CN114362632B - 主动放电控制方法及控制*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种主动放电控制方法及控制***，涉及汽车电子技术领域，应用于多相电机的单相开路电路下，包括：控制单元检测到紧急下电信号；采用电流传感器采集多相电机输出的实时电流，其中，所述实时电流为所述多相电机处于非开路的两相下任一相电流；根据所述实时电流计算与所述实时电流匹配的正负高频电流驱动信号，所述正负高频电流驱动信号用于产生正负高频电流；所述正负高频电流设置为，输入至所述多相电机后产生绕组损耗，并输出等效零力矩；所述控制单元控制释放所述正负高频电流，以通过逆变器输出至所述多相电机进行放电，用于解决电机单相开路时无法实现主动放电的问题。

Description

主动放电控制方法及控制***

技术领域

本发明涉及汽车电子技术领域，尤其涉及一种主动放电控制方法及控制***。

背景技术

新能源汽车在高压环境下工作，伴随着新能源汽车的快速发展，人们对新能源汽车 的高压安全越来越重视，新能源汽车电驱动***的高压安全要求也越来越高。在车辆运行停车下电后，控制单元内部带有高电压，故需具备电机***主动放电安全策略。

现有一般采取硬件放电和电机绕组放电两种放电方式，其中，硬件放电大多采用功 率泄放电阻，泄放的策略为整车控制器请求控制单元执行主动放电，控制单元确认主正接触器和主负接触器都断开，就开始执行主动放电；主动放电则是采用多相电机的绕组 来进行能量消耗。但是当多相电机在单相开路时，剩余的两组绕组仅能产生固定方向的电流矢量，因此当整车运行过程中电机单相开路时无法使用常规的三相控制***控制策 略实现主动放电功能，此时安全风险较大，且会对电机造成较大的损害。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种主动放电控制方法及控制***， 用于解决电机单相开路时无法实现主动放电的问题。

本发明公开了一种电机的主动放电控制方法，应用于多相电机的单相开路电路下， 包括以下：

控制单元检测到下电信号，

采用电流传感器采集多相电机输出的实时电流，其中，所述实时电流为多相电机处 于非开路的两相下任一相电流；

根据所述实时电流计算与所述实时电流匹配的正负高频电流驱动信号，所述正负高 频电流驱动信号用于产生正负高频电流；

所述正负高频电流设置为，输入至所述多相电机后产生绕组损耗，并输出等效零力 矩；

所述控制单元控制释放所述正负高频电流，以通过调制模块、逆变器输出至所述多 相电机进行放电。

优选地，还包括：

采用温度传感器采集所述多相电机的各相下绕组温度；

当所述任一相电路的绕组温度超出阈值，则标记所述相电路处于开路状态下，其他 各相电路处于非开路状态下。

优选地，对于处于非开路的两相下任一相电路，

根据释放至所述多相电机的正负高频电流和控制模块执行的控制策略，产生的放电 电流波为单相正弦波、正负直流电流波或梯形波。

优选地，所述控制单元控制释放所述正负高频电流，包括以下：

所述控制单元执行PID控制策略、内模控制策略或非对称梯形波控制策略，释放所述正负高频电流。

本发明还提供一种主动放电控制***，其特征在于，包括以下：

调制模块、逆变器、多相电机以及用于主动放电控制的控制单元；

所述控制单元包括：

信号接收子单元，用于控制单元检测到下电信号；

电流获取子单元，用于采用电流传感器采集多相电机输出的实时电流，其中，所述实时电流为所述多相电机处于非开路的两相下任一相电流；

高频电流子单元，用于根据所述实时电流计算与所述实时电流匹配的正负高频电流 驱动信号，所述正负高频电流驱动信号用于产生正负高频电流；所述正负高频电流设置为，输入至所述多相电机后产生绕组损耗，并输出等效零力矩；

执行子单元，用于所述控制单元控制释放所述正负高频电流，以通过调制模块、逆变器输出至所述多相电机进行放电。

优选地，还包括：

温度控制子单元，用于采用温度传感器采集所述多相电机的各相下绕组温度；当所 述任一相电路的绕组温度超出阈值，则标记所述相电路处于开路状态下，其他各相电路处于非开路状态下。

