CN103941114A - 车用永磁同步电机系统功率模块及电流传感器的自检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用永磁同步电机系统功率模块及电流传感器的自检方法，本方法由控制单元通过电流传感器采集电机电流参数，初步判断系统的初始状态；随后高压直流电源上电，轮流给各功率开关管驱动控制信号，通过驱动电路检测功率开关管的饱和导通压降，判断功率模块状态；在功率模块正常状态下，控制单元电压环开环工作，并给定确定的电机转子位置角度及d轴电压分量，通过公式得到电机三相电流与所加电机d轴电压分量的关系，施加两次不同的电机d轴电压分量值，通过控制单元采集到的电机两相电流大小变化及相应关系，判断两个电流传感器是否正常。本方法方便实现功率模块及电流传感器的检测，防止系统在故障状态下工作，确保系统正常运行。

Description

车用永磁同步电机系统功率模块及电流传感器的自检方法

技术领域

本发明涉及一种车用永磁同步电机系统功率模块及电流传感器的自检方法。

背景技术

新能源汽车行业目前正处于快速发展阶段，行业标准也在逐步修改完善，车用电机驱动系统处于同步研发，装车验证过程中，很多功能尚需要完善，以满足车用电机系统的应用要求。同时在电机驱动系统的故障诊断及定位方面存在较大的技术难度，应用尚较少。电机控制器内部的功率模块、电流传感器等关键元器件如已出现异常并未检测到，在此种情况下工作可能会造成电机无法正常工作，影响车辆运行，严重时甚至会造成控制器损坏、保险烧毁或车辆其他设备的损坏，造成故障扩大化。如图1所示，典型车用永磁同步电机系统主要包括高压直流电源1、主回路开关2、功率模块3、两个电流传感器4和5，以及永磁同步电机6和控制单元7。其中高压直流电源1通常为高压蓄电池或超级电容器组，主回路开关2包括预充电继电器单元和主继电器，用于控制电机系统主回路的上电，功率模块3包括六个功率开关管31和对应的驱动电路32等，用于将直流电逆变为交流电，驱动永磁同步电机6运行，电流传感器4和5用于采集两相交流电流，控制单元7主要监控系统的运行状态，产生功率单元3的控制信号，并与整车控制器进行交互通信。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种车用永磁同步电机系统功率模块及电流传感器的自检方法，利用本方法可方便实现功率模块及电流传感器的检测，防止系统在故障状态下工作，造成故障扩大化，损坏设备，确保电机控制系统的正常运行。

为解决上述技术问题，本发明车用永磁同步电机系统功率模块及电流传感器的自检方法包括如下步骤：

步骤一、控制单元上电，并通过两个电流传感器采集永磁同步电机运行电流参数，若各电流传感器反馈值在正常范围内，控制单元初步判断系统初始状态无故障、通讯正常，则控制单元通过CAN通讯将电机系统状态告知整车控制器；

步骤二、电机系统无故障状态下，控制闭合主回路开关，高压直流电源上电，控制单元检测到高压直流电源上电完毕后，轮流给功率模块各功率开关管驱动控制信号，驱动控制信号脉冲宽度小于10us，当功率开关管导通并延时一段时间后，通过各功率开关管对应的驱动电路检测功率开关管的饱和导通压降，如饱和导通压降大于功率开关管正常导通时的饱和压降，则驱动电路关断驱动控制信号，并上报对应的功率开关管故障；

步骤三、在功率模块正常状态下，高压直流电源上电，控制单元电压环开环工作，并给定确定的电机转子位置角度，控制单元给定电机d轴电压分量输出Vsd，因给定电机d轴电压分量，且人为确定一固定的电机转子位置角度，电机无旋转，根据永磁同步电机电压方程，

               （1）

         （2）

因电机无旋转，电机中产生的为直流电流，得出电机d轴、q轴电流分别为：

，                         （3）

其中-电机绕组直轴电压分量、-电机绕组交轴电压分量、-电机绕组直流电阻、-电机绕组直轴电流分量、-电机绕组直轴电感、-电机旋转角速度、-电机绕组交轴电感、-电机绕组交轴电流分量、-电机永磁体磁链分量；

