CN110949133B - 一种用于电动汽车旋变故障的高速保护方法 - Google Patents

一种用于电动汽车旋变故障的高速保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电动汽车故障保护技术领域,具体涉及一种用于电动汽车旋变故障的高速保护方法。对电机转速信息进行实时存储,当发生旋变故障时,通过已保存的电机转速信息计算t‑a时间点的历史转速,所述t为旋变故障发生的时间点,所述a为设定的一段时间长度;比较所述历史转速与高转速保护阈值,若历史转速小于所述高转速保护阈值,则关闭PWM波;若历史转速不小于所述高转速保护阈值,则进行三相短路保护处理。在电机高速运行时出现旋变故障后,可以有效可靠地保护电机控制***,MCU自身能够准确估算出电机在高速运行下的转速,然后根据当前转速信息,执行相应的保护措施。

Description

一种用于电动汽车旋变故障的高速保护方法
技术领域
本发明涉及电动汽车故障保护技术领域,具体涉及一种用于电动汽车旋变故障的高速保护方法。
背景技术
永磁同步电机鉴于其结构简单、体积小、效率高、功率因数高等优点,广泛地应用于电动汽车的动力***中。在动力***中,电机控制器(MCU)作为控制永磁同步电机运行的关键部件,要想实现高性能且安全可靠的控制***,实时获取准确的电机转速及位置信息是必不可少的环节,旋转变压器(简称旋变)作为一种可靠的检测电机转速及位置信息的传感器,被广泛地用于作为电动汽车永磁同步电机的测速装置。
目前,当MCU检测到电机报旋变故障后,会根据当前电机的实际转速而采取相应的保护措施,具体指:当电机实际转速小于高转速保护阈值(该阈值转速的大小是根据电机的反电动势进行设定的,一般取反电动势等于电池包额定电压时对应的转速)时,MCU直接关闭PWM波,停止对电机进行控制;当电机实际转速大于等于高转速保护阈值时,MCU则执行三相短路保护功能,将电机高转速产生的大反电动势通过电机绕组以发热的形式消耗掉,以防止该大反电动势直接加在MCU上,从而避免了MCU炸机的风险。因此,三相短路保护功能的正确执行对于MCU安全尤为重要。
现有车辆的旋变由于断线、短接等原因出现故障时,会造成MCU无法获取准确的电机转速及位置信息,从而使得MCU不能执行正确的保护措施,如三相短路保护功能的执行和停止均没有依据,而在电机处于高速运行的状态下,保护措施若不得当,MCU会有炸机的风险。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷,提供一种能够获取电机历史转速以及追踪转速,从而正确的执行或停止三相短路保护功能,避免MCU炸机的用于电动汽车旋变故障的高速保护方法。
本发明一种用于电动汽车旋变故障的高速保护方法,其技术方案为:
以每隔10毫秒时间间隔对电机转速信息进行实时存储,当发生旋变故障时,通过已保存的电机转速信息计算t-a时间点的历史转速,所述t为旋变故障发生的时间点,所述a为设定的一段时间长度;
比较所述历史转速与高转速保护阈值
若历史转速小于所述高转速保护阈值,则关闭PWM波;
若历史转速不小于所述高转速保护阈值,则进行三相短路保护处理。
较为优选的,所述历史转速的计算包括:
设定若干个存储单元,将最新采集的电机转速值更新存储至最末的存储单元,并在每次更新数据时将每个存储单元上一次存储的电机转速值向前传递一个存储单元进行存储,其中,第一个存储单元的数据为覆盖式存储;
当发生旋变故障时,取第一个存储单元至第i个存储单元存储的电机转速值的平均值作为所述历史转速值;
所述第i个存储单元存储的电机转速值为t-a时间点的电机转速值。
较为优选的,所述a为50ms。
较为优选的,所述三相短路保护处理包括:
进行三相短路保护t1秒后,根据三相短路保护得到的三相相电流估算电机的当前转速;
将所述当前转速与高转速保护阈值进行比较
若当前转速小于高转速保护阈值,则关闭PWM波;
若当前转速不小于高转速保护阈值,则持续进行三相短路保护,直至当前转速小于高转速保护阈值后,停止三相短路保护,并关闭PWM波。
较为优选的,所述根据三相短路保护得到的三相相电流估算电机的当前转速包括:
利用初始值为0的计数器进行计数,且计数时长为t2
