CN102255282B - 一种纯电动车用永磁同步电机和控制器***的温度保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纯电动车用永磁同步电机和控制器(IPU)***的温度保护方法。控制器的控制芯片采用数字信号处理器(DSP)或者控制器单元(MCU)。各路温度传感器采集的输入信号经过温度检测电路后送给DSP/MCU,再对温度信号进行计算、处理,实现对电机和控制器***的温度检测、处理及保护的功能。该方法包括硬件上的温度检测、转换和软件上的保护处理,其中硬件方法是指对电机的定子温度和控制器的功率模块温度、功率模块散热器温度、冷却液进出口温度及功率模块PCB板温度信号进行检测、处理、A/D转换等,软件方法是由DSP/MCU和整车控制器(HCU)按照协议策略对温度信号进行软件流程处理。

Description

一种纯电动车用永磁同步电机和控制器***的温度保护方法
技术领域
本发明属于电机和其控制器设计领域,具体涉及一种纯电动车用永磁同步电机和控制器***的温度保护方法。
背景技术
目前纯电动车是研究和开发的热门领域,而永磁同步电机和控制器***在电动车上的应用也日趋广泛。电机控制器***作为整车动力总成***的一个核心组成部分,必须保证其工作的安全性和可靠性,从而保证整车动力***安全、可靠、稳定的运行。为使电机和控制器***正常工作,必须对永磁同步电机的定子温度以及控制器的功率模块、散热器、PCB板、冷却液进出口温度进行检测,以便于在电机和控制器***因过温(过高或过低温度)发生故障时进行及时的处理,实现电机控制器***的温度保护功能,避免动力***失灵引发的安全事故。
目前,已有的电机控制器***一般只是检测电机的定子温度及功率模块的温度,不能提供电机及控制器***全面的温度信息。与现有技术相比,本发明还要检测散热器、功率模块PCB板和冷却液进出口温度,达到对控制器的多重温度检测,提高了电机控制器***温度保护的可靠性。电机控制器***的温度保护涉及到软件上的处理流程,除了要考虑电机控制器***自身外,还需要考虑整车***需求,例如:整车控制器(HCU),即是要符合整车的控制策略要求。
发明内容
为解决现有技术中存在上述问题,本发明提供了一种电动车用永磁同步电机和控制器***的温度保护方法,使得在电机及控制器***发生过高、过低温度故障时能按照整车控制要求及时进行温度保护处理流程,从而保证电机和控制器***的稳定运行。
本发明具体采用以下技术方案:
一种纯电动车用永磁同步电机和控制器***的温度保护方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)通过温度传感器采集纯电动车用永磁同步电机功率模块温度、所述永磁同步电机定子温度、控制器的功率模块散热板温度、控制器的功率模块PCB板温度、控制器的冷却液进出口温度等电压信号;
(2)将步骤(1)采集的温度电压信号输入至温度检测电路,通过模拟传输补偿电路消除因传感器引线带来的测量误差或电压调整电路,最后通过滤波和放大电路获得适合控制芯片的输入输出端口要求的输入电压信号;
(3)所述各温度电压信号经温度检测电路处理后送给控制芯片DSP/MCU,在控制芯片中进行A/D转换,将转换值进行处理、计算得到纯电动车用永磁同步电机功率模块温度、所述永磁同步电机定子温度、功率模块散热板温度、功率模块PCB板温度和冷却液进出口温度等5路温度值;
(4)将所述5路温度值与控制芯片程序中预设的严重温度故障阀值相比较,只要有一路温度值超过该阀值,则控制芯片判定所述永磁同步电机和控制器***发生严重温度故障,控制器IPU将当前温度值和相应的故障标志位信号发给整车控制器HCU,同时,控制器IPU不执行整车控制器HCU的响应指令,关闭控制器IPU的功率模块,整车控制器HCU在接收到温度值和故障标志位信号并确认后,切断整车动力电源,使整车紧急停车;