步骤四、根据式（3）可知，给定电机d轴直流电压Vsd后，产生直轴电流分量，而交轴电流分量为0，通过两个电流传感器分别采集电机两相电流，得到：

              （4）

                    （5）

其中为电机转子位置角度、-电机轴电流分量、-电机轴电流分量；给定为0，则根据式（4）和式（5），得到电机三相电流分别为：

                      （6）

其中-电机定子a相电流，-电机定子b相电流，-电机定子c相电流；

步骤五、根据式（6），分别给定两次不同的值，第二次给定值为第一次给定值的2倍，通过控制单元采集到的电机两相电流大小变化及相应关系，判断两个电流传感器是否正常。    

由于本发明车用永磁同步电机系统功率模块及电流传感器的自检方法采用了上述技术方案，即本方法由控制单元通过两个电流传感器采集永磁同步电机电流参数，初步判断系统的初始状态并告知整车控制器；随后高压直流电源上电，轮流给各功率开关管驱动控制信号，通过各功率开关管对应的驱动电路检测功率开关管的饱和导通压降，从而判断功率模块状态；在功率模块正常状态下，高压直流电源上电，控制单元电压环开环工作，并给定确定的电机转子位置角度及电机d轴电压分量，此时电机无旋转，通过公式得到电机三相电流与所加电机d轴电压分量的关系，施加两次不同的电机d轴电压分量值，通过控制单元采集到的电机两相电流大小变化及相应关系，判断两个电流传感器是否正常。本方法可方便实现功率模块及电流传感器的检测，防止系统在故障状态下工作，造成故障扩大化，损坏设备，确保电机控制系统的正常运行。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为典型车用永磁同步电机系统示意图。

具体实施方式

本发明车用永磁同步电机系统功率模块及电流传感器的自检方法包括如下步骤：

步骤一、如图1所示，控制单元7上电，并通过两个电流传感器4、5采集永磁同步电机6运行电流参数，若各电流传感器反馈值在正常范围内，控制单元7初步判断系统初始状态无故障、通讯正常，则控制单元7通过CAN通讯将电机系统状态告知整车控制器；

步骤二、电机系统无故障状态下，控制闭合主回路开关2，高压直流电源1上电，控制单元7检测到高压直流电源1上电完毕后，轮流给功率模块3各功率开关管31驱动控制信号，驱动控制信号脉冲宽度小于10us，当功率开关管31导通并延时一段时间后，通过各功率开关管31对应的驱动电路32检测功率开关管31的饱和导通压降，如饱和导通压降大于功率开关管31正常导通时的饱和压降，则驱动电路32关断驱动控制信号，并上报对应的功率开关管31故障；

步骤三、在功率模块3正常状态下，高压直流电源1上电，控制单元7电压环开环工作，并给定确定的电机6转子位置角度，控制单元7给定电机d轴电压分量输出Vsd，因给定电机d轴电压分量，且人为确定一固定的电机转子位置角度，电机6无旋转，根据永磁同步电机电压方程，

               （1）

         （2）

因电机6无旋转，电机6中产生的为直流电流，得出电机d轴、q轴电流分别为：

，                         （3）

其中-电机绕组直轴电压分量、-电机绕组交轴电压分量、-电机绕组直流电阻、-电机绕组直轴电流分量、-电机绕组直轴电感、-电机旋转角速度、-电机绕组交轴电感、-电机绕组交轴电流分量、-电机永磁体磁链分量；

步骤四、根据式（3）可知，给定电机d轴直流电压Vsd后，产生直轴电流分量，而交轴电流分量为0，通过两个电流传感器4、5分别采集电机6两相电流，得到：

              （4）

                    （5）

其中为电机转子位置角度、-电机轴电流分量、-电机轴电流分量；给定为0，则根据式（4）和式（5），得到电机三相电流分别为：

                      （6）

其中-电机定子a相电流，-电机定子b相电流，-电机定子c相电流；

步骤五、根据式（6），分别给定两次不同的值，第二次给定值为第一次给定值的2倍，通过控制单元7采集到的电机6两相电流大小变化及相应关系，判断两个电流传感器4、5是否正常。

