CN111064418B - 基于电流检测的电动汽车电机控制方法及*** - Google Patents

基于电流检测的电动汽车电机控制方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及永磁同步电机技术，提供了一种基于电流检测的电动汽车电机控制方法及***。该方法利用转速传感器实时获取电动汽车电机的当前转速，根据用户输入的给定转矩命令和所述电机的当前转速，查找预先配置的映射关系表获取给定转矩命令对应的第一电流值，利用霍尔电流传感器获取电机的当前三相电流瞬时值，计算第一电流值与当前三相电流瞬时值的差值，判断差值是否大于第一预设阈值，当差值大于或等于第一预设阈值时，发出第一预警信息并对电机执行限功率操作。本发明可以提高故障电流的检测效率，实现对电机的安全控制。

Description

基于电流检测的电动汽车电机控制方法及***
技术领域
本发明涉及永磁同步电机技术领域，尤其涉及一种基于电流检测的电动汽车电机控制方法及***。
背景技术
纯电动汽车上动力***为电机驱动，电机控制器通过逆变将直流电转换为正弦交流电从而驱动永磁同步电机运行，为车辆提供动力。电机控制器的功率模块选用IGBT，由于整车成本考虑，功率IGBT很难选用高规格大电流模块，所以基本参照电机峰值电流大小来选择功率模块，这就要求控制器需要做到电流输出故障时能及时检测到，并关闭IGBT功率模块的输出，防止功率模块输出电流过大导致功率模块PN结温度过高而损坏。
目前市面上控制器上通过在U相和W相输出上加装电流霍尔传感器来采集功率模块输出电流大小，再通过计算合成V相电流采样信号，这种方案在一般发生相间短路时，可以起到检测电流过大而马上触发硬件过流保护。但是这种保护由于硬件电路决定了发生故障到保护会有微秒级的滞后时间，这在极限工况下还是会存在过流保护不及时而导致IGBT功率模块损坏。当电机某一相的定子线圈内部短路时，此时控制器采集到的三相电流输出仍在过流点以内，所以不会做出保护处理，但是此时该相已经出现故障，且输出电流已经异常偏大，这对于IGBT功率模块上的PN结温度已经比其它相的高，所能承受过电流能力会大打折扣，如果电机内部定子线圈损坏程度加大，出现相间短路，那么此时仅仅通过硬件过流保护已经滞后了，功率模块很大概率已经损坏了。
因此，如何高效地检测故障电流并对电机执行相应的控制，已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于以上内容，本发明提供一种基于电流检测的电动汽车电机控制方法及方法，其目的在于解决现有技术中因硬件电路检测故障存在滞后时间，导致对电机功率模块保护不及时的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种基于电流检测的电动汽车电机控制方法，该方法包括：
利用转速传感器实时获取电动汽车电机的当前转速；
根据用户输入的给定转矩命令和所述电机的当前转速，查找预先配置的映射关系表获取所述给定转矩命令对应的第一电流值；
利用霍尔电流传感器获取所述电机的当前三相电流瞬时值；
计算所述第一电流值与所述当前三相电流瞬时值的差值，判断所述差值是否大于第一预设阈值，当所述差值大于或等于第一预设阈值时，发出第一预警信息并对所述电机执行限功率操作。
优选的，所述方法还包括：
当所述差值小于所述第一预设阈值时，根据所述第一电流值对所述电机执行响应操作。
优选的，所述方法还包括：
当对所述电机执行限功率操作后，基于预设的计算规则计算得到执行限功率操作后的给定转矩命令对应的第二电流值，判断所述第二电流值是否大于或等于第二预设阈值，当所述第二电流值大于或等于所述第二预设阈值时，对所述电机执行停机处理并发出第二预警信息，若否，则基于所述第二电流值对所述电机执行响应操作。
优选的，所述预设的计算规则包括：
Figure 789673DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，
Figure 972393DEST_PATH_IMAGE002
表示所述第二电流值，
Figure 548868DEST_PATH_IMAGE003