(5)如果所述5路温度值只要有1路满足以下条件:即小于控制芯片程序中预设的严重温度故障阀值,但大于一般温度故障阀值,则控制芯片判定为永磁同步电机和控制器***发生一般温度故障, 控制器IPU通过CAN总线将当前温度值和相应的故障标志位信号发给整车控制器HCU,整车控制器HCU在接收到温度值和故障信号并确认后,发送响应的指令,所述控制器IPU接收并执行整车控制器HCU的响应指令,使所述永磁同步电机工作于降功率、转速模式下;
(6)如果所述5路温度值均低于控制芯片程序中预设的一般温度故障阀值,则控制芯片判定为电机和控制器***工作正常,IPU将采样到的当前温度值通过CAN总线报给整车控制器HCU, 整车控制器HCU根据整车的运行工况发出转矩或转速指令,所述控制器IPU接收并执行整车控制器HCU发出的转矩或转速指令。
本发明通过对电机的定子温度、控制器的功率模块温度、功率模块散热器温度及功率模块PCB板温度等多重温度信号的实时检测、处理,使得电机和控制器***在发生温度故障时能够及时处理,实现了电机和控制器***的温度保护功能,保证了整车运行过程中动力***的安全性、可靠性。
附图说明
图1是永磁同步电机和控制器***温度保护原理框图;
图2是永磁同步电机和控制器***热传导过程;
图3是永磁同步电机和控制器***温度保护流程图;
图4是DSP/MCU主函数流程图;
图5是DSP/MCU串口服务程序流程图;
图6是永磁同步电机和控制器***的A/D中断服务与HCU响应处理流程图。
具体实施方式
下面结合本发明附图做详细说明。
如图1所示的是永磁同步电机和控制器***温度保护原理框图,对于电机和控制器***,其中电机主要是永磁同步电机,其定子上有温度传感器(通常是2个),用来检测电机的定子温度。控制器里也有温度传感器,用来采集功率模块、散热器、PCB板的温度、冷却液进出口温度。传感器采集的各路温度电压信号输入至温度检测电路,通过模拟传输补偿电路消除因传感器引线带来的测量误差或电压调整电路,最后通过滤波和放大电路获得适合DSP/MCU的I/O要求的输入电压信号。将各电压信号送给主控制芯片DSP/MCU进行A/D转换,再对转换值进行处理、计算就获得采样的各个温度值。当温度值超过DSP程序中预设的阀值时,DSP判定为电机和控制器***发生温度故障,主控芯片DSP/MCU通过CAN总线将当前采样温度值和故障标志位报给整车控制器HCU,并按照既定的协议策略,进行相应的温度故障处理,实现对电机和控制器***的温度保护功能。
图2所示的是永磁同步电机和控制器***的热传导过程。功率模块是功率器件,工作于高压、大电流和高频工况下,其内核(节温)是温度最高的热源。热量通过管壳(脚)传导给冷却液(若是小功率,则可不用冷却液。)和PCB板。冷却液则将热传导给散热器,最后热量通过散热器传导到周围环境中去。
图3是永磁同步电机和控制器***的温度保护方法的流程框图。
永磁同步电机和控制器***的温度保护方法包括以下步骤:
(1)通过温度传感器采集纯电动车用永磁同步电机功率模块温度、所述永磁同步电机定子温度、控制器的功率模块散热板温度、控制器的功率模块PCB板温度、控制器的冷却液进出口温度等电压信号;
(2)将步骤(1)采集的温度电压信号输入至温度检测电路,通过模拟传输补偿电路消除因传感器引线带来的测量误差或电压调整电路,最后通过滤波和放大电路获得适合控制芯片的输入输出端口要求的输入电压信号;