优选地，所述执行子单元执行PID控制策略、内模控制策略或非对称梯形波控制策略，释放所述正负高频电流。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

本方案应用于电机单相开路(或缺相)场景下，在整车运行过程中紧急下电，获取多相电机处于非开路的相电路的实时电流，释放从获得的与该实时电流的电流矢量正负对称的正负高频电流，使得产生高频力矩并相互抵消，依次通过调制模块、逆变器、多 相电机，输出等效零力矩，利用电机上处于非开路的相的绕组产生电阻损耗以完成放电 过程，解决电机单相开路时无法实现主动放电的问题。

附图说明

图1为本发明所述主动放电控制方法及控制***实施例一和实施例二的方法流程图；

图2为本发明所述主动放电控制方法及控制***实施例一和实施例二中用于体现通 过调制模块、逆变器输入至所述多相电机的示意图；

图3为本发明所述主动放电控制方法及控制***实施例一和实施例二中用于体现放 电电流波形的示意图；

图4为本发明所述主动放电控制方法及控制***实施例二的模块示意图。

附图标记：

51-调制模块；52-逆变器；53-多相电机；54-控制单元；541-信号接收子单元；542-电流获取子单元；543-高频电流子单元；544-执行子单元；545-温度控制子单元。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附 图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如 所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在 本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括 多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或” 是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不 脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以 被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在…… 时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基 于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为 对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连 通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言， 可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“子单元”、“部件”或“单元”的后缀仅为了 有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“子单元”与“部件”可以混合地 使用。

实施例一：本实施例提供一种主动放电控制方法，参阅图1-图3，应用于多相电机(下述电机均为多相电机，仅为方便描述，且具体的以三相电机为例)的单相开路电路 下，包括以下：

S100：控制单元检测到下电信号，

即，本实施方式用于整车运行过程中电机单相开路或缺相时紧急下电时的主动放电， 因此需要根据紧急下电信号执行后续操作，具体的，在实际场景下，紧急下电包括断开电源，断开低压电瓶负极接头，断开BMS保险丝或断开维修开关，即该紧急下单可以是操作人员主动执行或者是因出现故障被动执行。

除了主动操作或故障导致的电机单相开路或缺相，具体的，当利用采集的实时电流 确定时，在多相电机各相输出均设置电流传感器，并根据各个电流传感器的监测结果，当其中某一相电流值异常(骤降)，则标记该相处于开路，则剩下的各相位正常，也视为 缺的情况，此时也可采用本方案中提出的主动放电方法，具体的，包括以下：

S110：采用温度传感器采集所述多相电机的各相下绕组温度；

以三相电机为例，记所述多相电机的三相(三相电路，本实施方式中，电机的每一相均对应一相电路，直接描述第一相、第二相或第三相均为方便描述)为第一相电路、 第二相电路和第三相电路，以便于后续方便描述。则采用温度传感器采集所述三相电机 的第一相电路、第二相电路以及第三相电路上的绕组温度；具体的，设置多个温度传感 器对电路各相电路上的绕组温度进行监测，在堵转(即缺相，即上述其中一相处于开路 状态下)时该相电路上的绕组温度会升高，当所述任一相电路的绕组温度超出阈值，该 相绕组不再适合继续工作，则标记所述相电路处于“开路状态”下，即该相处于等效开路状态下，因此基于可将其视为缺相或处于开路状态，即可采用本实施方式下述释放正 负高频电流的方式进行主动放电。

S120：当所述任一相电路的绕组温度超出阈值，则标记所述相电路处于开路状态下， 其他各相电路处于非开路状态下。

即当所述第一相电路的绕组温度超出阈值，则确定所述第一相电路处于开路状态下， 所述第二相电路和所述第三相电路位处于非开路状态下。基于上述，当其中任一相绕组 温度较高，在可确定处于开路状态，在上述步骤中，第一相电路、第二相电路以及第三相电路均用于区分电机上的三相，并不限于特制一一对应的某相，即也可是标记第二相电路或第三相电路处于开路状态下。

