CN106208900A - 估计驱动电机的温度的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及估计驱动电机的温度的系统和方法。一种用于估计驱动电机的温度的系统可以包括：驱动电机，其产生驱动扭矩；检测器，其检测驱动电机的d轴电压、q轴电压、d轴电流和q轴电流；以及控制器，其根据检测器检测到的d轴电流和q轴电流来确定驱动电机的零电流控制是否被执行，根据检测器检测到的d轴电压和q轴电压来计算驱动电机的空载反电动势，将空载反电动势转换成相对于基准转速的反电动势，根据相对于基准转速的反电动势和基准反电动势来计算驱动电机的温度变化，并且估计驱动电机的温度。

Description

估计驱动电机的温度的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于估计驱动电机的温度的系统和方法，更具体地，涉及如下一种用于估计驱动电机的温度的系统和方法，其通过在执行驱动电机的零电流控制时使用反电动势来估计驱动电机的温度。

背景技术

通常，被称为环保车辆的混合动力车辆或电动车辆可以通过由电能产生扭矩的电机(以下称为“驱动电机”)来驱动。

混合动力车辆在电动车辆(EV)模式或混合电动车辆(HEV)模式下行驶，所述电动车辆(EV)模式是仅使用来自驱动电机的功率的纯电动车辆模式，所述混合电动车辆(HEV)模式使用发动机的扭矩和驱动电机的扭矩两者。

通常，电动车辆使用驱动电机的扭矩来行驶。作为用于环保车辆的动力源的驱动电机，通常使用永磁同步电机(PMSM)。该永磁同步电机具有定子、设置为与定子之间具有预定空气间隙的转子、以及安装到转子上的永磁体。

根据将永磁体安装到转子的方法，永磁同步电机包括两种类型：表面永磁电机(SPMM)，在其中永磁体被安装在转子的表面上；以及内置式永磁同步电机(IPMSM)，在其中永磁体被嵌入转子中。

电感特性和永磁体的磁通特性被环境温度和驱动电机根据行驶条件产生的热量而改变。当电感特性和永磁体的磁通特性发生改变时，驱动电机的扭矩控制性能恶化。

因此，为了表现出最佳的动力性能和行驶性能，需要根据驱动电机的温度变化来补偿扭矩变化。

此外，当驱动电机的温度超过预定基准温度时，应该执行用于保护驱动电机的相关部件的控制逻辑。

为此，在现有技术中，通过设置在驱动电机中的额外的温度传感器(例如，负温度系数(NTC)热敏电阻或正温度系数(PTC)热敏电阻来测量驱动电机的温度。

然而，由于额外的温度传感器应该设置在驱动电机中，车辆的总体制造成本增加。

上述在背景技术部分公开的信息仅用于增强对本发明的背景技术的理解，因此它可能包含不构成在该国中本领域技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明提供一种用于估计驱动电机的温度的系统和方法，其能够在不使用额外的温度传感器的情况下，通过控制逻辑估计驱动电机的温度。

根据本发明的示例性实施例的一种用于估计驱动电机的温度的系统可以包括：驱动电机，其产生驱动扭矩；检测器，其检测驱动电机的d轴电压、q轴电压、d轴电流和q轴电流；以及控制器，其根据检测器检测到的d轴电流和q轴电流来确定驱动电机的零电流控制是否被执行，根据检测器检测到的d轴电压和q轴电压来计算驱动电机的空载反电动势，将空载反电动势转换成相对于基准转速的反电动势，根据相对于基准转速的反电动势和基准反电动势来计算驱动电机的温度变化，并且估计驱动电机的温度。

零电流控制期间的空载反电动势可以通过公式计算，其中ω是驱动电机的转速，是负载磁链。

零电流控制期间的空载反电动势可以通过公式计算，其中ω是驱动电机的转速，是空载磁链。

相对于基准转速的反电动势可以通过公式计算，其中E_预定是空载反电动势的相对于基准转速的反电动势，E₀是驱动电机的空载反电动势。

驱动电机的温度变化可以通过公式E_预定＝E_std×(1-0.0011×ΔT)计算，其中E_预定是空载反电动势的相对于基准转速的反电动势，E_std是在室温和基准转速下的反电动势。

根据本发明的另一示例性实施例的一种用于估计驱动电机的温度的方法包括：由检测器检测驱动电机的控制电压和控制电流；由控制器根据控制电流来确定驱动电机是否处于零电流控制下；当驱动电机的零电流控制被执行时，由控制器根据控制电压来计算驱动电机的空载反电动势；以及由控制器根据空载反电动势来估计驱动电机的温度。