表示所述第一电流值，
Figure 475235DEST_PATH_IMAGE004
表示所述当前三 相电流瞬时值。
为实现上述目的，本发明还提供一种基于电流检测的电动汽车电机控制***，所述***还包括：
第一获取单元：利用转速传感器实时获取电动汽车电机的当前转速；
查找单元：根据用户输入的给定转矩命令和所述电机的当前转速，查找预先配置的映射关系表获取所述给定转矩命令对应的第一电流值；
第二获取单元：利用霍尔电流传感器获取所述电机的当前三相电流瞬时值；
第一控制单元：计算所述第一电流值与所述当前三相电流瞬时值的差值，判断所述差值是否大于第一预设阈值，当所述差值大于或等于第一预设阈值时，发出第一预警信息并对所述电机执行限功率操作。
优选的，所述***还包括：
第二控制单元：当所述差值小于所述第一预设阈值时，根据所述第一电流值对所述电机执行响应操作。
优选的，所述***还包括：
第三控制单元：当对所述电机执行限功率操作后，基于预设的计算规则计算得到执行限功率操作后的给定转矩命令对应的第二电流值，判断所述第二电流值是否大于或等于第二预设阈值，当所述第二电流值大于或等于所述第二预设阈值时，对所述电机执行停机处理并发出第二预警信息，若否，则基于所述第二电流值对所述电机执行响应操作。
优选的，所述预设的计算规则包括：
Figure 555187DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，
Figure 174387DEST_PATH_IMAGE002
表示所述第二电流值，
Figure 972579DEST_PATH_IMAGE003
表示所述第一电流值，
Figure 204102DEST_PATH_IMAGE005
表示所述当前三 相电流瞬时值。
本发明提出的基于电流检测的电动汽车电机控制方法及***，利用响应转矩命令驱动电机输出转矩的控制方法特点，通过实时获取电机三相输出瞬时电流大小与给定转矩电流的大小，比较给定转矩电流与输出三相电流的大小，判断输出三相电流是否存在异常，当某一相电流出现不平衡异常时，及时上报反馈故障进行降功率保护，当故障继续加剧时，对给定转矩电流清零并进行停机处理，基于控制侧方向来解决控制器输出电流异常保护时时间滞后的问题，与传统过流保护方法不同，本方法只需从控制器控制端实现，不用对原有硬件功率模块做改动，提高了故障检测效率，实现了对电机的安全控制。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于电流检测的电动汽车电机控制方法的流程图；
图2为本发明提供的一种基于电流检测的电动汽车电机控制***结构的示意图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明基于电流检测的电动汽车电机控制方法较佳实施例的流程图。如图1所示的基于电流检测的电动汽车电机控制方法，应用于永磁同步电机和旋转变压器，该方法包括：
S10：利用转速传感器实时获取电动汽车电机的当前转速；
在本实施例中，当驾驶员踩油门时，利用转速传感器实时获取电动汽车电机的当前转速，转速传感器的核心部件是采用磁敏电阻作为检测的元件，再经过全新的信号处理电路令噪声降低，功能更完善，通过与其它类型齿转速传感器的输出波形对比，所测到转速的误差极小以及线性特性具有很好的一致性，感应对象为磁性材料或导磁材料，如磁钢、铁和电工钢等。当被测体上带有凸起（或凹陷）的磁性或导磁材料，随着被测物体转动时，传感器输出与旋转频率相关的脉冲信号，达到测速或位移检测的发讯目的。常用的轮速传感器主要有光电式转速传感器、变磁阻式转速传感器、电容式轮速传感器、霍尔转速传感器。
S20：根据用户输入的给定转矩命令和所述电机的当前转速，查找预先配置的映射关系表获取所述给定转矩命令对应的第一电流值；
在本实施例中，根据用户输入的给定转矩命令和电机的当前转速，查找预先配置的映射关系表获取给定转矩命令对应的第一电流值，其中，映射关系表是提前在电机实验对拖台架上标定完成的不同电机转速下电机转矩与该电机转矩的电流映射表，映射表可以通过二维表的格式导入电机控制器的存储单元中。
