阅读说明：本技术 电动汽车的逆变器svpwm控制方法、装置及电动汽车 (SVPWM control method and device for inverter of electric automobile and electric automobile ) 是由 李庆国 张�杰 陈士刚 陈亚莉 舒晖 杭孟荀 沙文瀚 刘琳 于 2021-01-05 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种电动汽车的逆变器SVPWM控制方法、装置及电动汽车,其中,方法包括：检测电动汽车的交流电机的实际转速；检测实际转速所处的转速区间；若转速区间为预设低速区间,则以第一段式SVPWM调制值和第一开关频率控制交流电机；若转速区间为预设中速区间,则以第二段式SVPWM调制值和第二开关频率控制交流电机；若转速区间为预设高速区间,则以第三段式SVPWM调制值和第三开关频率控制交流电机；其中,第一至第三段式SVPWM调制值分别为五段式SVPWM调制、五段式SVPWM调制和七段式SVPWM调制,第一至第三开关频率分别为2KHz、5KHz和10KHz开关频率。由此,解决了目前SVPWM控制方式存在逆变器的损耗高、效率低等问题。(The application discloses an SVPWM control method and device for an inverter of an electric automobile and the electric automobile, wherein the method comprises the following steps: detecting the actual rotating speed of an alternating current motor of the electric automobile; detecting a rotating speed interval where the actual rotating speed is located; if the rotating speed interval is a preset low-speed interval, controlling the alternating current motor by using a first-section SVPWM modulation value and a first switching frequency; if the rotating speed interval is a preset intermediate speed interval, controlling the alternating current motor by using a second-section SVPWM modulation value and a second switching frequency; if the rotating speed interval is a preset high-speed interval, controlling the alternating current motor by using a third-section SVPWM modulation value and a third switching frequency; the first-third-stage SVPWM modulation values are five-stage SVPWM modulation, five-stage SVPWM modulation and seven-stage SVPWM modulation respectively, and the first-third switching frequencies are 2KHz, 5KHz and 10KHz switching frequencies respectively. Therefore, the problems of high loss, low efficiency and the like of the inverter in the conventional SVPWM control mode are solved.)

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在介绍本申请实施例的电动汽车的逆变器SVPWM控制方法之前，先介绍一下常用的SVPWM调制方式，其中，常用的SVPWM调制主要为七段式和五段式，开关频率为2KHz、5KHz、10KHz，具体过程如下：

如图1所示，逆变器主要是将直流逆变为三相给交流电机供电，逆变器有三个桥臂，输出三相电压A、B、C。每相通过2个功率器件(IGBT)来控制电压矢量，总共是6个功率器件(IGBT)。为了简单表示出其原理，通过一个开关来代替功率器件(IGBT)。在任一时刻上下桥臂只能一个导通，另一个关闭，在每个桥臂中，上桥臂导通，下桥臂关断定义为“1”；下桥臂导通，上桥臂关断定义为“0”。A相桥臂状态用Sa；B相桥臂状态用Sb表示；C相桥臂状态用Sc表示。Sa、Sb、Sc总共八种开关状态，其中六个有效工作空间电压矢量U1-U6。两个零矢量U0和U7，Ul(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)、U0(000)、U7(111)。通过Clack等幅值变换，可以得到电压幅值为2Udc/3，如表1所示。

表1

	Sa	Sb	Sc	幅值
					U0	0	0	0	2Udc/3
U1	1	0	0	2Udc/3
					U2	1	1	0	2Udc/3
U3	0	1	0	2Udc/3
					U4	0	1	1	2Udc/3
U5	0	0	1	2Udc/3
					U6	1	0	1	2Udc/3
U7	1	1	1	2Udc/3

如图2相邻的空间电压矢量间隔60°，两个零矢量(U0、U7)幅值为零，位于中心，电压空间矢量图如图2所示。

令六个有效工作矢量按U1-U6的顺序工作。在第一扇区，逆变器开关状态位100，空间电压矢量U1，磁链矢量为Ψ1。进入第二扇区，逆变器开关状态为110，空间矢量为U2，磁链矢量为Ψ2，在第一扇区磁链运动轨迹为图3中△Ψ12。依次类推，每个有效工作矢量作用π/3弧度，六个有效工作矢量完成一个周期。将六个△Ψ首尾相接，定子磁链矢量是一个封闭的六边形如图3所示。由于在一个周期内开关6次，是一个正六边形。无法形成一个接近圆形的磁链矢量。