S200：采用电流传感器采集多相电机输出的实时电流，其中，所述实时电流为多相电机处于非开路的两相下任一相电流；

由于在本实施方式中，多相电机其中一项处于开路，即缺相，两相绕组仅能产生固定方向的电流矢量，此时，两项绕组上产生的电流矢量是由于不相对使得产生力矩无法 相互抵消，而两个电流大小一致，因此采集其中任一相电流即可。此处采集电流主要用 于后续步骤中。

S300：根据所述实时电流计算与所述实时电流匹配的正负高频电流驱动信号，所述 正负高频电流驱动信号用于产生正负高频电流；

如上述，两相绕组仅能产生固定方向的电流矢量，但是此时这两个电流矢量方向不 相对(即，方向可能是一致或是不对称的)，在上述步骤S200可获得实时电流，因此可 以根据实时电流给予电路中施加另一高频电流，使其产生与前述两项绕组产生的电流矢 量正负对称的电流矢量，由此产生高频力矩且正负抵消，以此解决电机单相开路时无法实现主动放电的问题。

需要强调的是，所述正负高频电流设置为，输入至所述多相电机后产生绕组损耗，并输出等效零力矩；即，输入的正负高频电流与实时电流对应的电流矢量正负对称且大 小一致，由此可实现与实时电流产生的力矩一致且相互抵消，输出的等效零力矩，需要说明的是，由于在实际场景下环境因素的影响，此处采用等效零力矩来判断，等效力矩 是作用在机械中某构件上的假想力矩，其瞬时功率等于实际作用在机械上的所有外力和 力矩的瞬时功率之和相等，即为理论上计算得到零力矩即可。

S400：所述控制单元控制释放所述正负高频电流(图中i_ref)，以通过调制模块、逆变器输出至所述多相电机进行放电。

在上述步骤中，调制模块包括但不限于PWM(脉冲宽度调制)(单极性调制、双极 性调制)、SPWM(正弦脉冲宽度调制)，SPWM输入一段幅值相等的脉冲序列去等效正 弦波，输出为高的脉冲时间宽度基本上呈正弦规律变化，常用的多相电机在非缺相的状 态下的主动放电采用SVPWM(空间矢量脉宽调制)，而本实施方式由于缺相也优选采用 PWM或SPWM方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源。该调制模块用于调整正负高频电流的通断频率，逆变器则将直流电转换成定频电压或调频调压 的交流电。

具体的，上述控制单元控制释放所述正负高频电流，包括以下：所述控制单元执行PID控制策略、内模控制策略或非对称梯形波控制策略，释放所述正负高频电流，具体 的，非对称梯形波控制策略可形成如下述(图3(c))波形为梯形波的放电电流，用于解 释非对称梯形波控制策略而作为举例的，非对称梯形波控制策略的执行包括第一控制流 (D1)和第二控制流(D2)，D1用于调整梯形波上升沿时间，D2用于调整梯形波下降 沿时间，则，存在一组D1与D2值，使得梯形波变换为三角波，且梯形波频率固定，需 要根据电压等级和电机信息有所适配，第一控制流输出为直流母线电压与一预设系数的乘积，当直流母线电压越高时，D1越大，梯形波电流上升时间变长，电流增大，D2＝D1+D3， D3为抑制梯形波直流偏置的补偿量。考虑到调制和逆变器模块输出电流的非对称性，可 能会造成电机输出电流非对称，因此需要使用D3来调节，例如，当梯形波有正向直流偏 置时，则D3>0，D2>D1；此时梯形波的下降沿时间>梯形波的上升沿时间，梯形波的正 向直流偏置被削减。为了确定是否存在该直流偏置，可以很方便的在梯形波的下降沿中 点检测电流点I1，如果I1>0(具有有一定阈值范围)，则认为存在直流偏置。