S30：利用霍尔电流传感器获取所述电机的当前三相电流瞬时值；
在本实施例中，当驾驶员踩油门时，除了利用转速传感器实时获取电动汽车电机的当前转速，也利用霍尔电流传感器获取所述电机的当前三相电流瞬时值。霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理，根据霍尔效应原理从霍尔元件的控制电流端通入电流Ic，并在霍尔元件平面的法线方向上施加磁感应强度为B的磁场，在垂直于电流和磁场方向(即霍尔输出端之间)，将产生一个电势VH，称其为霍尔电势，其大小正比于控制电流I与磁感应强度B的乘积。霍尔系数由霍尔元件的材料决定，I为控制电流，B为磁感应强度，VH为霍尔电势。
S40：计算所述第一电流值与所述当前三相电流瞬时值的差值，判断所述差值是否大于第一预设阈值，当所述差值大于或等于第一预设阈值时，发出第一预警信息并对所述电机执行限功率操作。
在本实施例中，计算给定转矩命令对应的第一电流值与当前三相电流瞬时值的差值，将计算得到的差值与第一预设阈值进行判断比较，当该差值大于或等于第一预设阈值时，发出第一预警信息（例如，输出电流异常等信息），并对电动汽车的电机执行限功率操作。其中，第一预设阈值可以为所述第一电流值的15%。
进一步地，当所述差值小于所述第一预设阈值时，根据所述第一电流值对所述电机执行响应操作。计算得到的差值小于第一预设阈值时，说明输出电流正常，没有故障情况，此时可以根据该电流对电机执行响应操作。
在一个实施例中，该方法还包括：当对所述电机执行限功率操作后，基于预设的计算规则计算得到执行限功率操作后的给定转矩命令对应的第二电流值，判断所述第二电流值是否大于或等于第二预设阈值，当所述第二电流值大于或等于所述第二预设阈值时，对所述电机执行停机处理并发出第二预警信息（例如，输出电流故障严重等），若否，则基于所述第二电流值对所述电机执行响应操作。
其中，预设的计算规则包括：
Figure 138560DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，
Figure 928661DEST_PATH_IMAGE002
表示所述第二电流值，
Figure 214149DEST_PATH_IMAGE003
表示所述第一电流值，
Figure 279057DEST_PATH_IMAGE005
表示所述当前三 相电流瞬时值。
该方法利用响应转矩命令驱动电机输出转矩的控制方法特点，通过实时获取电机三相输出瞬时电流大小与给定转矩电流的大小，比较给定转矩电流与输出三相电流的大小，判断输出三相电流是否存在异常，当某一相电流出现不平衡异常时，及时上报反馈故障进行降功率保护，当故障继续加剧时，对给定转矩电流清零并进行停机处理。基于控制侧方向来解决控制器输出电流异常保护时时间滞后的问题，与传统过流保护方法不同，本方法只需从控制器控制端实现，不用对原有硬件功率模块做改动，提高了故障检测效率，实现了对电机的安全控制。
图2为本发明提供的一种基于电流检测的电动汽车电机控制***结构的示意图。基于电流检测的电动汽车电机控制***包括：
第一获取单元：利用转速传感器实时获取电动汽车电机的当前转速；
查找单元：根据用户输入的给定转矩命令和所述电机的当前转速，查找预先配置的映射关系表获取所述给定转矩命令对应的第一电流值；
第二获取单元：利用霍尔电流传感器获取所述电机的当前三相电流瞬时值；
第一控制单元：计算所述第一电流值与所述当前三相电流瞬时值的差值，判断所述差值是否大于第一预设阈值，当所述差值大于或等于第一预设阈值时，发出第一预警信息并对所述电机执行限功率操作。
在一个实施例中，基于电流检测的电动汽车电机控制***还包括：
第二控制单元：当所述差值小于所述第一预设阈值时，根据所述第一电流值对所述电机执行响应操作。
在一个实施例中，基于电流检测的电动汽车电机控制***还包括：
第三控制单元：当对所述电机执行限功率操作后，基于预设的计算规则计算得到执行限功率操作后的给定转矩命令对应的第二电流值，判断所述第二电流值是否大于或等于第二预设阈值，当所述第二电流值大于或等于所述第二预设阈值时，对所述电机执行停机处理并发出第二预警信息，若否，则基于所述第二电流值对所述电机执行响应操作。
