面向燃料電池汽車的雙源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

周雅夫，馬建剛，連 靜，李琳輝

(1.工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(大連理工大學(xué))，遼寧 大連 116024； 2.大連理工大學(xué) 汽車工程學(xué)院，遼寧 大連 116024)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本和效率一直是制約燃料電池汽車大規(guī)模推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問題。燃料電池汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常采用電-電混合驅(qū)動(dòng)組成形式[1]，即由燃料電池提供車輛運(yùn)行所需的平均功率，而由動(dòng)力電池或超級(jí)電容等儲(chǔ)能部件提供動(dòng)態(tài)輔助功率，以改善車輛的動(dòng)態(tài)特性[2-3]，其拓?fù)浞桨钢型ǔ０珼C/DC變換器[4]。由于燃料電池的所有能量均經(jīng)過DC/DC轉(zhuǎn)換，故要求DC/DC變換器的功率及體積較大，同時(shí)帶來制造成本高和功率損失等問題[5]。為避免DC/DC環(huán)節(jié)帶給燃料電池汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成本及效率方面的壓力，國(guó)內(nèi)外研究者提出雙電源直接為電機(jī)供電的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案[6-7]，由于該方案中雙電源共同為一套定子繞組供電，使得雙電源之間的能量傳輸與電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制相互影響，且該方案中雙逆變器協(xié)同控制時(shí)存在零序電流與共模電壓?jiǎn)栴}。為了提高雙逆變器的協(xié)同控制性能，Zhong等[8]采用三電平逆變器，但增加的功率器件增加了系統(tǒng)成本并加大了控制難度。

本文所研究的燃料電池汽車雙源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用雙電源直接為電機(jī)供電的驅(qū)動(dòng)方案，但雙源電機(jī)定子上有兩套繞組，并分別由燃料電池、動(dòng)力電池獨(dú)立供電，通過對(duì)兩套繞組內(nèi)電流的控制，可以使雙源電機(jī)在多種模式下工作，并能夠在復(fù)雜工況下實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車雙電源之間的能量傳輸及對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)矩的獨(dú)立控制。首先建立燃料電池汽車雙源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型；然后針對(duì)燃料電池汽車雙電源之間的能量傳輸及輸出轉(zhuǎn)矩的獨(dú)立控制問題，討論雙源電機(jī)的多種工作模式，并就雙源電機(jī)兩套繞組之間存在的電壓耦合現(xiàn)象提出解耦控制策略；最后，在試驗(yàn)臺(tái)架上驗(yàn)證雙源電機(jī)及其控制系統(tǒng)在燃料電池汽車不同工況下的輸出性能。

1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型

1.1 雙源電機(jī)模型

作為雙源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心部件，雙源電機(jī)承擔(dān)著車輛動(dòng)力需求及燃料電池與動(dòng)力電池之間能量交換的任務(wù)。因?yàn)橛来磐诫姍C(jī)具有高效率、高可靠性的特點(diǎn)[9-10]，所以將雙源電機(jī)設(shè)計(jì)為定子上有兩套獨(dú)立繞組的永磁同步電機(jī)。傳統(tǒng)燃料電池汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過DC/DC將燃料電池與動(dòng)力電池并聯(lián)以驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器，如圖1所示。與三相永磁同步電機(jī)不同，雙源電機(jī)的定子上有兩套中性點(diǎn)相互隔離的Y型繞組，并通過逆變器分別由燃料電池、動(dòng)力電池供電，如圖2所示。由于兩套定子繞組共用1個(gè)轉(zhuǎn)子，雙源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比于采用兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為緊湊，可以節(jié)省車內(nèi)可用空間，并降低電機(jī)制造成本。

圖2 燃料電池汽車雙源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

雙源電機(jī)的定子電壓方程[11]為

(1)

式中：vd1、vd2、vq1、vq2分別為燃料電池繞組、動(dòng)力電池繞組對(duì)應(yīng)的d、q軸電壓；id1、id2、iq1、iq2分別為兩套繞組的d、q軸等效電流；ψd1、ψd2、ψq1、ψq2分別為兩套繞組的d、q軸等效磁鏈；Rs為繞組的等效電阻，ω為電機(jī)電角速度。

雙源電機(jī)的磁鏈方程可表示為

(2)

式中：Ld1、Ld2、Lq1、Lq2分別為燃料電池繞組、動(dòng)力電池繞組對(duì)應(yīng)的d、q軸等效自感；Md12=Md21和Mq12=Mq21分別為兩套繞組之間的d、q軸等效互感；ψf為雙源電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈。

