CN111030557A - 电机堵转保护***、方法及电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机堵转保护***、方法及电机,电机包括***,方法包括如下步骤:判断电机进入堵转工况;当功率器件的温度<C1,则持续峰值扭矩继续堵转,并设定C1下持续堵转的第一安全时间D1,当持续堵转时间超过D1,则触发一级过温故障,将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出;当功率器件的温度≥C1,降低载波频率至B,并持续所述峰值扭矩。本发明通过对电机堵转工况进行准确识别,基于不同的堵转扭矩,对功率器件温度、功率器件开关载波频率、功率器件堵转限定时间进行实时监控和动态调节,既可靠的保护了功率器件不会过温击穿,也提高了驱动电机***堵转的持续扭矩值和持续时间,为整车提供了充足的动力,提高整车驾乘舒适性和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于汽车技术领域,特别涉及一种电机堵转保护***、方法及电机。
背景技术
新能源汽车蓬勃发展,国内大部分新能源汽车都以动力电池作为动力源,搭载了永磁同步电机***作为动力驱动机构。永磁同步电机***工作时,电机控制器中的功率器件IGBT会流过较大的电流。在汽车行驶中,经常会遇到车轮堵转工况,此时,电机控制器中的UVW的某一相IGBT的上桥臂和另一相IGBT的下桥臂中会持续流过较大的电流,如驱动***没有可靠的堵转保护策略,可能会导致IGBT因大电流而过热烧蚀损坏,导致动力***无法行驶,引发顾客抱怨并带来巨大的财产损失。对此,对永磁同步电机***的堵转保护,显得尤为重要。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题,本发明提供一种电机堵转保护***、方法及电机。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种电机堵转保护***,用于电机,包括:
判断单元,用于判断电机是否发生堵转;
功率器件测温单元,用于测量功率器件的温度;
时间计算单元,与所述功率器件测温单元信号连接,以计算功率器件的温度范围持续时间;
载波频率调节单元,与所述功率器件测温单元信号连接,用于根据功率器件的温度调节载波频率;
一级过温故障单元,与功率器件测温单元、时间计算单元和载波频率调节单元分别信号连接。
作为优选,还包括二级过温故障单元,与所述功率器件温度单元信号连接。
电机堵转保护方法,设定参数:电机的峰值扭矩为A1,峰值扭矩持续运行的最低载波频率为B,功率器件温度的第一安全值C1、第二安全值C2、第三安全值C3,且C1对应一级过温故障,一级过温故障对应的电机扭矩为A2,二级过温故障对应的电机扭矩为0;
电机堵转保护方法包括如下步骤:
判断电机进入堵转工况;
当功率器件的温度<C1,则持续峰值扭矩继续堵转,并设定C1下持续堵转的第一安全时间D1,当持续堵转时间超过D1,则触发一级过温故障,将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出;
当功率器件的温度≥C1,降低载波频率至B,并持续所述峰值扭矩。
作为优选,当功率器件的温度≥C1,设定持续堵转的第二安全时间D2,当持续所述峰值扭矩的堵转时间超过D2,或在D2内功率器件的温度继续上升,则触发一级过温故障,将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出。
作为优选,当功率器件的温度≥C2,则触发一级过温故障,将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出。
作为优选,当功率器件的温度≥C3,则触发二级过温故障,并零扭矩输出,维持待机模式。
作为优选,当C2≤功率器件的温<C3时,则维持一级过温故障,将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出。
作为优选,由所述峰值扭矩降扭到A2,或升扭恢复到峰值扭矩时,对转速进行滤波处理。
一种电机,包括电机本体和电机控制器,还包括如上所述的电机堵转保护***,所述电机堵转保护***用于控制所述电机控制器中的功率器件的电流。
与现有技术相比,本发明所具有的有益效果是:本发明通过不仅对永磁同步电机堵转工况进行准确识别,而且基于不同的堵转扭矩,对IGBT温度、IGBT开关载波频率、IGBT堵转限定时间进行实时监控和动态调节,既可靠的保护了IGBT不会过温击穿,也提高了驱动电机***堵转的持续扭矩值和持续时间,为整车提供了充足的动力,提高整车驾乘舒适性和可靠性。
附图说明
图1为本发明中的电机堵转保护***的方框结构示意图;
图2为本发明中的电机堵转保护方法的其中一个实施例的流程图;
图3为本发明中的电机堵转保护方法的另外的实施例的流程意图;
图4为本发明中的电机堵转保护方法的实施例的控制效果图;
图5为本发明中的电机的实施例的方框图。
图中:1-判断单元;2-功率器件测温单元;3-时间计算单元;4-载波频率调节单元;5-一级过温故障单元;6-一级过温故障单元;10-电机。
具体实施方式
使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
实施例1:
如图1至所示,本发明的实施例公开了一种电机堵转保护***,用于永磁同步驱动电机,常见的永磁同步电机的堵转保护策略多以IGBT模块节温估算温度(以下简称IGBT温度)作为单一控制量,不对堵转工况加以准确识别,永磁同步电机***在以较大扭矩持续堵转输出时,IGBT中持续流过较大电流,导致IGBT温度上升很快,会引起***频繁触发过温故障,进而大幅降低扭矩输出,引起整车动力不足,驾乘体验较差。
这里的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 适合应用于直流电压为300V及以上的变流***如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
有鉴于此,本实施例提供了一种电机堵转保护***,用于电机,包括:判断单元、功率器件测温单元、时间计算单元、载波频率调节单元和一级过温故障单元。
其中,预先设定一级过温障碍,一级过温故障对应的电机扭矩A2的值为峰值扭矩的45%,设定二级过温故障。
判断单元用于判断电机是否发生堵转。
功率器件测温单元用于测量功率器件的温度,并将测得的温度与预设温度进行比较,例如,可将功率器件的温度设定为第一安全值C1为120℃,第二安全值150℃、第三安全值160℃,测得的温度值将与C1、C2和C3进行比较。
时间计算单元与功率器件测温单元信号连接,以计算功率器件的温度范围持续时间。例如,低于C1的温度的持续时间,测得的功率器件的温度在C1和C2之间的持续时间,测得的功率器件的温度在C2和C3之间的持续时间,以及测得的功率器件的温度大于C3的持续时间。
载波频率调节单元,与功率器件测温单元信号连接,用于根据功率器件的温度调节载波频率。例如,当测得的功率器件的温度大于C1,可降低载波频率至一定数值,例如最低载频2k。
一级过温故障单元,与功率器件测温单元、时间计算单元和载波频率调节单元分别信号连接,以在不同的条件下被触发,使峰值扭矩降扭为A2,维持输出。
实施例2:
保护***还包括二级过温故障单元,与功率器件温度单元信号连接,用于测得的功率器件的温度在一定范围内时,使峰值扭矩降扭为零。
实施例3:
如图2和图3所示,本实施例提供了一种电机堵转保护方法,利用电机堵转保护***,先设定如下参数:电机的峰值扭矩为A1,峰值扭矩持续运行的最低载波频率为B,功率器件温度的第一安全值C1为120℃、第二安全值150℃、第三安全值160℃,且C1对应一级过温故障,一级过温故障对应的电机扭矩为A2(峰值扭矩的45%),二级过温故障。
如图2所示,电机堵转保护方法包括如下步骤:
判断电机进入堵转工况。实时采集电机转速的大小,当转速信号持续两个报文周期,<50rpm时,判定为进入了堵转工况。
其中,50rpm和报文周期均为可变标定量,可根据实车情况,进行调整。且需对转速阈值50rpm做滞环判断,防止降扭过程中转速波动,误触发或误退出堵转保护策略。
当判定进入堵转工况后,执行堵转保护方法。根据扭矩大小调节IGBT载波频率的大小(载频的大小亦需要根据不同型号的IGBT进行台架极端工况测试而确定),持续响应堵转扭矩。持续响应堵转扭矩,IGBT温度会快速上升。当功率器件的温度<C1,则持续峰值扭矩继续堵转,并设定C1下持续堵转的第一安全时间D1,当持续堵转时间超过D1,则触发一级过温故障,将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出。
其中,预设值120℃、子模块中的限定时间(判断IGBT在120℃下,持续堵转的时间,如持续时间超过了限定时间(子模块B))D1、最低载频2k为可变参数,需根据不同型号的IGBT匹配不同的永磁同步电机进行台架极端工况测试而确定。
当功率器件的温度≥C1,降低载波频率至B,并持续峰值扭矩。
实施例4:
电机堵转保护方法,当功率器件的温度≥C1,设定持续堵转的第二安全时间D2,当持续峰值扭矩的堵转时间超过D2(30s),或在D2内功率器件的温度继续上升,则触发一级过温故障,将峰值扭矩降扭为A2,维持输出。其中,预设值120℃、150℃、限定时间30s、最低载频2k、扭矩到45%的扭矩上限,均为可变参数,需根据不同型号的IGBT匹配不同的永磁同步电机进行台架极端工况测试而确定。
实施例5:
电机堵转保护方法,当功率器件的温度≥C2,则触发一级过温故障,将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出。其中,预设值120℃、150℃、限定时间30s、最低载频2k、扭矩到45%的扭矩上限,均为可变参数,需根据不同型号的IGBT匹配不同的永磁同步电机进行台架极端工况测试而确定。
实施例6:
电机堵转保护方法,当功率器件的温度≥C3,则触发二级过温故障,并零扭矩输出,维持待机模式。只有当重新进行上电循环,重启MCU,清除故障,驱动电机***才能恢复正常响应扭矩请求。
实施例7:
电机堵转保护方法,当C2≤功率器件的温<C3时,则维持一级过温故障,将峰值扭矩降扭为A2,维持输出。当堵转工况继续持续,例如,150℃≤IGBT的温度<160℃时,则维持一级故障,降扭持续输出。而当120℃≤IGBT的温度<150℃时,则跳入实施例4的环节。而当IGBT温度<120℃时,则跳入实施例3的环节。
实施例8:
由所峰值扭矩降扭到A2,或升扭恢复到峰值扭矩时,对转速进行滤波处理。
