CN107121630A - 一种电机控制系统的主动短路保护电路的自检方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机控制系统的主动短路保护电路的自检方法及装置，所述主动短路保护电路的自检方法包括：控制多相桥式电路，其中第一相绕组对应的上半桥导通，第二相绕组对应的下半桥导通，其他相绕组均不导通，多次采样各相绕组的电流，并分相累加，若对应导通的两相绕组的电流累加和满足近似条件，其他相绕组的电流累加和近似为零，则进行下一步检测，直到多相桥式电路的所有上半桥和下半桥检测一遍，对应导通的两相绕组的电流累加和均满足近似条件，则主动短路自检通过。本发明的方法和装置可以主动排除电路故障，保证整车电机和控制器不会因为电路故障而引起电机和控制器IGBT烧毁，且不用添加外置电路，节约成本，节约了整车上电时间。

Description

一种电机控制系统的主动短路保护电路的自检方法及装置

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，特别涉及一种电机控制系统的主动短路保护电路的自检方法及装置。

背景技术

电动汽车行驶过程中，为了避免由于整车突发故障使得而使得整车进行安全模式，对于整车动力中的电机控制系统需要进行主动短路自检措施。控制方法上采用三相交流控制电机稳定运行在扭矩环和转速环下，电机的主动短路自检过程即三相六桥电路中三相上桥功率开关器件关断，三相下桥功率开关器件导通，使得电机内部的三相绕组短接在一起，锁死驱动电机进入制动过程，整车进入安全模式。而安全模式能否正常工作，就需要在整车启动之前进行主动短路电路自检来排除是否有安全故障，从而为乘客和整车的安全提供保障。

现有技术关于主动短路保护的专利一般都是在三相桥式电路外围添加硬件逻辑电路来实现主动短路保护方式。专利文件《一种电动汽车的主动短路保护电路》（公开号：CN105262059 A）采用添加外置的逻辑电路实现主动短路保护，如图1所示，通过控制模块产生驱动使能信号和短路使能信号，逻辑电路当驱动使能信号和短路使能信号均为第二电平时，控制第一电极连接的三个功率开关器件均导通、第二电极连接的三个功率开关器件均断开，使三相输入线分别与六个功率开关器件的串联节点连接的三相电机短路，因此在电池出现短路、过压、过流、过热等故障时，可以通过将三相电机短路将其与电池之间不再连通。

外置硬件电路能够快速进入主动短路，但是没有上电自检主动短路是否正常，这样即使有这个外置的辅助主动短路的硬件，在上强电后电机还是会工作有可能导致电机烧毁或者IGBT烧毁等现象，从而造成整车安全性问题。

发明内容

本发明目的是：提供一种电机控制系统的主动短路保护电路的自检方法及装置，在整车工作之前进行主动短路自检，提前避免整车出现故障的情况下还要电机工作导致整车和乘客安全性问题。

本发明的技术方案是：

一种电机控制系统的主动短路保护电路的自检方法，所述电机控制系统包括多相桥式电路，所述多相桥式电路的各相输出端分别对应连接电机的多相定子绕组的各相绕组；所述主动短路自检方法包括：

S1、控制多相桥式电路，其中第一相绕组对应的上半桥导通，第二相绕组对应的下半桥导通，其他相绕组均不导通，多次采样各相绕组的电流，并分相累加，若对应导通的两相绕组的电流累加和满足近似条件，其他相绕组的电流累加和近似为零，则进行步骤S2，否则主动短路自检失败；

S2、控制第二相绕组对应的上半桥导通，第三相绕组对应的下半桥导通，其他相绕组均不导通，同步骤S1，多次采样并计算各相绕组的电流累加和，若满足近似条件，则依次进行下去，直到多相桥式电路的所有上半桥和下半桥检测一遍，对应导通的两相绕组的电流累加和均满足近似条件，则主动短路自检通过。

优选的，步骤S1、S2中，各相绕组对应的上半桥的导通为完全导通，各相绕组对应的下半桥是通过一定量的小占空比PWM控制通断，周期性导通。

优选的，在进行步骤S1前，向三相桥式电路供给一定阈值的高压，确保让电机正常工作，检测到高压正常供电，则进入到步骤S1。

优选的，在向三相桥式电路供给高压前，先给多相桥式电路供给低压，判断各相电桥的上下桥是否出现短路故障，如出现短路故障，则不允许供给高压。

优选的，所述各相绕组对应的下半桥通过小占空比PWM控制通断的频率F为5-20KHz。

优选的，所述采样各相绕组的电流的采样周期T=1/F。

优选的，所述多相桥式电路为三相桥式电路，包括三相上桥功率开关器件T1，T3，T5及分别与T1，T3，T5对应串联的下桥功率开关器件T4，T6，T2；电机三相定子绕组的A相绕组连接T1、T4 ，B相绕组连接T3、T6，C相绕组连接T5、T2。

