CN105141214A - 一种电机控制器对母线电压故障的处理方法 - Google Patents

一种电机控制器对母线电压故障的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电机控制器对母线电压故障的处理方法，包括步骤：201检测电机控制器直流母线电压信号，依据检测的电压值确定其工作状态；202当电压值在预设的范围以内，进行正常的电机控制；203当电压值大于预设的最大值或小于最小值时，进入故障模式；204将给定转矩设置为零，计算电机反电势；205判断电机反电势电压是否高于此时的母线电压；如果是，电机控制器对电压差值进行主动控制，使直流母线电压上升，如果否，关断IGBT，停止电机控制。本发明方法通过进行电压变化率的主动控制，避免了直流母线电压的突变，提高了系统的安全性和可靠性。

Description

一种电机控制器对母线电压故障的处理方法
技术领域
本发明涉及电动车汽车上的电机控制器的直流母线电压控制，更具体地，涉及在直流母线故障时，对母线电压的变化率的控制方法。
背景技术
电动汽车是以电池电能为能量源的汽车。电池输出由整车控制的继电器进行控制。其电池输出端并联有多个高压部件负载，除电机控制器外，还包含但不局限于DCDC转换器、充电机等设备。
电动汽车的驱动力来自于电机，其能量又来自于电机控制器的逆变。电机控制器的逆变是由内部集成的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)实现的，同时电机控制器内部包含高压储能电容，用于储能供电。
在电动汽车电机设计时，为保证电机性能的充分利用，电机反电势将设计为高于电池电压。电机在高速运行时，电机控制器会使用D轴电流进行弱磁控制，使电机反电势不高于母线电压。
电机控制器在正常运行过程中将对直流母线进行监控，以确保电池系统正常。当电机控制器发现母线电压已不在正常范围内时，电机控制器进入故障状态并关闭IGBT，停止电机控制，以确保人身及系统安全。
在电动汽车上，当电池发生故障时，整车会断开继电器，但这一操作对电机系统是不可预见的。
在电动汽车高速行驶过程中，如电池断开后，此时电机控制器仍会利用储能电容上的电能进行转矩输出，其直流母线电压将被拉低或升高。电机控制器检测到母线电压过低或过高后，将关闭IGBT，停止工作。但由于电机处于高转速，而D轴弱磁电流的消失将导致电机反电势高于母线电压，其反电势会经过IGBT内部集成的续流二极管输出到母线上，造成母线电压瞬间升高。期间母线电压变化率大，将对并联在直流母线上的DCDC转换器及充电机内的电容、熔断器造成损坏。
目前基本没有通过主动控制电压的变化率，以避免母线电压故障时电压突变的方法。
发明内容
本发明的目的是建立一种电机控制器对母线电压故障的处理方法，以进行电压变化率的主动控制，从而避免电压的突变，提高系统的安全性和可靠性。
为实现上述目的，本发明提供一种电机控制器对母线电压故障的处理方法，所述方法包括以下步骤：
201，检测电机控制器直流母线电压信号，依据检测的电压值确定其工作状态；
202，当电压值在预设的范围以内，将进行正常的电机控制；
203，当所述电压值大于预设的最大值Umax或小于最小值Umin时，进入故障模式；
204，电机控制器进入故障模式后立即将给定转矩设置为零，对电机反电势进行计算；
205，判断电机反电势电压是否高于此时的母线电压；如果是，则执行步骤206至步骤207；如果否，则执行步骤208；
206，计算电机反电势与电压Udc的差值；
207，电机控制器对上述电压差值进行主动控制，使直流母线电压上升，直至大于等于Udc，并返回至步骤204；
208，电机控制器关断IGBT，停止电机控制，直流母线电压将随电机转速的下降，缓慢降至安全状态。
本发明在母线电压主动控制状态过程中，电机控制器控制目标是使母线电压按设定的斜率进行上升。可使用的方法包括通过控制电机发电，使得母线电压受控上升。但此处不局限于此种方法，也可使用其它方法使母线电压受控上升。
本发明方法通过进行电压变化率的主动控制，因电压变化率处于受控状态，从而避免了直流母线电压的突变，防止了其它部件的损坏，提高系统的安全性和可靠性。
附图说明
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行进一步的详细描述。其中：
图1是车用汽车高压系统框图。
图2是根据本发明的母线电压故障处理方法的流程图。
图3是根据本发明处理的电动工况下母线电压故障的母线电压Udc示意图。
图4是根据本发明处理的发电工况下母线电压故障的母线电压Udc示意图。
图中1：电池；2：继电器；3：DCDC转换器；4：充电机；5：电机控制器；6：IGBT；7：电容；8：电机。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点更加明显易懂，以下结合附图进一步详细描述本发明。需要说明的是，附图中的各结构只是示意性的而不是限定性的，以使本领域普通技术人员能够最佳地理解本发明的原理。
参见图1，电动汽车高压系统统包含1.电池、2.继电器、3.DCDC转换器、4.充电机、5.电机控制器、6.IGBT、7.电容、8.电机。其中电池1的输出由继电器2进行控制，输出侧并联负载有DCDC转换器3、充电机4及电机控制器5。此处根据不同的系统结构，其输出侧并联负载不限于以上三个部件。电机控制器5包含IGBT6及电容7，电机控制器5通过IGBT6对电机进行控制8。
本发明的母线电压故障处理方法的主要步骤是由集成的电机控制器来执行，但这不是限制性的。举例来说，该方法可以利用各个独立的控制单元系统完成。
参见图2，处理步骤如下：
步骤201：电机控制器检测直流母线电压Udc。当直流母线电压Udc正常时，Udc处于图3、图4中的T1状态。当继电器断开后，因电机控制器继续保持电动(或发电)状态，母线电压将迅速下降(或上升)，如图3、图4中T2状态；
步骤202：判断上述检测的电压Udc，当电压低于设定值Umin(或高于设定值Umax)后，电机控制器进入故障状态；
步骤203：进入故障状态后，电机控制器将给定转矩设置为零，以避免直流母线电压的继续剧烈变化；
步骤204：根据电机转速ω及预设的电机永磁磁链ψPM计算此时的电机反电势e＝ωψPM；
步骤205：判断电机反电势是否大于此时的直流母线电压，如果是，则执行步骤206至步骤207；如果否，则执行步骤208；
步骤206：计算电机反电势e与电压Udc的差值；
步骤207：电机控制器对上述电压差值进行主动控制，使直流母线电压按图3、图4中T3状态上升，直至大于等于Udc，并返回至步骤204；
步骤208：电机控制器关断IGBT，停止电机控制，因直流母线电压高于电机反电势，电机反电势将不会整流进入电机控制器；此时直流母线电压如图3、图4中T4所示，直流母线电压将随电机转速的下降，缓慢降至安全状态。