零电流控制期间的空载反电动势可以通过公式计算，其中ω是驱动电机的转速，是负载磁链。

零电流控制期间的空载反电动势可以通过公式计算，其中ω是驱动电机的转速，是空载磁链。

估计驱动电机的温度的步骤可以包括，将空载反电动势转换为相对于基准转速的反电动势；根据上述反电动势和基准反电动势来计算驱动电机的温度变化；以及根据温度变化和基准温度来计算驱动电机的温度。

空载反电动势转换成相对于基准转速的反电动势可以通过公式计算，其中E_预定是空载反电动势的相对于基准转速的反电动势，E₀是驱动电机的空载反电动势。

驱动电机的温度变化可以通过公式E_预定＝E_std×(1-0.0011×ΔT)计算，其中E_预定是空载反电动势的相对于基准转速的反电动势，E_std是在室温和基准转速下的反电动势。

上述方法还可以包括以下步骤，当驱动电机的温度高于预定温度时，执行用于保护驱动电机的保护逻辑。

一种包含由处理器执行的程序指令的非暂时性计算机可读介质可以包括：检测驱动电机的控制电压和控制电流的程序指令；根据控制电流来确定驱动电机是否处于零电流控制下的程序指令；当驱动电机的零电流控制被执行时，根据控制电压来计算驱动电机的空载反电动势的程序指令；以及根据空载反电动势来估计驱动电机的温度的程序指令。

根据本发明的示例性实施例，由于驱动电机的温度是通过控制逻辑来测量的而无需使用额外的温度传感器，因此可以降低车辆的制造成本。

附图说明

附图用于在描述本发明的示例性实施例时作为参考，所以不应该解释为本发明的技术精神限于这些附图。

图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于估计驱动电机的温度的系统的方框图。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的用于估计驱动电机的温度的方法的流程图。

具体实施方式

下面将参考附图更全面地描述本发明，在这些附图中示出了本发明的示例性实施例。本领域技术人员将意识到，可以以多种不同的方式修改所描述的实施例，而均不偏离本发明的精神或范围。

在描述本发明时，与该描述不相关的部分/零件将被省略。在整个说明书中，相同的附图标记一般指代相同的元件。

此外，为了更好的理解和便于描述，在附图中所示的每个配置的大小和厚度是任意显示的，但是本发明不限于此。在附图中，为了清晰，层、膜、板、区域等的厚度是放大的。

在此使用的术语只是出于描述特定实施例的目的，并非意图限制本发明。如在此使用的，单数形式“一”、“一个/一种”以及“该/所述”意在也包括复数形式，除非上下文另行清楚地指出。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指明所叙述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或它们的群组。如在此使用的，术语“和/或”包括所列出的相关项目中的一个或多个的任何组合以及全部组合。在整个说明书中，除非明确地相反描述，否则词语“包括”及其变形例如“包括”或“包含”应理解为暗示包括所叙述的元素但不排除任何其他元素。此外，说明书中描述的术语“单元”、“部/器/件(-er)(-or)”、“模块”是指用于处理至少一个功能和操作的单元，并且能够通过硬件、软件或其组合来实现。

应当理解，在此使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他类似的术语包括一般机动车辆，例如客运汽车(包括运动型多功能车辆(SUV))、公共汽车、卡车、各种商用车辆、水运工具(包括各种艇和船)、飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源得到的燃料)。如在此提到的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，既有汽油动力又有电动力的车辆。

此外，本发明的控制逻辑可以被实施为计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质，其包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存盘、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可以分布在联网的计算机系统中，使得以分布式方式由例如远程服务器或控制器局域网络(CAN)存储和执行计算机可读介质。

下文中，将参考附图详细描述估计驱动电机的温度的系统。

图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于估计驱动电机的温度的系统的方框图。

如图1所示，根据本发明的示例性实施例的用于估计驱动电机的温度的系统包括：驱动电机10，其产生驱动扭矩；检测器20，其检测驱动电机10的控制电压和控制电流；以及控制器30，其根据驱动电机10的线电压来估计驱动电机10的温度。

检测器20检测驱动电机10的控制电压(d轴电压、q轴电压)和控制电流(d轴电流、q轴电流)，并将控制电压和控制电流供给到控制器30。

控制器30优选是由预定程序执行的至少一个微处理器和/或包括该微处理器的硬件。预定程序可以由一系列指令构成，这些指令执行下文描述的根据本发明的示例性实施例的用于估计驱动电机的温度的方法。

