗，利用扩展滑模观测器（ESMO）对总损耗功率进行估算，并通过Lyapunov稳定

性理论对ESMO的稳定性进行了证明。然后，将观测的总损耗功进行前馈补偿，从而使母线电压

快速降低并稳定在安全电压。仿真和实验结果表明，与现有主动放电方法相比，所提放电方法不

仅显著减小了放电时间，而且提高了快速放电的鲁棒性和安全性。

关键词：电动汽车永磁同步电机总损耗功率估计扩展滑模观测器母线电容放电

但此时高速旋转的PMSM和母线电容上存储的电

0引言

能仍然会使母线电压在较长一段时间内高于安全电

随着环境污染与能源危机不断加剧，电动汽车压，使车内乘客和救援人员面临触电风险。为了避

凭借其低碳环保、经济高效等优点受到国内外学者免电动汽车碰撞造成高压触电，提高电动汽车碰撞

的广泛关注[1-5]。相较于其他电机，永磁同步电机情况下的车辆安全，联合国车辆监管条规ECER94

（PermanentMagnetSynchronousMachine,PMSM）要求电动汽车具备主动放电功能，并且要求母线电

具有高功率密度、高效率和结构紧凑的优点，因此容电压需在5s内降低至60V及以下，避免对乘客

[6-10][13]

被广泛用作电动汽车主驱动电机。为了提高电造成二次电击伤害。

动汽车的续航里程和电池充电速度，电动汽车驱动

系统电压等级逐渐提高，例如，TeslaModel3、比

亚迪汉和保时捷Taycan母线电压分别为350V、

570V和800V[11]，较高的母线电压也对电动汽车安

全提出了更高的要求，尤其是碰撞等紧急情况下的

[12]

乘客人身安全。

图1为常见电动汽车用PMSM驱动拓扑，整个图1电动汽车用PMSM驱动拓扑

驱动系统包括高压锂电池组、断路器、DC-DC变换Fig.1PMSMdrivetopologyforelectricvehicles

器、薄膜母线电容、三相功率变换器和永磁同步电近年来，为了将母线电压降低到安全电压，国

机。当电动汽车发生碰撞等紧急情况时，PMSM会内外学者对电动汽车发生碰撞等紧急情况下的母线

脱离离合器，同时母线高压断路器也会迅速断开。电容主动放电方法进行了大量研究，取得了一些成

果。文献[14-15]通过在母线电容两端增加泄放电路，

将母线电容储存的电能和永磁同步电机的动能以热

收稿日期2022-12-12改稿日期2023-04-06能的形式消耗在泄放电阻上。虽然该方法可以快速

1738电工技术学报2024年3月

将母线电压降低到安全电压，但需增加大功率开关1传统母线电容主动快速放电方法

和泄放电阻，增加了驱动系统体积和成本。而为了

基于永磁同步电