一种电机控制系统的主动短路保护电路的自检装置，所述电机控制系统包括多相桥式电路，所述多相桥式电路的各相输出端分别对应连接电机的多相定子绕组的各相绕组；所述主动短路自检装置包括DSP驱动模块和电流采集模块，所述电流采集模块，采集多相定子绕组的各相绕组的电流，并发送到DSP驱动模块；所述DSP驱动模块连接多相桥式电路的各上下桥控制端，通过输出高低电压或PWM信号控制各上下桥的通断，并对采集的各相绕组的电流数据进行处理和计算，根据计算结果判断主动短路自检是否通过。

优选的，所述电流采集模块采用霍尔传感器。

优选的，所述电流采集模块采用串联电阻进行电流采样。

本发明的优点是：

1．本发明所提出的电机控制系统的主动短路保护电路的自检方法，可以主动排除电路故障，保证整车电机和控制器不会因为电路故障而引起电机和控制器IGBT烧毁。

2．使用本方法进行主动短路保护自检，不用添加外置电路，节约成本。

3．使用本方法进行主动短路保护自检，检测过程快，节约了整车上电时间。

4．使用本方法进行主动短路保护自检，可以防止电机与电池之间不会连通，保护电池不会过压充电，提高了电动汽车的安全性和使用寿命。

5．使用本方法进行主动短路保护自检，不仅可以在新能源汽车永磁同步电机上运用实现，还可以在异步电机，步进电机，直流电机等各种不同电机上实现检测驱动电路是否正常，还可以在小功率电机上用电阻进行采样的电流驱动电路上检测驱动电路是否正常。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为现有技术中电动汽车的主动短路保护电路的原理图。

图2为本发明所述主动短路自检装置的原理图；

图3为本发明所述整车主动短路保护电路自检的流程图；

图4为本发明所述主动短路保护电路自检的具体步骤流程图。

具体实施方式

如图2所示，为本发明所述主动短路保护电路自检装置的原理图，图中所示三相上桥功率开关器件T1，T3，T5和三相下桥功率开关器件T4，T6，T2一共六个功率开关器件组成三相桥式电路，在图2右边模拟电机的三相定子绕组，分别连接到三相桥式电路的串联开关功率器件中间，这样就形成了三相桥式回路电路。T1，T4连接电机A相绕组上称为A相桥式电路，实际中为A相IGBT；T3，T6连接电机B相绕组上称为B相桥式电路，实际中为B相IGBT；T5，T2连接电机C相绕组上称为C相桥式电路，实际中为C相IGBT。

主动短路主要执行的操作为上三桥T1,T3,T5功率开关器件全部关断，而下三桥T4,T6,T2功率开关器件全部导通，这样相当于电机的三相绕组A，B，C全部短接在一起，三相电机内部绕组电流形成回流，电机则处于制动状态，电机不仅没有动力输出，而且转动阻力非常大，这是新能源汽车整车安全环节中重要的环节，直接涉及到整车和乘客的人身安全。为了保证整车的主动短路保护电路在整车运行过程中是可以整车执行的，找到一种合适的方法去检测出主动短路保护电路是否正常是非常必要的。

如图2所示，本发明所述主动短路自检装置包括DSP驱动模块和电流采集模块，所述电流采集模块采集多相定子绕组的各相绕组的电流，并发送到DSP驱动模块；所述DSP驱动模块连接三相桥式电路的各上下桥控制端，通过输出高低电压或PWM信号控制各上下桥的通断，并对采集的各相绕组的电流数据进行处理和计算，根据计算结果判断主动短路自检是否通过。

DSP驱动电路模块主要是用DSP处理器通过算法控制三相六桥的6个功率开关器件的通断来控制三相绕组上的电压大小，从而控制电机三相定子绕组上的电流Ia,Ib,Ic进行旋转工作。主动短路保护自检则是检测三相桥式回路是否正常，功率器件是否能正常工作，从而检测主动短路保护能否正常被执行，如果主动短路保护不正常，则电动汽车不工作，需要联系厂家进行维护；如果主动短路保护能正常通过检测，则电动汽车正常工作。

本发明的主动短路保护保护电路自检方法如流程图3和流程图4所示，过程如下：

1.三相桥式驱动电路供给低压，看A相IGBT，B相IGBT，C相IGBT中的故障FO信号有无报故障来确保每相IGBT串联的上下桥是否短路。如果出现短路情况，则不允许给IGBT上高压。如果三相IGBT的故障信号FO都没有报故障，则进行步骤2。