在每个周期内只有一个开关状态，生成正六边形的旋转磁场，和圆形磁场差异较大，转矩脉动比较大。为了使磁链矢量尽量接近圆形，减小转矩脉动。因此逆变器在每个扇区开关状态，通过八种状态进行组合，每种状态的时间不同。可以按照空间平行四边形合成法则，用相邻的两个有效工作矢量合成期望的输出矢量，使合成矢量磁链尽可能的逼近圆形。例如在第一扇区，通过空间基本矢量U1和U2合成电压矢量Uout。Uout＝t1/t×U1+t1/t×U2。式中t1和t2分别是一个周期中U1和U2作用时间，如图4所示，一般而言t＞t1+t2，其余的时间可以用零矢量(U0、U7)进行补充。零矢量的作用时间t0＝t-t1-t2。此时，U1、U2、U0(U7)的作用时间已经确定，但是作用顺序并未确定，从而为SVPWM矢量控制留下了很大的空间。一般分为两种方式：一、零矢量集中实现，二、零矢量分散实现。下面分别对两种方式进行说明，以第一扇区为例：

零矢量集中插入方式(五段式)。将一个周期(t)分为5个部分，把t1和t2平分后，分别在开关周期的首尾两端，把零矢量放在开关周期的中间，零矢量的选择原则是开关周期最少，减小损耗。如图5所示，给出了SVPWM波的开关方式。作用顺序为t1/2、t2/2、t7、t2/2、t2/2。

零矢量分散插入方式(七段式)。将一个周期(t)分为7个部分，分布在开关周期的首尾和中间，如图6所示。基本电压U1、U2的时间进行平分，插在零矢量之间。作用顺序按照开关次数少、损耗小的原则。

由SVPWM七段式和五段式的原理可知，五段式在一个周期内开关次数要少于七段式，因此逆变器的功率器件的损耗也较小。七段式的零矢量作用时间灵活，可以多点插入，因此电流谐波较小，转矩波动小，精度高。七段式开关次数相对较多，逆变器功率器件损耗大。

PWM开关时间是通过载波和调制波比较得到的。载波的频率fc(2KHz、5KHz、10KHz)一般远大于调制波。当调制波幅值大于载波幅值，PWM波为高电平，调制波幅值小于载波幅值，PWM为低电平。调制波的频率fr和电机转速关联n＝60fr/p，n电机转速，fr调制波频率，p电机极对数。定义载波比N＝fc/fr。载波比大，输出波形相对较好。

目前在电动汽车一般用功率器件(IGBT)的开关频率最高是10KHz，并且开关频率可以通过软件进行调节，本申请实施例将开关频率设定为2KHz、5KHz、10KHz。

目前电动汽车通过电机提供驱动力，储能装置主要为高压直流电池，因此必然需要逆变器把直流转化为交流。逆变器通过开通和关断功率器件实现转换功能，功率器件的开通和关断必然有能量损失，如果能够通过控制方式提高逆变器的效率，则对于电动汽车汽车的续航里程的提高有这重大的意义。

为此，本申请实施例提出了一种电动汽车的逆变器SVPWM控制方法、装置及电动汽车，下面参考附图描述本申请实施例的电动汽车的逆变器SVPWM控制方法、装置及电动汽车。针对上述背景技术中心提到的目前SVPWM控制方式存在逆变器的损耗高、效率低的问题，本申请提供了一种电动汽车的逆变器SVPWM控制方法，在该方法中，根据交流电机的不同转速采用不同的SVPWM调制和开关频率进行控制，在交流电机转速在低转速时，采用五段式SVPWM调制和2KHz开关频率，在交流电机转速在中转速时，采用五段式SVPWM调制和5KHz开关频率，在交流电机转速在高转速时，采用七段式SVPWM调制和10KHz开关频率，从而可以精确控制开关频率和不同SVPWM调制方式，提高逆变器效率，降低整车能量消耗，有效延长电动汽车续航里程，减少整车电池容量，降低成本，且满足驱动系统对于扭矩精度和噪声的要求，提高使用体验。由此，解决了目前SVPWM控制方式存在逆变器的损耗高、效率低等问题。

