Real-Time Simulation and Control of an EV Traction Motor in a HIL-environment

Abstract

The purpose of this thesis is to develop and analyse a real-time simulation model for an electric vehicle (EV) powertrain in the Typhoon HIL environment. The study focused on a modern EV Hyundai Ioniq 5 and its interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM). The literature review consists of key components of an EV, the fundamentals and working principle of the PMSM and information of high-voltage system and driving cycles. The experimental section utilizes real-time Hardware-in-the-loop (HIL) technology. An electric drivetrain model, including the battery, inverter, IPMSM, and vehicle dynamics is constructed. The control logic is implemented using the FOC algorithm, and the model’s functionality is validated through WLTP-cycle. The results are analysed by comparing the control commands to the actual motor behaviour. Discrepancies identified during the simulation, such as synchronization challenges in the electrical angle (θ), are analysed and development recommendations are considered to enhance the accuracy of motor control in real-time simulation.

Tämän kandidaatintutkielman tarkoituksena on kehittää ja analysoida sähköauton voimalinjan reaaliaikaista simulaatiomallia Typhoon HIL-ympäristössä. Tutkimus keskittyy nykyaikaiseen Hyindai Ioniq 5 -sähköautoon ja sen hyödyntämään kestomagneettimoottoriin (IPMSM, engl. Interior Permanent Magnet Synchronous Motor). Kirjallisuuskatsauksessa tarkastellaan sähköauton keskeisiä komponentteja, kestomagneettimoottorin toimintaperiaatteita sekä korkeajännitejärjestelmiä ja ajosyklejä. Kokeellisessa osiossa hyödynnetään reaaliaikaista Hardware-in-the-loop (HIL) -teknologiaa. Työssä rakennetaan sähköisen voimalinjan malli, joka sisältää akun, taajuusmuuttujan, kestomagneettimoottorin sekä ajoneuvodynamiikan. Ohjauslogiikka toteutetaan hyödyntäen kenttäorientoitua ohjausta (FOC, engl. field-oriented control) ja mallin toiminnallisuus varmennetaan WLTP-ajosyklillä. Tuloksia analysoidaan vertaamalla ohjauskomentoja moottorin todelliseen käyttäytymiseen. Simulaation aikana havaitut poikkeamat, kuten sähköisen kulman θ synkronointiin liittyvät haasteet, analysoidaan sekä lopuksi tarkastellaan kehitysehdotuksia moottorin ohjauksen tarkkuuden parantamiseksi reaaliaikaisessa simulaatiossa.