(3)所述各温度电压信号经温度检测电路处理后送给控制芯片DSP/MCU,在控制芯片中进行A/D转换,将转换值进行处理、计算得到纯电动车用永磁同步电机功率模块温度、所述永磁同步电机定子温度、功率模块散热板温度、功率模块PCB板温度和冷却液进出口温度等5路温度值T。
(4)将所述5路温度值T与控制芯片程序中预设的严重温度故障阀值相比较,只要有一路温度值超过该阀值,则控制芯片判定所述永磁同步电机和控制器***发生严重温度故障。控制器IPU将当前温度值和相应的故障标志位信号发给整车控制器HCU,同时,控制器IPU不执行整车控制器HCU的响应指令,控制器IPU的控制芯片DSP/MCU停止发送PWM信号,关闭所述功率模块,整车控制器HCU在接收到温度值和故障标志位信号并确认后,切断整车动力电源,使整车紧急停车;
按照温度信号造成后果危害的严重程度分成二类:一类是严重故障温度信号,即是该故障会危害人身安全,导致关键功能失效(制动/转向)。其严重温度故障阀值可以根据具体情况制定,在本发明实施例中,严重温度故障阀值包括:功率模块温度≥临界高温或≤临界低温、散热器温度≥临界高温或≤临界低温、电机定子温度≥临界高温或≤临界低温、冷却液温度≥临界高温或≤临界低温、功率模块PCB板温度≥临界高温或≤临界低温等。
(5)如果所述5路温度值只要有1路满足以下条件:即小于控制芯片程序中预设的严重温度故障阀值,但大于一般温度故障阀值,则控制芯片判定为永磁同步电机和控制器***发生一般温度故障, 控制器IPU通过CAN总线将当前温度值和相应的故障标志位信号发给整车控制器HCU,整车控制器HCU在接收到温度值和故障信号并确认后,发送响应的指令,所述控制器IPU接收并执行整车控制器HCU的响应指令,使所述永磁同步电机工作于降功率、转速模式下;
按照温度信号造成后果危害的严重程度分类,第二类是一般故障温度信号,这类故障会导致部分辅助功能失效例如:能量回收,制动、转向性能下降。在本发明实施例中,一般温度故障阀值包括:功率模块温度≥警戒高温或≤警戒低温、散热器温度≥警戒高温或≤警戒低温、电机定子温度≥警戒高温或≤警戒低温、冷却液温度≥警戒高温或≤警戒低温、功率模块PCB板温度≥警戒高温或≤警戒低温等。
(6)如果所述5路温度值均低于控制芯片程序中预设的一般温度故障阀值,则控制芯片判定为电机和控制器***工作正常,IPU将采样到的当前温度值通过CAN总线报给整车控制器HCU, 整车控制器HCU根据整车的运行工况发出转矩或转速指令,所述控制器IPU接收并执行整车控制器HCU发出的转矩或转速指令。
表一是电机和控制器***温度保护故障处理策略。按照分类方式,将电机和控制器温度保护***的温度故障信号进行了归纳、分类,并举例说明了温度信号故障的判断条件。其中温度临界值是指的电机和控制器***所允许的各个器件或设备的最高/最低工作温度(考虑工况、散热条件),如果超过临界温度则器件或设备会因过温而损坏。警戒温度则是***设定的低于临界温度的的警告温度值,表明***已经处于过温状态,需要进行及时处理,否则如果温度继续上升到临界温度,则会发生器件或设备的损坏事故。需要说明的是,表中的故障判断条件对温度取值的划分标准并非唯一,这只是本发明的优选实施例,而不是对发明精神的限制。
表一:
故障类别 温  度  故  障  信  号 故障判断条件(例)
一般故障 功率模块温度≥警戒高温或≤警戒低温 ≥120℃或≤-40℃
严重故障 功率模块温度≥临界高温或≤临界低温 ≥140℃或≤-45℃
一般故障 散热器温度≥警戒高温或≤警戒低温 ≥80℃或≤-40℃
严重故障 散热器温度≥临界高温或≤临界低温 ≥85℃或≤-45℃
一般故障 电机定子温度≥警戒高温或≤警戒低温 ≥120℃或≤-40℃
严重故障 电机定子温度≥临界高温或≤临界低温 ≥140℃或≤-45℃