雙源電機(jī)的轉(zhuǎn)矩方程為

T=1.5p0(ψd1iq1-ψq1id1+ψd2iq2-ψq2id2)

(3)

式中：T為雙源電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，p0為極對(duì)數(shù)。

當(dāng)采用id=0策略對(duì)雙源電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，id1=id2=0，此時(shí)，雙源電機(jī)的轉(zhuǎn)矩方程為

T=1.5p0ψf(iq1+iq2)=T1+T2

(4)

式中，T1、T2分別為雙源電機(jī)燃料電池繞組、動(dòng)力電池繞組中的電流與電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈相互作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。

雙源電機(jī)的輸出功率為

(5)

式中：P為雙源電機(jī)的輸出功率；P1、P2分別為燃料電池、動(dòng)力電池對(duì)雙源電機(jī)的輸出功率。

由式(4)和式(5)可以看出，采用零直軸電流控制策略令id= 0，通過對(duì)雙源電機(jī)電壓方程中q軸電流iq1、iq2的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料電池及動(dòng)力電池的轉(zhuǎn)矩分配及輸出功率調(diào)節(jié)。

1.2 燃料電池模型

燃料電池工作在封閉、復(fù)雜環(huán)境下，是一個(gè)具有多回路、多相流電化學(xué)反應(yīng)的非線性系統(tǒng)[12]。質(zhì)子交換膜燃料電池模型[13]為

(6)

式中：VFC、iFC分別為燃料電池的輸出電壓、輸出電流；Eoc、N分別為燃料電池的開路電壓、單體電池?cái)?shù)；Td、Rohm、i0分別為燃料電池的響應(yīng)時(shí)間、內(nèi)阻及交換電流；A為Tafel斜率。

式(6)代表燃料電池在給定溫度和壓力下的工作狀態(tài)，模型中的參數(shù)可根據(jù)制造商提供的極化曲線確定。

1.3 動(dòng)力電池模型

車輛在運(yùn)行過程中，存在頻繁的啟動(dòng)、加速、爬坡等工況，要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有快速的輸出轉(zhuǎn)矩響應(yīng)能力。由于雙源電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為燃料電池及動(dòng)力電池對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩之和，而燃料電池輸出特性偏“軟”，動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能欠佳[14]，故燃料電池?zé)o法提供車輛瞬態(tài)負(fù)荷變化的功率。為了提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，發(fā)揮動(dòng)力電池高功率密度的特點(diǎn)，由動(dòng)力電池提供車輛所需的瞬時(shí)功率[15]，而利用燃料電池高能量密度的特點(diǎn)使之提供車輛所需的平均功率。即動(dòng)力電池對(duì)車輛需求功率起到“削峰填谷”的調(diào)節(jié)作用[16]，從而減少燃料電池啟停及變載次數(shù)，避免燃料電池輸出電流的突變，延長(zhǎng)燃料電池的使用壽命。

動(dòng)力電池的等效內(nèi)阻模型為

CdVc/dt=iB-Vc/R2

(7)

VB=Voc-Vc-iBR1

(8)

式中：R1、R2為動(dòng)力電池等效內(nèi)阻，Vc為電容C的端電壓，VB、iB分別為動(dòng)力電池的端電壓及輸出電流，Voc為動(dòng)力電池開路電壓。

2 雙源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制

2.1 雙源電機(jī)多工作模式

為了滿足不同道路條件下車輛對(duì)動(dòng)力的需求，并最大程度地延長(zhǎng)電源的使用壽命，雙源電機(jī)需根據(jù)燃料電池、動(dòng)力電池的狀態(tài)及車輛的需求功率，運(yùn)行在多種工作模式下，并在復(fù)雜工況下進(jìn)行不同工作模式之間的切換。

雙源電機(jī)的燃料電池繞組、動(dòng)力電池繞組分別在逆變器控制下通入三相對(duì)稱交流電，此時(shí)雙源電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩T等于燃料電池繞組、動(dòng)力電池繞組內(nèi)電流與電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T1和T2之和，即T=T1+T2，故雙源電機(jī)在合理的控制下可以看作為兩臺(tái)獨(dú)立工作的電機(jī)。根據(jù)燃料電池、動(dòng)力電池的電流方向及雙源電機(jī)兩套定子繞組與轉(zhuǎn)子相互作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩不同，雙源電機(jī)存在以下幾種工作模式：Mode A，燃料電池和動(dòng)力電池共同供電電機(jī)來驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)動(dòng)，T1、T2均為正數(shù)；Mode B，燃料電池單獨(dú)供電電機(jī)來驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)動(dòng)，T1為正、T2為零；Mode C，燃料電池單獨(dú)供電電機(jī)來驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)動(dòng)，同時(shí)燃料電池向動(dòng)力電池充電，T1為正、T2為負(fù)且T為正；Mode D，動(dòng)力電池單獨(dú)供電電機(jī)來驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)動(dòng)，T1為零、T2為正；Mode E，車輛處于制動(dòng)能量回收模式，T1為零、T2為負(fù)。雙源電機(jī)各種工作模式下的電流流向及轉(zhuǎn)矩情況如圖3所示。