在一个实施例中，预设的计算规则包括：
Figure 428541DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，
Figure 983019DEST_PATH_IMAGE002
表示所述第二电流值，
Figure 490224DEST_PATH_IMAGE003
表示所述第一电流值，
Figure 562085DEST_PATH_IMAGE006
表示所述当前三 相电流瞬时值。
本发明之基于电流检测的电动汽车电机控制***的具体实施方式与上述基于电流检测的电动汽车电机控制方法的具体实施方式大致相同，在此不再赘述。
需要说明的是，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。并且本文中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于电流检测的电动汽车电机控制方法，应用于基于电流检测的电动汽车电机控制***，其特征在于，所述方法包括：
利用转速传感器实时获取电动汽车电机的当前转速；
根据用户输入的给定转矩命令和所述电机的当前转速，查找预先配置的映射关系表获取所述给定转矩命令对应的第一电流值；
利用霍尔电流传感器获取所述电机的当前三相电流瞬时值；
计算所述第一电流值与所述当前三相电流瞬时值的差值，判断所述差值是否大于第一预设阈值，当所述差值大于或等于第一预设阈值时，发出第一预警信息并对所述电机执行限功率操作，当所述差值小于所述第一预设阈值时，根据所述第一电流值对所述电机执行响应操作，当对所述电机执行限功率操作后，基于预设的计算规则计算得到执行限功率操作后的给定转矩命令对应的第二电流值，判断所述第二电流值是否大于或等于第二预设阈值，当所述第二电流值大于或等于所述第二预设阈值时，对所述电机执行停机处理并发出第二预警信息，若否，则基于所述第二电流值对所述电机执行响应操作，所述预设的计算规则包括：
Figure 651398DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 215235DEST_PATH_IMAGE002
表示所述第二电流值，
Figure 8879DEST_PATH_IMAGE003
表示所述第一电流值，
Figure 909838DEST_PATH_IMAGE004
表示所述当前三相电 流瞬时值。
2.一种基于电流检测的电动汽车电机控制***，其特征在于，所述***包括：
第一获取单元：利用转速传感器实时获取电动汽车电机的当前转速；
查找单元：根据用户输入的给定转矩命令和所述电机的当前转速，查找预先配置的映射关系表获取所述给定转矩命令对应的第一电流值；
第二获取单元：利用霍尔电流传感器获取所述电机的当前三相电流瞬时值；
第一控制单元：计算所述第一电流值与所述当前三相电流瞬时值的差值，判断所述差值是否大于第一预设阈值，当所述差值大于或等于第一预设阈值时，发出第一预警信息并对所述电机执行限功率操作；
第二控制单元：当所述差值小于所述第一预设阈值时，根据所述第一电流值对所述电机执行响应操作；
第三控制单元：当对所述电机执行限功率操作后，基于预设的计算规则计算得到执行限功率操作后的给定转矩命令对应的第二电流值，判断所述第二电流值是否大于或等于第二预设阈值，当所述第二电流值大于或等于所述第二预设阈值时，对所述电机执行停机处理并发出第二预警信息，若否，则基于所述第二电流值对所述电机执行响应操作，所述预设的计算规则包括：
Figure 941379DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 269593DEST_PATH_IMAGE002
表示所述第二电流值，
Figure 789348DEST_PATH_IMAGE003
表示所述第一电流值，
Figure 493999DEST_PATH_IMAGE004
表示所述当前三相电 流瞬时值。
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