根据公式
Figure BDA0002322471720000041
Pulse_CNT=k×Sum计算电机的当前转速n;
其中,p为电机的极对数,Pulse_CNT为t2时间段内计数个数,Sum为t2时间段内相电流周期的个数,k为计数器在每个相电流周期内计数的个数。
本发明的有益效果为:
1、对电机转速信息进行实时存储,当发生旋变故障时,通过已保存的电机转速信息可以计算出故障时间点前50ms时刻的历史转速,从而可以及时开启保护措施,防止MCU炸机。
2、通过三相短路保护得到的三相相电流估算电机的当前转速,实时比较当前转速与高转速保护阈值,可以及时停止三相短路保护,进一步保护MCU。
3、利用计数器在每个相电流周期内的计数值固定的原理,在一个时间段内利用计数器进行计数,通过计算计数时间段内相电流周期的个数进一步计算出电机的当前转速,计算方式简单,准确性高。
附图说明
图1为本发明一种用于电动汽车旋变故障的高速保护方法的流程示意图;
图2为本发明发生旋变故障时历时转速的的计算方法流程图;
图3为本发明三相短路保护处理电路图;
图4为电机追踪转速的计算方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明,便于清楚地了解本发明,但它们不对本发明构成限定。
如图1所示,本发明一种用于电动汽车旋变故障的高速保护方法流程包括以下步骤:
步骤一:在旋变未发生故障前,旋变采集到的实时电机转速信息是正确的,电机控制器MCU每隔10毫秒便记录一次这些转速信息,并进行保存更新。当发生旋变故障时,由于此后旋变采集的转速不准确,MCU内部便不再更新这些转速信息,而是通过已保存的电机转速信息计算t-a时间点的历史转速,t为旋变故障发生的时间点,a为设定的一段时间长度。较为优选的,历史转速为发生旋变故障的那一刻向后退50毫秒的历史转速。历史转速的计算包括:
设定若干个存储单元,将最新采集的电机转速值更新存储至最末的存储单元,并在每次更新数据时将每个存储单元上一次存储的电机转速值向前传递一个存储单元进行存储,其中,第一个存储单元的数据为覆盖式存储(即就得数据被新的数据覆盖);
当发生旋变故障时,取第一个存储单元至第i个存储单元存储的电机转速值的平均值作为历史转速值,其中,第i个存储单元存储的电机转速值为t-a时间点的电机转速值。
实施例一
如图2所示,以10个存储单元,每隔10毫秒进行一次存储为例,计算发生旋变故障的那一刻向后退50毫秒时间点对应的历时转速。
定义一个长度为10个数组元素的连续存储单元(即存储单元0到存储单元9),用来存放未报旋变故障前的电机转速。然后,获取各存储单元的值,具体过程:将存储单元9一直用来存放当前旋变采集到的电机转速值,每隔10ms将当前各存储单元存储的数据往上一个存储单元进行传递,即将存储单元9存储的数据传递给存储单元8、存储单元8存储的数据传递给存储单元7、存储单元7存储的数据传递给存储单元6,以此类推,直至存储单元1存储的数据传递给存储单元0。如此反复循环,这样存储单元4存放的值便是在当前旋变采集到的电机转速值的基础上向后退50毫秒的值。最后,当发生旋变故障时,将存储单元0到存储单元4存储的值求和后再取平均值,该平均值便是发生旋变故障的那一刻向后退50毫秒的历史转速。
步骤二:比较历史转速与高转速保护阈值,若历史转速小于所述高转速保护阈值,则关闭PWM波;若历史转速不小于所述高转速保护阈值,则进行三相短路保护处理,三相短路保护处理持续时间为t1秒,本实施例为1秒。
三相短路保护处理的原理:通过将MCU的三相上桥臂同时导通,且三相下桥臂同时关断,使得电机的三相U、V、W与对应的MCU三相A、B、C两两之间形成导通的回路,电机在高转速下产生的正弦波大反电动势便加在电机的电阻与电感上,从而形成三相正弦的相电流,且相电流的波形两两之间互差120°。这样大反电动势则通过电机的电阻与电感以热能的方式消耗掉了,起到保护MCU的作用。
如图3所示,图中A、B、C是MCU的三相输出端子,U、V、W是电机的三相接线端子,R1、R2、R3为电机的相电阻,L1、L2、L3是电机的相电感,且有R1=R2=R3=R,L1=L2=L3=L。
