本文介紹了在不同抽象層次上有效模擬電動汽車動力系統的技術，仿真目標從駕駛周期數小時內的全局效率和熱分析，到逆變器開關特性和損耗的納秒細節。這些技術可以用來優化電機和逆變器控制，驗證電能質量(THD和損耗)，并模擬故障。

本文分為兩部分，第一部分闡述電路設計思路以及在Saber RD中進行的選型與建模；第二部分闡述SaberRD基于JMAG電機模型搭建的四個不同抽象級別的電路以及在SaberRD中進行一系列的仿真

01

電路拓撲及設計思路

*該動力系統設計的核心是使用JMAG FEA求解器生成的高保真PMSM電機模型，包括空間諧波、磁通飽和和頻率相關的鐵損耗。電機由三相電壓源逆變器(VSI)提供電流，由FOC算法控制，實現每安培最大轉矩(MTPA)和磁通弱化策略，并使用攔截正弦PWM方法。直流鏈接電壓(365V)是由兩個并聯的鋰離子電池實現的，每個電池有96個電池單元串聯。

圖1:電動汽車動力傳動系統示意圖

*電機軸連接到一個單比變速箱，其本身連接到一個簡化的汽車動力學模型，該模型考慮了傾斜地形上的重力，以及滾動和空氣動力。

圖二：簡化車輛動力學模型。

*電動汽車動力總成規格。

表一：電動汽車動力總成規格

02

模型搭建

1.PMSM永磁同步電動機模型

本文采用JMAGTM有限元分析(FEA)工具對PMSM模型進行了表征。JMAG-RT模塊通過表達電機在磁通飽和、轉矩空間諧波、頻率依賴性鐵損耗、直接軸和正交軸之間的顯著性等方面的非線性行為，為硬件在環(HIL)和電路仿真生成緊湊的PMSM模型。

所有這些方面都是通過從JMAG獲得的三個查找表面來建模的，并存儲在JMAG- rt數據文件(擴展名為.rtt)中:

1.磁通作為轉子角度、電流幅值和電流角的函數(圖4)

2.轉矩與轉子角、電流幅值和電流角的關系(圖5)

3.鐵損耗(渦流和遲滯損耗的組合)作為轉子轉速、電流幅值和電流角度的函數(圖6)。* 注意，鐵損耗表在rtt文件中是可選的。如果不包括在內，則基于并行電阻(模型參數rp)的較不詳細的頻率依賴性鐵損耗表示。

*圖4到圖6中所示角度的約定在圖3中說明。轉子角度以電氣度為單位。
*PMSM的幾個Saber模型(在不同的抽象級別上)使用JMAG-RT查找表數據:

1.jmag_pmsm.sin(以及相關的動態熱jmag_pmsmx.sin)有3個電氣連接，每個相一個。利用JMAG產生的全部空間諧波細節而不降低表維數。

2.jmag_pmsm_dq.sin(以及相關的動態熱jmag_pmsm_dqx.sin)在dq參考系中工作，只有兩個電氣連接。這種更高層次的抽象不保留空間諧波，但仍然解釋了Ld(id)和La(iq)的通量飽和，以及完整的鐵損失表。扭矩的計算是解析式的(等式3)，而不是基于一個查找表。

圖3：磁通量和扭矩表(a)和鐵損表(b)的角度約定

圖4電流角為0時磁通量隨轉子角度和電流幅值的變化(a)

轉子角度為0時磁通量隨轉子角度和電流幅值的變化(b)

圖5：轉子角度設為0時轉矩對電流角和幅值的函數(a)

電流角度設為0時轉矩對轉子角度和電流的函數(b)

圖6：轉速設置為10,000轉/分時，鐵損隨電流角度和振幅的變化(a)

電流幅值設置為390安培時，鐵損隨電流角度和速度的變化(b)

本設計中使用的8極電機的特性如圖7所示(來自JMAG網站)。

圖7：永磁同步電機規格

對于ANSYS Maxwell軟件生成的有限元分析數據，存在類似jmag_pmsm.sin的模型。在SaberRD模型庫里可以找到maxwell_pmsm.sin模型。

2.FDC