(a) Mode A：燃料電池、動(dòng)力電池共同驅(qū)動(dòng)

(b) Mode B：燃料電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)

(c) Mode C：燃料電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)且向動(dòng)力電池充電

(d) Mode D：動(dòng)力電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)

(e) Mode E：制動(dòng)能量回收

2.2 雙源電機(jī)解耦控制

由式(2)可知，燃料電池繞組磁鏈ψd1、ψq1不僅受到id1、iq1影響，還受到動(dòng)力電池繞組電流id2、iq2影響；同理ψd2、ψq2亦受到id1、iq1影響。故結(jié)合式(1)可知，雙源電機(jī)兩套繞組之間存在電壓耦合，這使得對(duì)燃料電池繞組內(nèi)的電流id1、iq1進(jìn)行控制時(shí)，動(dòng)力電池繞組的電壓vd2、vq2也會(huì)受到影響，此時(shí)動(dòng)力電池繞組產(chǎn)生的電流id2、iq2亦會(huì)對(duì)燃料電池繞組電壓vd1、vq1造成影響，反之亦然。此外，燃料電池(動(dòng)力電池)繞組內(nèi)d、q軸之間也存在電壓耦合。耦合現(xiàn)象的存在為雙源電機(jī)兩套繞組內(nèi)電流的獨(dú)立控制帶來困難，使得雙源電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能變差。同時(shí)，動(dòng)力電池轉(zhuǎn)矩T2發(fā)生變化時(shí)，燃料電池轉(zhuǎn)矩T1及功率P1不得不相應(yīng)改變，這惡化了燃料電池的工作條件，不利于燃料電池的穩(wěn)定工作。為了實(shí)現(xiàn)兩套繞組內(nèi)電流的獨(dú)立控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)燃料電池與動(dòng)力電池對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)矩的獨(dú)立控制，本文采用前饋控制技術(shù)對(duì)耦合電壓進(jìn)行補(bǔ)償，令

(9)

(10)

式中：vd1de、vq1de、vd2de、vq2de為雙源電機(jī)各個(gè)軸上經(jīng)過前饋補(bǔ)償后的解耦電壓分量，vd1fw、vq1fw、vd2fw、vq2fw為對(duì)應(yīng)前饋電壓補(bǔ)償量。則式(1)可寫為

(11)

由式(11)可以看出，前饋控制技術(shù)將電壓耦合項(xiàng)vd1fw、vq1fw、vd2fw、vq2fw從對(duì)應(yīng)電壓分量中去掉，使得解耦電壓分量vd1de、vq1de、vd2de、vq2de與對(duì)應(yīng)電流分量id1、iq1、id2、iq2為一階關(guān)系，故經(jīng)過前饋解耦后的雙源電機(jī)各軸電壓方程可以等效為一階系統(tǒng)，可采用PI控制器對(duì)各軸電流進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)。雙源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制框圖如圖4所示。

圖4 雙源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制框圖

在Simulink仿真環(huán)境中對(duì)圖4中雙源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，如圖5所示(驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仿真模型參數(shù)見表1)。從圖5可以看出，在未進(jìn)行前饋補(bǔ)償控制之前，雙源電機(jī)d1、q1、d2、q2軸電流存在明顯的耦合效應(yīng)。iq1的脈沖變化會(huì)使得id1波動(dòng)，d2、q2軸電流id2、iq2出現(xiàn)電流尖峰，這對(duì)實(shí)現(xiàn)燃料電池及動(dòng)力電池轉(zhuǎn)矩的獨(dú)立控制及功率分配極為不利。與解耦前兩套繞組對(duì)應(yīng)的d、q軸的電流波形相比，在解耦后的控制系統(tǒng)中iq1的脈沖變化對(duì)于id1、id2和iq2沒有影響，故通過上述前饋補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙源電機(jī)兩套繞組中d、q軸電流的獨(dú)立控制。

表1 雙源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仿真參數(shù)