当驱动电机10的零电流控制被执行时，控制器30根据驱动电机10的线电压来计算空载反电动势，将空载反电动势转换成相对于基准转速的反电动势，并且根据相对于基准转速的反电动势和基准反电动势来估计驱动电机10的温度变化。

具体地，当驱动电机10的零电流控制被执行时，控制器30可以通过下述过程计算驱动电机10的反电动势。

驱动电机10的线电压可以根据以下公式计算。

(公式1)

这里，V_a是驱动电机10的线电压，V_d是驱动电机10的d轴电压，V_q是驱动电机10的q轴电压，R_a是驱动电机10的相电阻，i_d是驱动电机10的d轴电流，ω是驱动电机10的转速，L_q是驱动电机10的q轴电感，i_q是驱动电机10的q轴电流，以及是驱动电机10的空载磁链(即，空载磁链是由永磁体引起的磁链，或是当没有供给d轴电流和q轴电流时的磁链)。

当驱动电机10的零电流控制被执行时，d轴电流和q轴电流为零。因此，驱动电机10的线电压可以表示为如下公式2。

(公式2)

这里，V_a是驱动电机10的线电压，V_d是驱动电机10的d轴电压，V_q是驱动电机10的q轴电压，ω是驱动电机10的转速，是驱动电机10的空载磁链(即，空载磁链是指由驱动电机的永磁体引起的磁链)，是驱动电机10的负载磁链(即，负载磁链是指由场磁体和电枢的合成引起的磁链，或者是当将d轴电流和q轴电流供给到驱动电机时的磁链)，以及E₀是驱动电机的反电动势。

当驱动电机10的零电流控制被执行时，d轴电流和q轴电流为零。因此，负载磁链和空载磁链具有相同的值。

控制器30将公式2计算得到的驱动电机10的空载反电动势转换成相对于基准转速的反电动势。如果假设基准转速为1000RPM，则空载反电动势可以通过下述公式3转换成相对于基准转速的反电动势。

(公式3)

$E_{1,000}=E_0\×\left(\frac{1,000}{RPM}\right)$

这里，E₀是驱动电机10的反电动势，以及E_1,000是E₀转换成相对于基准转速1000RPM的电压。

如上所述，在驱动电机10的反电动势被转换成相对于基准转速的反电动势之后，可以通过转换后的电压和基准反电动势之间的关系来估计驱动电机10的温度变化。转换后的电压与基准反电动势之间的关系表示为下述公式4。

(公式4)

E_1,000＝E_std×(1-0.0011×ΔT)

这里，E_1,000是E₀转换成相对于基准转速1000RPM的电压，E_std是基准反电动势，以及ΔT是驱动电机10的温度变化。上述基准反电动势是在室温(25摄氏度)和1000RPM时的驱动电机10的反电动势。

公式4是通过实验确定的。当驱动电机10的规格被确定时，相对于基准温度(25摄氏度)和基准转速(1000RPM)的E_std被确定。

通过将公式4计算得到的驱动电机10的温度变化补偿到室温(25摄氏度)来估计驱动电机10的当前温度。例如，当公式4计算得到的ΔT是5摄氏度时，通过将ΔT(5摄氏度)加上基准温度(25摄氏度)得到驱动电机10的当前温度30摄氏度。

在下文中，将参考附图详细地描述根据本发明的示例性实施例的用于估计驱动电机的温度的方法。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的用于估计驱动电机的温度的方法的流程图。

如图2所示，在步骤S10中，检测器20检测驱动电机10的控制电压(d轴电压和q轴电压)和控制电流(d轴电流和q轴电流)。

在步骤S20中，控制器30根据检测器20检测到的控制电流(d轴电流和q轴电流)来确定驱动电机10的零电流控制是否被执行。

在步骤S30中，当驱动电机10的零电流控制被执行时，控制器30根据检测器20检测到的控制电压(d轴电压和q轴电压)来计算驱动电机10的空载反电动势。驱动电机10的反电动势可以根据公式2计算。

控制器30根据驱动电机10的空载反电动势来估计驱动电机10的温度。

详细地，在步骤S40中，控制器30将从公式2计算得到的驱动电机10的空载反电动势通过使用公式3转换成相对于基准转速的驱动电机10的反电动势。

在步骤S50中，控制器30根据上述反电动势和基准反电动势来计算驱动电机10的温度变化。驱动电机10的温度变化可以通过公式4计算。

在步骤S60中，控制器30通过将温度变化补偿到基准温度(室温25摄氏度)来估计驱动电机10的当前温度。

在步骤S70中，控制器30确定驱动电机10的温度是否高于预定温度。

在步骤S80中，当驱动电机10的温度高于预定温度时，控制器30执行用于保护驱动电机10以防过热的保护逻辑。用于保护驱动电机10的保护逻辑可以是，将供给到驱动电机10的转子的电流限制在预定值之下。然而，保护逻辑不限于此，它可以用其他方法代替。