一般故障 冷却液进口温度≥警戒高温 ≥55℃
一般故障 冷却液出口温度≥警戒高温 ≥60℃
严重故障 冷却液进口温度≥临界高温 ≥60℃
严重故障 冷却液出口温度≥临界高温 ≥65℃
一般故障 功率模块PCB板温度≥警戒高温或≤警戒低温 ≥70℃或≤-40℃
严重故障 功率模块PCB板温度≥临界高温或≤临界低温 ≥75℃或≤-45℃
 如果发生温度故障,对于严重故障,一方面,DSP/MCU不等待执行HCU的响应指令,直接封锁PWM信号,关闭功率模块。另一方面,HCU切断电池主电源(关闭高压主、负继电器),使得车辆紧急停车处理故障。对于一般故障,DSP/MCU的处理方式是执行HCU的响应指令,不封锁PWM信号,不关闭功率模块。而HCU则使车辆运行在限制模式(限转矩、限转速),即是HCU给出指令,降低电机转速(可取为电机最高转速的50%)和降低转矩(T,其值可取为降速后可用的最大转矩值的50%),以便在整车性能下降状态下实现电机和控制器***的温度保护功能,从而保证车辆行驶安全。
电机和控制器***温度保护故障处理策略见下表。
表二
故障类别 故障定义 HCU温度故障处理 IPU温度故障处理
严重故障 该故障危害人身安全,导致关键功能失效(制动/转向)。 车辆紧急停车且切断高压线束(继电器) IPU关闭功率模块(关管)不执行HCU指令
一般故障 该故障导致部分辅助功能失效,制动、转向性能下降。 车辆进入限制模式,仅以基本功能运行,并限制力矩(最大可用力矩的50%)及降转速(可取50%最高转速)运行。 IPU的功率模块正常开管,完全执行HCU指令;
故障类别 故障定义 HCU温度故障处理 IPU温度故障处理
严重故障 该故障危害人身安全,导致关键功能失效(制动/转向)。 车辆紧急停车且切断高压线束(继电器) IPU关闭功率模块(关管)不执行HCU指令
一般故障 该故障导致部分辅助功能失效,制动、转向性能下降。 车辆进入限制模式,仅以基本功能运行,并限制力矩(最大可用力矩的50%)及降转速(可取50%最高转速)运行。 IPU的功率模块正常开管,完全执行HCU指令;
 图4是主控芯片DSP/MCU主程序流程图。在主程序中,首先是关中断,不响应中断请求。然后进行DSP***的初始化和外设的初始化。其中,在***初始化程序中,进行PWM频率、各种中断、RAM、定时器设置等。在外设初始化中,则进行采样后的温度、电流、电压等A/D转换、输入输出口I/O配置、旋变信号配置(RDC)、串口通讯(如485、CAN)配置。初始化后***进行自检,主要是看RAM能否进行读写操作、A/D采样值是否正常、旋转变压器信号和CAN通讯收发是否正常等。否则DSP/MCU直接报故障,主程序不继续执行。自检完成后,开放中断,如果有中断请求则响应中断,转入中断服务程序处理。如无中断请求,则进入主循环,查询是否有串口命令请求(控制指令请求),如果检测到有串口命令请求,则程序进入串口服务程序。
图5是DSP/MCU串口服务程序流程图。DSP/MCU响应串口请求后,首先将判断串口命令类型,然后执行相应的命令,执行完毕后退出串口服务程序,返回主程序进行主循环查询工作。
图6是IPU的A/D中断服务与HCU响应处理流程图。温度传感器采样的模拟温度信号经过检测电路处理后送给DSP/MCU的A/D转换模块,进行转换,完成后发出A/D中断信号。DSP/MCU响应后读取当前的A/D转换值,之后进行计算并判断温度故障信号类别,如果是严重故障则DSP/MCU(不响应HCU的指令)直接封锁PWM信号,关闭功率模块,最后置位相应标志位通过CAN总线发给HCU;如果是一般故障,DSP/MCU只置位相应的标志位并发送,然后按照HCU的指令再执行处理。