2.三相桥式电路供给一定阈值的高压，确保让电机正常工作，检测到高压正常供电则进入到步骤3。

3.连接到A相绕组上的上桥功率开关器件T1完全导通，连接到B相绕组上的下桥功率开关器件T6通过DSP驱动模块进行非常小的占空比PWM控制功率开关器件通断，其他的功率开关器件T2，T3，T4，T5则全部关断。如图1所示，可以看出电流由Uk经过功率开关器件T1，通过A相电机定子绕组，再通过B相电机定子绕组，经过功率开关器件T6，回到Uk从而形成一个电流回路。由于其他的功率开关器件T2，T3，T4，T5全部关断，则电机C相定子绕组没有形成回路，因此流过电机C相定子绕组电流Ic为0。经T1到A相定子绕组的电流成为Ia，由霍尔传感器可以测量出Ia的电流大小。经B相定子绕组到T6的电流成为Ib，由霍尔传感器可以测量出Ib的电流大小。由于上述电路是一个回路，因此理论上Ia和Ib电流的幅值大小相等，方向相反。DSP微处理器以10KHz频率高速控制T6小占空比通断，DSP每隔100us时间采样一次Ia，Ib，Ic上电流，总共采集40次，计算出40次采样的Ia，Ib，Ic各自之和，由于电流传感器精度以及DSP的ADC模块偏置问题导致每次采样电流与真实电流之前有微小的偏差。因此经过判断Ia采样电流之和Ia_Sum值与Ib采样电流之和Ib_Sum值应该是大小接近，方向反向的，Ic采样电流之和Ic_Sum值应该接近于0。因此设定近似条件：Ia_Sum与Ib_Sum的绝对值的比值的范围在0.9～1.1，方向相反；Ic_Sum与Ia_Sum的绝对值的比值小于0.05。如果上述判断成立，则说明上述所述的回路以及功率器件都能正常工作，并且关断T1，T2，T3，T4，T5，T6后进入到步骤4。反之则说明主动短路保护自检不通过，结束自检过程，并上报主动短路保护自检故障到整车控制器。

4.连接到B相绕组上的上桥功率开关器件T3完全导通，连接到C相绕组上的下桥功率开关器件T2通过DSP驱动模块进行非常小的占空比PWM控制功率开关器件通断，其他的功率开关器件T1， T4，T5，T6则全部关断。如图1所示，可以看出电流由Uk经过功率开关器件T3，通过B相电机定子绕组，再通过C相电机定子绕组，经过功率开关器件T2，回到Uk从而形成一个电流回路。由于其他的功率开关器件T1， T4，T5，T6全部关断，则电机A相定子绕组没有形成回路，因此流过电机A相定子绕组电流Ic为0。经T3到B相定子绕组的电流成为Ib，由霍尔传感器可以测量出Ib的电流大小。经C相定子绕组到T2的电流成为Ic，由霍尔传感器可以测量出Ic的电流大小。由于上述电路是一个回路，因此理论上Ib和Ic电流的幅值大小相等，方向相反。DSP微处理器以10KHz频率高速控制T2小占空比通断，DSP每隔100us时间采样一次Ia，Ib，Ic上电流，总共采集40次，计算出40次采样的Ia，Ib，Ic各自之和，由于电流传感器精度以及DSP的ADC模块偏置问题导致每次采样电流与真实电流之前有微小的偏差。因此经过判断Ib采样电流之和Ib_Sum值与Ic采样电流之和Ic_Sum值应该是大小接近，方向反向的，Ia采样电流之和Ia_Sum值应该接近于0。因此设定近似条件：Ib_Sum与Ic_Sum的绝对值的比值的范围在0.9～1.1，方向相反；Ia_Sum与Ib_Sum的绝对值的比值小于0.05。如果上述判断成立，则说明上述所述的回路以及功率器件都能正常工作，并且关断T1，T2，T3，T4，T5，T6后进入到步骤5。反之则说明主动短路保护自检不通过，结束自检过程，并上报自检故障到整车控制器。