执行PID控制策略可产生如下述单相正弦波、正负直流电流波的放电电流(具体的， 根据正负高频电流波形的不同产生不同波形的放电电流)，PID控制策略包括P比例控制、 I积分控制以及D微分控制，在经典PID控制中，自身带有抑制高频噪声及低频外部扰动的能力，更为具体的，作为举例而非限定的，采用PID控制策略及双极性PWM调制 产生可具有正弦波形(图3(a))的放电电流，采用内模控制策略及单极性PWM调制产 生具有正负直流波形(图3(b))的放电电流。除了前述非对称梯形波控制策略、PID控 制策略或内模控制策略外，可以采用滞环电流控制策略，滞环控制也称纹波调节器控制， 滞环控制是将开关函数计算模块的输出连接到滞环比较器以产生控制脉冲，控制开关的 通断状态，实现控制目标。

因此，基于上述，参考图3，对于处于非开路的两相下任一相，根据释放至所述多相电机的正负高频电流和控制单元执行的控制策略，产生的放电电流波为单相正弦波(图3(a))、正负直流电流波(图3(b))或梯形波(图3(c))。由此与现有多相电机非缺相 状态下的绕组放电不同，现有的仅可产生三相正弦波形的放电电流，而本实施方式中由 于通入与电机中处于非缺相电路下的电流对称的正负高频电流，根据正负高频电流和控 制策略(包括上述非对称梯形波控制策略和PID控制策略)，可以在电机非开路下的各相 中产生单相正弦波、正负直流电流波或梯形波的放电电流。

本实施方式中，在整车运行过程中电机单相开路或缺相时下电时，监测电机处于非 开路的相电路的实时电流，并释放与该实时电流的电流矢量正负对称的正负高频电流，使得产生高频力矩并相互抵消，输出等效零力矩，利用剩余处于非开路的相的绕组产生 电阻损耗以完成放电过程，解决电机单相开路时无法实现主动放电的问题，还可利用模块调整正负高频电流的通断频率，以实现不同的控制策略，并控制形成不用波形的放电 电流，以满足不同场景的需求。

实施例二：本实施例提供一种主动放电控制***，参阅图1-图4，执行上述实施例一所述的主动放电控制方法，具体的，包括以下：

调制模块51、逆变器52、多相电机53以及用于主动放电控制的控制单元54；该控制单元54用于接收紧急下电信号，并输入正负高频电流，以依次通过调制模块51、逆变 器52、多相电机53，输出等效零力矩，用于缺相或电机(多相电机，用于简便描述)单 相开路下的主动放电。

参阅图3，所述控制单元54包括：

信号接收子单元541，用于控制单元检测到下电信号；

电流获取子单元542，用于采用电流传感器采集多相电机输出的实时电流，其中，所 述实时电流为多相电机处于非开路的两相下任一相电流；

具体的，两项绕组上产生的电流矢量是由于不相对使得产生力矩无法相互抵消，而 两个电流大小一致，因此电流获取子单元控制电流传感器采集其中任一相电流即可。

高频电流子单元543，用于根据所述实时电流计算与所述实时电流匹配的正负高频电 流驱动信号，所述正负高频电流驱动信号用于产生正负高频电流；所述正负高频电流设 置为，输入至所述多相电机后产生绕组损耗，并输出等效零力矩；

具体的，由于上述两项绕组方向不对，无法产生相互抵消的力矩，因此可以根据实时电流给予电路中施加另一高频电流，使其产生与前述两项绕组产生的电流矢量正负对称的电流矢量，以产生高频力矩且正负抵消，以此解决电机单相开路时无法实现主动放 电的问题，由此高频电流子单元543可根据电流获取子单元542确定电机所需要的正负 高频电流的大小，以通入刚好输出等效零力矩的电流。

执行子单元544，用于所述控制单元控制释放所述正负高频电流，以通过调制模块51、逆变器52输出至所述多相电机进行放电。具体的，所述执行子单元544执行PID控 制策略、内模控制策略或非对称梯形波控制策略，释放所述正负高频电流。除了上述诶 实施例一中所述的执行PID控制策略、内模控制策略或非对称梯形波控制策略外，也可 以采用滞环电流控制策略，可采用上述调制模块自动控制实现调整高频电流的通断频率，以产生单相正弦波、正负直流电流波或梯形波的放电电流，以满足不同场景需求。

具体的，作为可选择的，主动放电控制***还包括：

温度控制子单元545，用于采用温度传感器采集所述多相电机的各相下绕组温度；当 所述任一相电路的绕组温度超出阈值，则标记所述相电路处于开路状态下，其他各相电路处于非开路状态下。