步骤三:由三相短路保护处理得到的三相相电流,经过1秒的持续时间后已处于稳定的正弦波状态,此时以三相正弦波电流为载体,通过相应的算法可以估算出当前的电机转速,定义为追踪转速。其计算过程如下:
利用初始值为0的计数器进行计数,且计数时长为t2
根据公式
Figure BDA0002322471720000071
Pulse_CNT=k×Sum计算电机的当前转速n;
其中,p为电机的极对数,Pulse_CNT为t2时间段内计数个数,Sum为t2时间段内相电流周期的个数,k为计数器在每个相电流周期内计数的个数。
实施例二
本实施例以k为6,t2为100毫秒为例计算追踪转速。其计算过程如下:
1)电机的同步转速计算公式为:
Figure BDA0002322471720000081
式中,n代表电机的转速,单位为rpm(转每分钟);f代表电机的电频率,单位为Hz(赫兹);p代表电机的极对数。
由公式(1)可得电机相电流的周期T,如公式(2):
Figure BDA0002322471720000082
式中,T代表电机相电流的周期,单位为S(秒)。
2)定义一个初值为0的变量Pulse_CNT用来计数,该变量每隔1个相电流周期计数6次,即Pulse_CNT=Pulse_CNT+6;当完成100毫秒的计数时间后,读取总的计数值Pulse_CNT。
由此,可以得到以下关系式:
Figure BDA0002322471720000083
式中,Sum代表100毫秒内相电流周期的个数。
由公式(3)可得总的计数值Pulse_CNT,如公式(4)
Figure BDA0002322471720000084
因此,由公式(4)可得电机转速n的估算值,如公式(5)
Figure BDA0002322471720000085
该估算得到的电机转速即追踪转速。
步骤四:将当前转速与高转速保护阈值进行比较,若当前转速小于高转速保护阈值,则关闭PWM波;若当前转速不小于高转速保护阈值,则持续进行三相短路保护,直至当前转速小于高转速保护阈值后,停止三相短路保护,并关闭PWM波。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种用于电动汽车旋变故障的高速保护方法,其特征在于:
对电机转速信息进行实时存储,当发生旋变故障时,通过已保存的电机转速信息计算t-a时间点的历史转速,所述t为旋变故障发生的时间点,所述a为设定的一段时间长度;
比较所述历史转速与高转速保护阈值
若历史转速小于所述高转速保护阈值,则关闭PWM波;
若历史转速不小于所述高转速保护阈值,则进行三相短路保护处理;
所述三相短路保护处理包括:
进行三相短路保护t1秒后,根据三相短路保护得到的三相相电流估算电机的当前转速;
将所述当前转速与高转速保护阈值进行比较
若当前转速小于高转速保护阈值,则关闭PWM波;
若当前转速不小于高转速保护阈值,则持续进行三相短路保护,直至当前转速小于高转速保护阈值后,停止三相短路保护,并关闭PWM波。
2.根据权利要求1所述的用于电动汽车旋变故障的高速保护方法,其特征在于,所述历史转速的计算包括:
设定若干个存储单元,将最新采集的电机转速值更新存储至最末的存储单元,并在每次更新数据时将每个存储单元上一次存储的电机转速值向前传递一个存储单元进行存储,其中,第一个存储单元的数据为覆盖式存储;
当发生旋变故障时,取第一个存储单元至第i个存储单元存储的电机转速值的平均值作为所述历史转速值;
所述第i个存储单元存储的电机转速值为t-a时间点的电机转速值。
3.根据权利要求1所述的用于电动汽车旋变故障的高速保护方法,其特征在于,所述a为50ms。
4.根据权利要求1所述的用于电动汽车旋变故障的高速保护方法,其特征在于,所述根据三相短路保护得到的三相相电流估算电机的当前转速包括:
利用初始值为0的计数器进行计数,且计数时长为t2
根据公式
Figure FDA0002943983700000021
Pulse_CNT=k×Sum, 计算电机的当前转速n;
其中,p为电机的极对数,Pulse_CNT为t2时间段内计数个数,Sum为t2时间段内相电流周期的个数,k为计数器在每个相电流周期内计数的个数。
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