5.连接到C相绕组上的上桥功率开关器件T5完全导通，连接到A相绕组上的下桥功率开关器件T4通过DSP驱动模块进行非常小的占空比PWM控制功率开关器件通断，其他的功率开关器件T1，T2，T3，T6则全部关断。如图1所示，可以看出电流由Uk经过功率开关器件T5，通过C相电机定子绕组，再通过A相电机定子绕组，经过功率开关器件T4，回到Uk从而形成一个电流回路。由于其他的功率开关器件T1，T2，T3，T6全部关断，则电机B相定子绕组没有形成回路，因此流过电机B相定子绕组电流Ib为0。经T5到C相定子绕组的电流成为Ic，由霍尔传感器可以测量出Ic的电流大小。经A相定子绕组到T4的电流成为Ia，由霍尔传感器可以测量出Ia的电流大小。由于上述电路是一个回路，因此理论上Ic和Ia电流的幅值大小相等，方向相反。DSP微处理器以10KHz频率高速控制T4小占空比通断，DSP每隔100us时间采样一次Ia，Ib，Ic上电流，总共采集40次，计算出40次采样的Ia，Ib，Ic各自之和，由于电流传感器精度以及DSP的ADC模块偏置问题导致每次采样电流与真实电流之前有微小的偏差。因此经过判断Ic采样电流之和Ic_Sum值与Ia采样电流之和Ia_Sum值应该是大小接近，方向反向的，Ib采样电流之和Ib_Sum值应该接近于0。因此设定近似条件：Ia_Sum与Ic_Sum的绝对值的比值的范围在0.9～1.1，方向相反；Ib_Sum与Ia_Sum的绝对值的比值小于0.05。如果上述判断成立，则说明上述所述的回路以及功率器件都能正常工作，并且关断T1，T2，T3，T4，T5，T6，至此上述的过程功率开关器件T1，T2，T3，T4，T5，T6和电机控制回去都能正常工作，主动短路自检通过，电机则进入到工作状态。反之则说明主动短路保护自检不通过，结束自检过程，并上报主动短路保护自检故障到整车控制器。

对于小电流的三相桥式电路的控制，或者两相桥式电路的控制电路进行自检，也可以采用电阻串联到控制电路上进行电流采样，也可以使用上述方法进行桥式电路回路是否正常和桥式IGBT功率开关器件是否正常的自检。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机控制系统的主动短路保护电路的自检方法，所述电机控制系统包括多相桥式电路，所述多相桥式电路的各相输出端分别对应连接电机的多相定子绕组的各相绕组；其特征在于，所述主动短路自检方法包括：

S1、控制多相桥式电路，其中第一相绕组对应的上半桥导通，第二相绕组对应的下半桥导通，其他相绕组均不导通，多次采样各相绕组的电流，并分相累加，若对应导通的两相绕组的电流累加和满足近似条件，其他相绕组的电流累加和近似为零，则进行步骤S2，否则主动短路自检失败；

S2、控制第二相绕组对应的上半桥导通，第三相绕组对应的下半桥导通，其他相绕组均不导通，同步骤S1，多次采样并计算各相绕组的电流累加和，若满足近似条件，则依次进行下去，直到多相桥式电路的所有上半桥和下半桥检测一遍，对应导通的两相绕组的电流累加和均满足近似条件，则主动短路自检通过。

2.根据权利要求1所述的电机控制系统的主动短路保护电路的自检方法，其特征在于，步骤S1、S2中，各相绕组对应的上半桥的导通为完全导通，各相绕组对应的下半桥是通过一定量的小占空比PWM控制通断，周期性导通。

3.根据权利要求1所述的电机控制系统的主动短路保护电路的自检方法，其特征在于，在进行步骤S1前，向三相桥式电路供给一定阈值的高压，确保让电机正常工作，检测到高压正常供电，则进入到步骤S1。

4.根据权利要求3所述的电机控制系统的主动短路保护电路的自检方法，其特征在于，在向三相桥式电路供给高压前，先给多相桥式电路供给低压，判断各相电桥的上下桥是否出现短路故障，如出现短路故障，则不允许供给高压。

5.根据权利要求2所述的电机控制系统的主动短路保护电路的自检方法，其特征在于，所述各相绕组对应的下半桥通过小占空比PWM控制通断的频率F为5-20KHz。

6.根据权利要求5所述的电机控制系统的主动短路保护电路的自检方法，其特征在于，所述采样各相绕组的电流的采样周期T=1/F。

7.根据权利要求1-6所述的电机控制系统的主动短路保护电路的自检方法，其特征在于，所述多相桥式电路为三相桥式电路，包括三相上桥功率开关器件T1，T3，T5及分别与T1，T3，T5对应串联的下桥功率开关器件T4，T6，T2；电机三相定子绕组的A相绕组连接T1、T4 ，B相绕组连接T3、T6，C相绕组连接T5、T2。

8.一种电机控制系统的主动短路保护电路的自检装置，所述电机控制系统包括多相桥式电路，所述多相桥式电路的各相输出端分别对应连接电机的多相定子绕组的各相绕组；其特征在于：

所述主动短路自检装置包括DSP驱动模块和电流采集模块，所述电流采集模块，采集多相定子绕组的各相绕组的电流，并发送到DSP驱动模块；所述DSP驱动模块连接多相桥式电路的各上下桥控制端，通过输出高低电压或PWM信号控制各上下桥的通断，并对采集的各相绕组的电流数据进行处理和计算，根据计算结果判断主动短路自检是否通过。

9.根据权利要求8所述的电机控制系统的主动短路保护电路的自检装置，其特征在于：所述电流采集模块采用霍尔传感器。

10.根据权利要求8所述的电机控制系统的主动短路保护电路的自检装置，其特征在于：所述电流采集模块采用串联电阻进行电流采样。