具体而言，图7为本申请实施例所提供的一种电动汽车的逆变器SVPWM控制方法的流程示意图。

如图7所示，该电动汽车的逆变器SVPWM控制方法包括以下步骤：

在步骤S101中，检测电动汽车的交流电机的实际转速。

需要说明的是，电动汽车的逆变器SVPWM控制方法的执行主体可以为电动汽车。本申请实施例的电动汽车的逆变器SVPWM控制方法可以由本申请实施例的电动汽车的逆变器SVPWM控制装置执行，本申请实施例的电动汽车的逆变器SVPWM控制装置可以配置在任意电动车辆中，以执行本申请实施例的电动汽车的逆变器SVPWM控制方法。

可以理解的是，本申请实施例根据不同电机转速采用不同的开关频率和SVPWM调制方法，因此，本申请实施例首先采集交流电机的实际转速，以进行后续的控制。

在步骤S102中，检测实际转速所处的转速区间。

可以理解的是，为了降低逆变器损耗同时能够在噪声和扭矩精度方面满足新能源汽车性能的需求，本身亲实施例根号不同的转速区间采用不同的开关频率和SVPWM调制方式组合。所以，本申请实施例在采集得到实际转速之后，需要进一步确定实际转速所处的区间。

在本实施例中，在检测实际转速所处的转速区间之前，还包括：采集电动汽车的车辆参数；根据车辆参数确定预设低速区间、预设中速区间与预设高速区间。

其中，本申请实施例可以根据电动汽车的具体参数，比如电机转速确定，具体的预设低速区间、预设中速区间与预设高速区间的范围。

例如，电机转速为n，将转速(绝对值)分为三个区间：预设低速区间Ⅰ、预设中速区间Ⅱ、预设高速区间Ⅲ。根据实际情况可以定义低速区间Ⅰ：转速0-200rpm；中速区间Ⅱ：200-3000rpm，高速区间Ⅲ：3000rpm以上。

在步骤S103中，若转速区间为预设低速区间，则以第一段式SVPWM调制值和第一开关频率控制交流电机，其中，第一段式SVPWM调制值和第一开关频率分别为五段式SVPWM调制和2KHz开关频率。

可以理解的是，在交流电机转速在低转速时，本申请实施例采用五段式SVPWM调制和2KHz开关频率，其中，在转速区间为低速区间时，调制波频率13.3KHz，载波在2KHz，载波比N＝fc/fr＝2000/13.3＝150.3。

通过载波比可以看出，在低速段采用2KHz可以满足要求，从而可以在减少开关损耗的同时，兼顾扭矩精度和噪声。同时，虽然低速区降低了开管频率，但是载波比并未有较大影响，对电流输出的正弦性影响不大，系统扭矩精度可以满足。

在步骤S104中，若转速区间为预设中速区间，则以第二段式SVPWM调制值和第二开关频率控制交流电机，其中，第二段式SVPWM调制值和第二开关频率分别为五段式SVPWM调制和5KHz开关频率。

可以理解的是，在交流电机转速在中转速时，采用五段式SVPWM调制和5KHz开关频率，其中，在转速区为中速区间时，调制波频率200KHz，载波在5KHz，载波比N＝5000/200＝25。

在步骤S105中，若转速区间为预设高速区间，则以第三段式SVPWM调制值和第三开关频率控制交流电机，其中，第三段式SVPWM调制值和第三开关频率分别为七段式SVPWM调制和10KHz开关频率。

可以理解的是，在交流电机转速在高转速时，采用七段式SVPWM调制和10KHz开关频率，其中，在转速区为高速区间时，调制波频率466.6KHz，载波在10KHz，载波比N＝10000/466.6＝21。

需要说明的是，三种组合方式的开关损耗关系如下：五段式SVPWM调制和2KHz开关频率＜五段式SVPWM调制和5KHz开关频率＜七段式SVPWM调制和10KHz开关频率。在噪声方面，高开关频率噪声小，虽然低频2KHz是存在一些噪音，但是由于起步阶段时间很短，因此，依然可以满足驾驶员的使用体验。对于扭矩精度，由于10K七段式的相电流波形较好、谐波分量小，因此扭矩波动小、精度高。因此，本申请实施例的控制方法可以降低开关损耗，减少逆变器的损耗，提高整车续航，满足驱动系统对于扭矩精度和噪声的要求，满足控制精度。