Claims (2)

1.一种纯电动车用永磁同步电机和控制器***的温度保护方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)通过温度传感器采集纯电动车用永磁同步电机功率模块温度、所述永磁同步电机定子温度、控制器的功率模块散热板温度、控制器的功率模块PCB板温度、控制器的冷却液进出口温度电压信号;
(2)将步骤(1)采集的温度电压信号输入至温度检测电路,通过模拟传输补偿电路消除因传感器引线带来的测量误差,最后通过滤波和放大电路获得适合控制芯片的输入输出端口要求的输入电压信号;
(3)所述各温度电压信号经温度检测电路处理后送给控制芯片DSP或MCU,在控制芯片中进行A/D转换,将转换值进行处理、计算得到纯电动车用永磁同步电机功率模块温度、所述永磁同步电机定子温度、功率模块散热板温度、功率模块PCB板温度和冷却液进出口温度5路温度值;
(4)将所述5路温度值与控制芯片程序中预设的严重温度故障阀值相比较,只要有一路温度值超过该阀值,则控制芯片判定所述永磁同步电机和控制器***发生严重温度故障,电机控制器IPU将当前温度值和相应的故障标志位信号发给整车控制器HCU,同时,电机控制器IPU不执行整车控制器HCU的响应指令,关闭控制器IPU的功率模块,整车控制器HCU在接收到温度值和故障标志位信号并确认后,切断整车动力电源,使整车紧急停车;
(5)如果所述5路温度值只要有1路满足以下条件:即小于控制芯片程序中预设的严重温度故障阀值,但大于一般温度故障阀值,则控制芯片判定为永磁同步电机和控制器***发生一般温度故障, 控制器IPU通过CAN总线将当前温度值和相应的故障标志位信号发给整车控制器HCU,整车控制器HCU在接收到温度值和故障标志位信号并确认后,发送响应的指令,所述控制器IPU接收并执行整车控制器HCU的响应指令,使所述永磁同步电机工作于降功率、转速模式下;
(6)如果所述5路温度值均低于控制芯片程序中预设的一般温度故障阀值,则控制芯片判定为电机和控制器***工作正常,IPU将采样到的当前温度值通过CAN总线报给整车控制器HCU, 整车控制器HCU根据整车的运行工况发出转矩或转速指令,所述控制器IPU接收并执行整车控制器HCU发出的转矩或转速指令。
2.根据权利要求1的纯电动车用永磁同步电机和控制器***的温度保护方法,其特征在于:所述控制芯片可以为数字信号处理器DSP或微控制器单元MCU。
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Application publication date: 20111123

Assignee: CHONGQING CHANGAN NEW ENERGY AUTOMOBILE TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: Chongqing Changan Automobile Co.,Ltd.|CHONGQING CHANG'AN NEW ENERGY AUTOMOBILE Co.,Ltd.

Contract record no.: 2018500000018

Denomination of invention: Temperature control method for permanent magnet synchronous motor and intelligent power unit system of pure electric vehicle

Granted publication date: 20140108

License type: Exclusive License

Record date: 20181121

TR01 Transfer of patent right
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Effective date of registration: 20181228

Address after: 401133 room 208, 2 house, 39 Yonghe Road, Yu Zui Town, Jiangbei District, Chongqing

Patentee after: CHONGQING CHANGAN NEW ENERGY AUTOMOBILE TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: 400023, No. 260, Jianxin East Road, Jiangbei District, Chongqing

Co-patentee before: CHONGQING CHANG'AN NEW ENERGY AUTOMOBILE Co.,Ltd.

Patentee before: Chongqing Changan Automobile Co.,Ltd.

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Patentee after: Deep Blue Automotive Technology Co.,Ltd.

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