(a)解耦前 (b)解耦后

3 雙源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)臺(tái)架模擬試驗(yàn)

為了對(duì)所研究的燃料電池汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行性能驗(yàn)證，搭建了雙源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺(tái)架。試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)由加拿大D&V公司的高性能測(cè)功機(jī)及其上位機(jī)、燃料電池模擬器、動(dòng)力電池、雙源電機(jī)、雙源電機(jī)控制器、功率分析儀、維克多VX1060高速測(cè)量標(biāo)定系統(tǒng)及其上位機(jī)CANape軟件組成，如圖6所示。其中燃料電池模擬器的輸出可以根據(jù)需求進(jìn)行編程控制，用以模擬燃料電池的輸出特性。

圖6 雙源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺(tái)架

試驗(yàn)臺(tái)架各主要部件的參數(shù)見表2。試驗(yàn)時(shí)，通過上位機(jī)給雙源電機(jī)控制器發(fā)送轉(zhuǎn)矩指令來模擬車輛的啟動(dòng)、加速、減速、制動(dòng)能量回收等工況。

表2 雙源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺(tái)架參數(shù)

圖7為雙源電機(jī)在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)工況下的轉(zhuǎn)矩輸出及對(duì)應(yīng)定子繞組q軸電流。T為雙源電機(jī)需求轉(zhuǎn)矩指令值；Tt為雙源電機(jī)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩；T1、T2分別為雙源電機(jī)控制器接收到的燃料電池及動(dòng)力電池轉(zhuǎn)矩指令值，且T=T1+T2；iq1、iq2分別為燃料電池繞組及動(dòng)力電池繞組的q軸電流。

在0～1 s，模擬車輛處于駐車狀態(tài)，此時(shí)雙源電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tt為0。在1～2 s，車輛處于起步行駛狀態(tài)，雙源電機(jī)工作在Mode D。在2～10 s，車輛起步運(yùn)行后加速行駛，雙源電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Tt增大，在此過程中燃料電池加載，動(dòng)力電池隨著燃料電池輸出電流的增加逐步退出驅(qū)動(dòng)，雙源電機(jī)在Mode A下工作。在10～11 s，車輛進(jìn)入平穩(wěn)行駛階段，雙源電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Tt不變，雙源電機(jī)工作在Mode B。在11～12 s，車輛進(jìn)入上坡路段，雙源電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Tt也相應(yīng)增加；為了維持燃料電池輸出平穩(wěn)，由動(dòng)力電池滿足突然增加的功率需求，此時(shí)雙源電機(jī)工作在Mode A，動(dòng)力電池繞阻電流iq2隨著其轉(zhuǎn)矩指令T2的增加而增加。在12～13 s，車輛進(jìn)入功率需求較小的下坡路段，雙源電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Tt減小，燃料電池輸出仍維持平穩(wěn)，由動(dòng)力電池響應(yīng)突然減小的功率需求，雙源電機(jī)進(jìn)入Mode C。在13～17 s，車輛進(jìn)入低速行駛階段，燃料電池進(jìn)入降載階段，燃料電池繞組q軸電流iq1逐漸減小至0；動(dòng)力電池對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)矩T2由負(fù)值逐漸增加以維持輸出轉(zhuǎn)矩Tt不變，直至雙源電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩完全由動(dòng)力電池提供，雙源電機(jī)的工作狀態(tài)由Mode C過渡到Mode A。在17～18 s，車輛減速并準(zhǔn)備進(jìn)入駐車狀態(tài)，此時(shí)雙源電機(jī)進(jìn)入制動(dòng)能量回收狀態(tài)，即Mode E，動(dòng)力電池轉(zhuǎn)矩由表示制動(dòng)的負(fù)值逐漸到0。

圖7 實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)工況下雙源電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩及對(duì)應(yīng)定子q軸電流

當(dāng)雙源電機(jī)運(yùn)行在Mode A～E時(shí)，雙源電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tt與其需求轉(zhuǎn)矩指令T基本重合，二者偏差<5%，輸出轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間<100 ms。在燃料電池啟動(dòng)后，其對(duì)應(yīng)繞組電流iq1恒定以維持燃料電池輸出平穩(wěn)，動(dòng)力電池繞組電流iq2響應(yīng)需求轉(zhuǎn)矩T的瞬態(tài)變化。故雙源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)需求轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)，并通過多種工作模式實(shí)現(xiàn)燃料電池與動(dòng)力電池的能量分配與傳輸。