由上一时刻扭矩降扭到45%峰值扭矩,或升扭恢复响应原扭矩时,整车可能会发生转速波动,此时需对转速进行500ms滤波处理。以免此时误退出堵转保护流程。其中,预设值120℃、150℃、160℃、最低载频2k、扭矩到45%的扭矩上限,均为可变参数,需根据不同型号的IGBT匹配不同的永磁同步电机进行台架极端工况测试而确定。另外,除触发二级过温故障的情况外,任一环节,如不满足堵转判断条件,则直接退出堵转保护流程,恢复正常响应扭矩请求。
本发明新型堵转保护方法,不仅对永磁同步电机堵转工况进行准确识别,而且基于不同的堵转扭矩,对IGBT温度、IGBT开关载波频率、IGBT堵转限定时间进行实时监控和动态调节,既可靠的保护了IGBT不会过温击穿,也提高了驱动电机***堵转的持续扭矩值和持续时间,为整车提供了充足的动力,提高整车驾乘舒适性和可靠性。
实施例9:
如图5所示,本实施例提供了一种电机,包括电机本体和电机控制器,还包括电机堵转保护***,电机堵转保护***用于控制电机控制器中的功率器件的电流电机堵转保护***。
实施本发明的电机堵转保护***和保护方法的电机,通过对某纯电动轻客车型(搭载永磁同步电机)持续堵转工况的测试,结果显示如图4所示。
该***在倒车挡R挡堵转工况时(倒车时需克服坡道阻力,需求扭矩较大,堵转工况更恶劣),通过对需求扭矩大小的分析,主动采取降低MCU载波频率为2k的保护策略,使整车在堵转工况下的堵转持续能力显著提高:现有厂家的堵转保护策略仅能维持1-3s的峰值扭矩堵转,而本***可实现25s的峰值扭矩堵转持续输出能力。
其中,该永磁同步驱动电机***参数及设定值如下:
电机***峰值扭矩是780Nm
电机***峰值扭矩持续运行,最低载波频率为2k。
电机***1级过温故障阈值:IGBT温度≥150℃
电机***1级故障可持续扭矩上限是480Nm
综上,本发明提出的新型新能源汽车永磁同步电机***堵转保护的方法,通过对不同堵转扭矩对应的载波频率、堵转持续限定时间、以及IGBT温度进行实时监控和动态调节,可显著提高永磁同步驱动电机***持续堵转的能力,提高了整车的动力性。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例,不用于限制本发明,本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内,对本发明做出各种修改或等同替换,这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种电机堵转保护***,用于电机,其特征在于,包括:
判断单元,用于判断电机是否发生堵转;
功率器件测温单元,用于测量功率器件的温度;
时间计算单元,与所述功率器件测温单元信号连接,以计算功率器件的温度范围持续时间;
载波频率调节单元,与所述功率器件测温单元信号连接,用于根据功率器件的温度调节载波频率;
一级过温故障单元,与功率器件测温单元、时间计算单元和载波频率调节单元分别信号连接。
2.根据权利要求1所述的电机堵转保护***,其特征在于,还包括二级过温故障单元,与所述功率器件温度单元信号连接。
3.根据权利要求1所述的电机堵转保护方法,其特征在于,设定参数:电机的峰值扭矩为A1,峰值扭矩持续运行的最低载波频率为B,功率器件温度的第一安全值C1、第二安全值C2、第三安全值C3,且C1对应一级过温故障,一级过温故障对应的电机扭矩为A2,二级过温故障对应的电机扭矩为0;
电机堵转保护方法包括如下步骤:
判断电机进入堵转工况;
当功率器件的温度<C1,则持续峰值扭矩继续堵转,并设定C1下持续堵转的第一安全时间D1,当持续堵转时间超过D1,则触发一级过温故障,将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出;
当功率器件的温度≥C1,降低载波频率至B,并持续所述峰值扭矩。
4.根据权利要求3所述的电机堵转保护方法,其特征在于,当功率器件的温度≥C1,设定持续堵转的第二安全时间D2,当持续所述峰值扭矩的堵转时间超过D2,或在D2内功率器件的温度继续上升,则触发一级过温故障,将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出。
5.根据权利要求3所述的电机堵转保护方法,其特征在于,当功率器件的温度≥C2,则触发一级过温故障,将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出。
6.根据权利要求3所述的电机堵转保护方法,其特征在于,当功率器件的温度≥C3,则触发二级过温故障,并零扭矩输出,维持待机模式。
7.根据权利要求3所述的电机堵转保护方法,其特征在于,当C2≤功率器件的温<C3时,则维持一级过温故障,将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出。
8.根据权利要求3所述的电机堵转保护方法,其特征在于,由所述峰值扭矩降扭到A2,或升扭恢复到峰值扭矩时,对转速进行滤波处理。
9.一种电机,包括电机本体和电机控制器,其特征在于,还包括如权利要求1或2所述的电机堵转保护***,所述电机堵转保护***用于控制所述电机控制器中的功率器件的电流。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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