除了主动操作或故障导致的电机单相开路或缺相，还可将实时电流骤变或温度变化 超出预设范围的情况也可视作为缺相，由此使用本方案的主动放电方法，以三相电机为例，当利用采集的实时电流确定时，在多相电机各相输出均设置电流传感器，并根据各 个电流传感器的监测结果，当其中某一相电流值异常(骤降)，则标记该相处于开路，则 剩下的两相位正常。当利用各相上的温度确定时，即可采用上述温度控制子单元545采 集各相温度，在堵转(即缺相，即上述其中一相处于开路状态下)时该相电路上的绕组 温度会升高，此时该相不适宜继续工作，因此基于此可确定相当于缺相或处于开路状态 的是哪一相。

本实施方式中，电机单相开路(或缺相)(或利用温度控制子单元545判断为等同缺相场景)场景下，在整车运行过程中信号接收子单元541接收到下电信号后，电流获取 子单元542监测电机处于非开路的相电路的实时电流，执行子单元544释放从高频电流 子单元543获得的与该实时电流的电流矢量正负对称的正负高频电流，使得产生高频力 矩并相互抵消，输出等效零力矩，依次通过调制模块51、逆变器52、多相电机53，输出等效零力矩，利用剩余处于非开路的相的绕组产生电阻损耗以完成放电过程，解决电机 单相开路时无法实现主动放电的问题，还可利用采用不同的控制策略(上述PID控制策 略、非对称梯形波控制策略等)，以产生不同波形的放电电流，调制模块51调整正负高 频电流的通断频率，满足不同场景下的使用需求。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限 制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效 实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种主动放电控制方法，其特征在于，应用于多相电机的单相开路电路下，包括以下：控制单元检测到下电信号，

采用电流传感器采集多相电机输出的实时电流，其中，所述实时电流为所述多相电机处于非开路的两相下任一相电流；

根据所述实时电流计算与所述实时电流匹配的正负高频电流驱动信号，所述正负高频电流驱动信号用于产生正负高频电流；

所述正负高频电流设置为，输入至所述多相电机后产生绕组损耗，并输出等效零力矩；所述控制单元控制释放所述正负高频电流，以通过调制模块、逆变器输出至所述多相电机进行放电。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：

采用温度传感器采集所述多相电机的各相下绕组温度；

当任一相电路的绕组温度超出阈值，则标记所述相电路处于开路状态下，其他各相电路处于非开路状态下。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：

对于处于非开路的两相下任一相电路，

根据释放至所述多相电机的正负高频电流和控制模块执行的控制策略，产生的放电电流波为单相正弦波、正负直流电流波或梯形波。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制单元控制释放所述正负高频电流，包括以下：

所述控制单元执行PID控制策略、内模控制策略或非对称梯形波控制策略，释放所述正负高频电流。

5.一种主动放电控制***，其特征在于，包括以下：

调制模块、逆变器、多相电机以及用于主动放电控制的控制单元；

所述控制单元包括：

信号接收子单元，用于控制单元检测到下电信号；

电流获取子单元，用于采用电流传感器采集多相电机输出的实时电流，其中，所述实时电流为所述多相电机处于非开路的两相下任一相电流；

高频电流子单元，用于根据所述实时电流计算与所述实时电流匹配的正负高频电流驱动信号，所述正负高频电流驱动信号用于产生正负高频电流；所述正负高频电流设置为，输入至所述多相电机后产生绕组损耗，并输出等效零力矩；

执行子单元，用于所述控制单元控制释放所述正负高频电流，以通过调制模块、逆变器输出至所述多相电机进行放电。

6.根据权利要求5所述的主动放电控制***，其特征在于，还包括：

温度控制子单元，用于采用温度传感器采集所述多相电机的各相下绕组温度；当任一相电路的绕组温度超出阈值，则标记所述相电路处于开路状态下，其他各相电路处于非开路状态下。

7.根据权利要求5所述的主动放电控制***，其特征在于，包括以下：

所述执行子单元执行PID控制策略、内模控制策略或非对称梯形波控制策略，释放所述正负高频电流。