根据本申请实施例提出的电动汽车的逆变器SVPWM控制方法，根据交流电机的不同转速采用不同的SVPWM调制和开关频率进行控制，在交流电机转速在低转速时，采用五段式SVPWM调制和2KHz开关频率，在交流电机转速在中转速时，采用五段式SVPWM调制和5KHz开关频率，在交流电机转速在高转速时，采用七段式SVPWM调制和10KHz开关频率，从而可以精确控制开关频率和不同SVPWM调制方式，提高逆变器效率，降低整车能量消耗，有效延长电动汽车续航里程，减少整车电池容量，降低成本，且满足驱动系统对于扭矩精度和噪声的要求，提高使用体验。

其次参照附图描述根据本申请实施例提出的电动汽车的逆变器SVPWM控制装置。

图8是本申请实施例的电动汽车的逆变器SVPWM控制装置的方框示意图。

如图8所示，该电动汽车的逆变器SVPWM控制装置10包括：第一检测模块100、第二检测模块200、第一控制模块300、第二控制模块400和第三控制模块500。

其中，第一检测模块100用于检测电动汽车的交流电机的实际转速；第二检测模块200用于检测实际转速所处的转速区间；第一控制模块300用于在转速区间为预设低速区间时，以第一段式SVPWM调制值和第一开关频率控制交流电机，其中，第一段式SVPWM调制值和第一开关频率分别为五段式SVPWM调制和2KHz开关频率；第二控制模块400用于在转速区间为预设中速区间时，以第二段式SVPWM调制值和第二开关频率控制交流电机，其中，第二段式SVPWM调制值和第二开关频率分别为五段式SVPWM调制和5KHz开关频率；第三控制模块500用于在转速区间为预设高速区间时，以第三段式SVPWM调制值和第三开关频率控制交流电机，其中，第三段式SVPWM调制值和第三开关频率分别为七段式SVPWM调制和10KHz开关频率

进一步地，预设低速区间为[0，200]rpm，预设中速区间为[200，3000]rpm，预设高速区间为3000rpm以上。

进一步地，本申请实施例的装置10还包括：采集模块和确定模块。其中，采集模块，用于在检测实际转速所处的转速区间之前，采集电动汽车的车辆参数；确定模块，用于根据车辆参数确定预设低速区间、预设中速区间与预设高速区间。

需要说明的是，前述对电动汽车的逆变器SVPWM控制方法实施例的解释说明也适用于该实施例的电动汽车的逆变器SVPWM控制装置，此处不再赘述。

根据本申请实施例提出的电动汽车的逆变器SVPWM控制装置，根据交流电机的不同转速采用不同的SVPWM调制和开关频率进行控制，在交流电机转速在低转速时，采用五段式SVPWM调制和2KHz开关频率，在交流电机转速在中转速时，采用五段式SVPWM调制和5KHz开关频率，在交流电机转速在高转速时，采用七段式SVPWM调制和10KHz开关频率，从而可以精确控制开关频率和不同SVPWM调制方式，提高逆变器效率，降低整车能量消耗，有效延长电动汽车续航里程，减少整车电池容量，降低成本，且满足驱动系统对于扭矩精度和噪声的要求，提高使用体验。

本实施例还提供一种电动汽车，包括上述实施例的电动汽车的逆变器SVPWM控制装置。根据本申请实施例提出的电动汽车，根据交流电机的不同转速采用不同的SVPWM调制和开关频率进行控制，在交流电机转速在低转速时，采用五段式SVPWM调制和2KHz开关频率，在交流电机转速在中转速时，采用五段式SVPWM调制和5KHz开关频率，在交流电机转速在高转速时，采用七段式SVPWM调制和10KHz开关频率，从而可以精确控制开关频率和不同SVPWM调制方式，提高逆变器效率，降低整车能量消耗，有效延长电动汽车续航里程，减少整车电池容量，降低成本，且满足驱动系统对于扭矩精度和噪声的要求，提高使用体验。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。