由圖7可知，燃料電池轉(zhuǎn)矩T1、動(dòng)力電池轉(zhuǎn)矩T2與對(duì)應(yīng)的q軸電流波形iq1、iq2一致，驗(yàn)證了零直軸電流控制策略的有效性。在10～13 s，動(dòng)力電池繞組電流iq2進(jìn)行了階躍變化，雙源電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Tt變化與動(dòng)力電池轉(zhuǎn)矩指令T2變化相同，燃料電池轉(zhuǎn)矩指令T1及對(duì)應(yīng)電流iq1均不變，驗(yàn)證了前饋補(bǔ)償控制方法的有效性，消除了兩套繞組間的耦合效應(yīng)。所采用的控制方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙源電機(jī)燃料電池、動(dòng)力電池繞組電流及對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)矩的獨(dú)立控制。

為了驗(yàn)證雙源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)際工況下的性能，根據(jù)GB/T 18386—2017 B.2.2，采用電動(dòng)汽車基本市區(qū)循環(huán)試驗(yàn)工況進(jìn)行測(cè)試。其中，基本市區(qū)循環(huán)試驗(yàn)工況的車速為v，對(duì)雙源電機(jī)的需求轉(zhuǎn)矩為T，試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。在測(cè)試過程中，雙源電機(jī)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩Tt與其需求轉(zhuǎn)矩T曲線基本重合，二者偏差<5%，輸出轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間<100 ms。試驗(yàn)過程中，為維持燃料電池輸出平穩(wěn)，燃料電池轉(zhuǎn)矩指令值T1保持恒定，動(dòng)力電池轉(zhuǎn)矩指令T2響應(yīng)需求轉(zhuǎn)矩T的瞬態(tài)變化；燃料電池繞組、動(dòng)力電池繞組電流iq1、iq2與二者轉(zhuǎn)矩指令T1、T2波形一致，在iq2響應(yīng)動(dòng)力電池轉(zhuǎn)矩指令T2而進(jìn)行階躍變化時(shí)，iq1仍響應(yīng)燃料電池轉(zhuǎn)矩指令T1維持平穩(wěn)輸出，證明了所采用的解耦控制算法在實(shí)際工況下實(shí)現(xiàn)了對(duì)燃料電池、動(dòng)力電池的電流及對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)矩的獨(dú)立控制。

圖8 基本市區(qū)循環(huán)工況下雙源電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩及對(duì)應(yīng)定子q軸電流

在基本市區(qū)循環(huán)試驗(yàn)工況中，燃料電池繞組電流iq1維持恒定正值，動(dòng)力電池繞組電流iq2為正值時(shí)，動(dòng)力電池側(cè)轉(zhuǎn)矩輸出為正，此時(shí)雙源電機(jī)工作在Mode A，即燃料電池、動(dòng)力電池共同驅(qū)動(dòng)；動(dòng)力電池繞組電流iq2為負(fù)值時(shí)，動(dòng)力電池側(cè)轉(zhuǎn)矩輸出為負(fù)，此時(shí)雙源電機(jī)工作在Mode C，即燃料電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)且向動(dòng)力電池充電，故雙源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)際工況下通過對(duì)燃料電池、動(dòng)力電池繞組電流及對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)矩的獨(dú)立控制，實(shí)現(xiàn)了雙電源之間的能量分配與傳輸。

4 結(jié) 論

1)為避免DC/DC帶給燃料電池汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成本及效率方面的壓力，實(shí)現(xiàn)雙電源之間能量傳輸及轉(zhuǎn)矩獨(dú)立控制，研究了燃料電池汽車雙源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，建立了雙源電機(jī)模型、燃料電池模型及動(dòng)力電池模型。

2)針對(duì)燃料電池汽車在實(shí)際運(yùn)行過程中的啟動(dòng)、加速、下坡、制動(dòng)等工況給出了雙源電機(jī)相應(yīng)的工作模式Mode A～E。針對(duì)雙源電機(jī)兩套繞組中的電壓耦合問題，采用前饋補(bǔ)償及零直軸電流控制策略，實(shí)現(xiàn)了對(duì)兩套繞組中電流的獨(dú)立控制。

3)搭建了燃料電池汽車雙源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺(tái)架，并對(duì)雙源電機(jī)在不同工作模式下的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)性能進(jìn)行了模擬試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明，燃料電池汽車雙源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠滿足燃料電池汽車在不同工況下的轉(zhuǎn)矩需求，在實(shí)際工況下實(shí)現(xiàn)燃料電池與動(dòng)力電池之間的能量傳輸及對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)矩的獨(dú)立控制。