1.项目概述
我们是华中科技大学电气与电子工程学院的学生团队，我们的研发项目是“基于iMotion控制器的馈能式电动自行车电机驱动器研制”。随着共享电动自行车越来越多的出现在校园中，电动自行车已经成为短途出行的主要代步工具，其驱动电机一般采用三相永磁无刷直流或永磁同步电机，额定功率在350W左右。目前在电动汽车和轨道交通机车领域，能量回馈装置被广泛采用，用于将刹车、下坡时的电能回馈给电池或者电网，大大提高了能量的利用效率，进而提高了机车的续航里程。而在电动自行车领域，因为功率较小，一般采用刹车电阻配合机械装置进行制动，在刹车过程中机械能转化成内能被直接消耗；若将电动自行车刹车、下坡时的电能加以收集存储，可作为辅助供电电源，为车灯、仪表及控制系统供电，实现能量回馈和节能减排。能量回馈的条件是电机产生的反电势，经过整流后的电压大于电池端供电电压，由此产生逆电流将能量反馈回电池，在下坡这类超同步工况下极易实现，而在刹车过程中反电势较低，无法自动产生逆电流实现能量回馈，因此需要附加切换电路与充电电路将回馈的电能存储到锂电池等低压储能电源中。本项目在传统电动自行车驱动器上添加模式切换电路和充电电路，利用英飞凌公司的iMotion系列控制器对电动自行车正常工作与能量回馈过程进行了模拟和验证。
2.项目创新点
本项目主要创新点和特色在于：
(1).加入能量回馈装置，经由AC/DC电路，将刹车工况和超同步速制动工况下的电机反电势整流，并改换电流回路，经过DC/DC电路，向锂电池储能装置充电，而非以热能的形式耗散，进而提高总能量利用率。
(2).采用英飞凌公司iMotionTM Digital Motor Controller系列高性能电机驱动IC，免于编程实现三相永磁电机的转速闭环控制，实时采集电机工况并对整体电路进行控制，在不提高系统成本的前提下实现电动自行车能量回收。
本控制器结构简单、体积小、功率密度大，接口通用，便于直接替换市场现有电动自行车驱动器；能实现能量回馈电路的自动切换，不改变驾驶者的操作习惯；该原理可推广到低压三相永磁电机的各个应用场合(500W以内)；在采用iMotionTM Digital Motor Controller系列IC的前提下，相比市场现有产品，本控制器不会有明显的成本增加，仅添加半桥开关切换电路和锂电池充电电路。
3.产品使用心得
本项目采用EVAL-M1-099M-C作为电机控制板，XMC1302T016X0032作为DC/DC部分主控制器，英飞凌公司提供的这些控制器使用起来十分方便，仅需要对寄存器进行简单配置来实现对电路的控制。我们采用EVAL-M1-05-65D作为电机驱动板，IRF3205作为模式选通开关，IRFB4227作为DC/DC部分开关管，这些功率器件在使用过程中也表现出优异的性能，驱动简单，导通损耗与开关损耗小。无论控制器件还是功率器件，英飞凌都为电力电子研发人员提供了优秀而又丰富的选择。
本项目完成后，参与项目开发的核心成员对项目进行了总结，并编撰了一本设计方案书，详细描述了系统设计方案与仿真以及所采用的硬件电路与样机测试。完整方案设计书，请至下列链接免费下载：
https://www.infineon-autoeco.com/Public/GetDocFile/5/71