Claims (4)

1.一种电机控制器对母线电压故障的处理方法，所述方法包括以下步骤：
(201)检测电机控制器直流母线电压信号，依据检测的电压值确定其工作状态；
(202)当电压值在预设的范围以内，将进行正常的电机控制；
(203)当所述电压值大于预设的最大值Umax或小于最小值Umin时，进入故障模式；
(204)电机控制器进入故障模式后立即将给定转矩设置为零，对电机反电势进行计算；
(205)判断电机反电势电压是否高于此时的母线电压；如果是，则执行步骤(206)至步骤(207)；如果否，则执行步骤(208)；
(206)计算电机反电势与电压Udc的差值；
(207)电机控制器对上述电压差值进行主动控制，使直流母线电压上升，直至大于等于Udc，并返回至步骤(204)；
(208)电机控制器关断IGBT，停止电机控制，直流母线电压将随电机转速的下降，缓慢降至安全状态。
2.根据权利要求1所述的电机控制器对母线电压故障的处理方法，其特征在于：所述步骤(204)对电机反电势进行计算是根据电机转速ω及预设的电机永磁磁链ψPM计算，电机反电势e＝ωψPM。
3.根据权利要求1所述的电机控制器对母线电压故障的处理方法，其特征在于：在步骤(207)母线电压主动控制状态过程中，电机控制器控制目标是使母线电压按设定的斜率进行上升。
4.根据权利要求3所述的电机控制器对母线电压故障的处理方法，其特征在于：通过控制电机发电，使得母线电压受控上升。
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