在步骤S80中，当驱动电机10的温度低于预定温度时，控制器30正常控制驱动电机10。

如上所述，根据本发明的示例性实施例，可以不使用额外的温度传感器来估计驱动电机10的温度。因此，可以通过减少部件的数量来降低车辆的制造成本。

虽然针对当前被认为是实用的示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施例，相反，意在覆盖包括在所附权利要求的范围和精神内的各种修改和等同布置。

Claims (13)

1.一种用于估计驱动电机的温度的系统，所述系统包括：

驱动电机，其产生驱动扭矩；

检测器，其检测所述驱动电机的d轴电压、q轴电压、d轴电流和q轴电流；以及

控制器，其根据所述检测器检测到的d轴电流和q轴电流来确定所述驱动电机的零电流控制是否被执行，根据所述检测器检测到的d轴电压和q轴电压来计算所述驱动电机的空载反电动势，将所述空载反电动势转换成相对于基准转速的反电动势，根据相对于基准转速的反电动势和基准反电动势来计算所述驱动电机的温度变化，并且估计所述驱动电机的温度。

2.如权利要求1所述的系统，其中：

零电流控制期间的空载反电动势通过公式计算，

其中ω是所述驱动电机的转速，是负载磁链。

3.如权利要求1所述的系统，其中：

零电流控制期间的空载反电动势通过公式计算，

其中ω是所述驱动电机的转速，是空载磁链。

4.如权利要求1所述的系统，其中：

相对于基准转速的反电动势通过公式计算，

其中E_预定是所述空载反电动势的相对于基准转速的反电动势，E₀是所述驱动电机的空载反电动势。

5.如权利要求1所述的系统，其中：

所述驱动电机的温度变化通过公式E_预定＝E_std×(1-0.0011×ΔT)计算，

其中E_预定是所述空载反电动势的相对于基准转速的反电动势，E_std是在室温和基准转速下的反电动势。

6.一种用于估计驱动电机的温度的方法，所述方法包括以下步骤：

由检测器检测驱动电机的控制电压和控制电流；

由控制器根据所述控制电流来确定所述驱动电机是否处于零电流控制下；

当所述驱动电机的零电流控制被执行时，由所述控制器根据所述控制电压来计算所述驱动电机的空载反电动势；以及

由所述控制器根据所述空载反电动势来估计所述驱动电机的温度。

7.如权利要求6所述的方法，其中：

零电流控制期间的空载反电动势通过公式计算，

其中ω是所述驱动电机的转速，是负载磁链。

8.如权利要求6所述的方法，其中：

零电流控制期间的空载反电动势通过公式计算，

其中ω是所述驱动电机的转速，是空载磁链。

9.如权利要求6所述的方法，其中估计驱动电机的温度的步骤包括：

将所述空载反电动势转换为相对于基准转速的反电动势；

根据所述反电动势和基准反电动势来计算所述驱动电机的温度变化；以及

根据所述温度变化和基准温度来计算所述驱动电机的温度。

10.如权利要求9所述的方法，其中

空载反电动势转换成相对于基准转速的反电动势通过公式

其中E_预定是所述空载反电动势的相对于基准转速的反电动势，E₀是所述驱动电机的空载反电动势。

11.如权利要求9所述的方法，其中

所述驱动电机的温度变化通过公式E_预定＝E_std×(1-0.0011×ΔT)计算，

其中E_预定是所述空载反电动势的相对于基准转速的反电动势，E_std是在室温和基准转速下的反电动势。

12.如权利要求6所述的方法，还包括以下步骤：

当所述驱动电机的温度高于预定温度时，执行用于保护所述驱动电机的保护逻辑。

13.一种包含由处理器执行的程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述计算机可读介质包括：

检测驱动电机的控制电压和控制电流的程序指令；

根据所述控制电流来确定所述驱动电机是否处于零电流控制下的程序指令；

当所述驱动电机的零电流控制被执行时，根据所述控制电压来计算所述驱动电机的空载反电动势的程序指令；以及

根据所述空载反电动势来估计所述驱动电机的温度的程序指令。