本方法涉及但不限于车用永磁同步电机系统中功率模块及电流传感器的检测，也可用于各类逆变器、变频器等同类产品中功率模块及电流传感器的检测，用于检测两者有无故障。控制单元在系统初始化时首先对功率模块和电流传感器的状态进行自检，防止功率模块和电流传感器故障状态下工作，造成故障扩大化，损坏设备；同时当控制单元出现故障或系统工作异常时，本方法可用于定位及排查功率模块和电流传感器的故障，以方便故障的快速定位及维修。本方法具有简单、实用、快速、高效的特点，能够有效检测功率模块和电流传感器的状态。

本方法中，功率模块各功率开关管驱动控制信号的脉冲宽度小于10us是为了防止当同一桥臂功率开关管有故障情况下，造成上下桥臂短路，故障进一步扩大，一般功率开关管可承受10us之内的短路电流而不损坏。当功率开关管导通后，延迟几微秒时间，然后驱动电路检测功率开关管的饱和导通压降，以此判断功率开关管状态，检测出功率开关管断路或短路故障。

本方法在系统自检完成，上高压直流电源后，控制单元按照U+、U-、V+、V-、W+、W-的次序，依次给六个功率开关管10us的触发信号，通过驱动电路判断各功率开关管工作是否正常，完成功率模块的自检。

完成功率模块自检后，控制单元控制系统进入电压环开环工作，电机转子位置角度设定为0°，第一次给定电机直轴电压输出分量为，假如电机绕组直流电阻为0.1欧，则检测到的电机a、b相电流分别为50A和-25A，控制单元记录采集的电流大小，根据电机a、b相电流关系初步判断电流传感器是否正常；第二次更改给定电机直轴电压分量大小为，则检测到的电机a、b相电流变为100A和-50A，控制单元记录此次采集的电流大小，并比较两次采集的同一相电流值，第二次采集的电流值应为第一次采集的电流值的2倍，这样通过比较两次采集的电流大小的关系即可判断电流传感器是否正常。

本方法具有简单、快速、高效、安全可靠的特点，在电机系统工作前，通过控制单元完成对功率模块和电流传感器的检测，预防这两者有异常情况下工作造成故障扩大，同时在系统出现异常情况下，可用于对系统故障的诊断及排查定位。

Claims (1)

1.一种车用永磁同步电机系统功率模块及电流传感器的自检方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

步骤一、控制单元上电，并通过两个电流传感器采集永磁同步电机运行电流参数，若各电流传感器反馈值在正常范围内，控制单元初步判断系统初始状态无故障、通讯正常，则控制单元通过CAN通讯将电机系统状态告知整车控制器；

步骤二、电机系统无故障状态下，控制闭合主回路开关，高压直流电源上电，控制单元检测到高压直流电源上电完毕后，轮流给功率模块各功率开关管驱动控制信号，驱动控制信号脉冲宽度小于10us，当功率开关管导通并延时一段时间后，通过各功率开关管对应的驱动电路检测功率开关管的饱和导通压降，如饱和导通压降大于功率开关管正常导通时的饱和压降，则驱动电路关断驱动控制信号，并上报对应的功率开关管故障；

步骤三、在功率模块正常状态下，高压直流电源上电，控制单元电压环开环工作，并给定确定的电机转子位置角度，控制单元给定电机d轴电压分量输出Vsd，因给定电机d轴电压分量，且人为确定一固定的电机转子位置角度，电机无旋转，根据永磁同步电机电压方程，

               （1）

         （2）

因电机无旋转，电机中产生的为直流电流，得出电机d轴、q轴电流分别为：

，                         （3）

其中-电机绕组直轴电压分量、-电机绕组交轴电压分量、-电机绕组直流电阻、-电机绕组直轴电流分量、-电机绕组直轴电感、-电机旋转角速度、-电机绕组交轴电感、-电机绕组交轴电流分量、-电机永磁体磁链分量；

步骤四、根据式（3）可知，给定电机d轴直流电压Vsd后，产生直轴电流分量，而交轴电流分量为0，通过两个电流传感器分别采集电机两相电流，得到：

              （4）

                    （5）

其中为电机转子位置角度、-电机轴电流分量、-电机轴电流分量；给定为0，则根据式（4）和式（5），得到电机三相电流分别为：

                      （6）

其中-电机定子a相电流，-电机定子b相电流，-电机定子c相电流；

步骤五、根据式（6），分别给定两次不同的值，第二次给定值为第一次给定值的2倍，通过控制单元采集到的电机两相电流大小变化及相应关系，判断两个电流传感器是否正常。