CN107139732A - 一种同步电机能量回馈保护方法以及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同步电机能量回馈保护方法以及系统，方法包括：对路况进行预先侦测；根据侦测到的路况对电机能量回馈进行预测；根据预测结果确定能量回馈风险的等级，并根据所述能量回馈风险的等级对电机输入功率进行控制。本发明通过提前对路况进行侦测，再根据侦测到的路况对电机能量回馈进行预测，进而可以对发生故障的潜在危险道路进行识别，并根据预测结果确定能量回馈风险的等级，并根据所述能量回馈风险的等级对电机输入功率进行控制，进而可以减少同步电机在能量回馈时所产生的危险。
Description
技术领域
本发明涉及同步电机领域，尤其涉及一种同步电机能量回馈保护方法。
背景技术
参考图1，在电动车或混合动力车辆在运行时，继电器闭合，此时电池和电容并联，这种情况下电流主要经过电池，使系统的电压控制在一定的范围内。而直流侧的电流随着路况产生的需求扭矩的变化也不断变化，在特定的路况下(尤其是下坡时)，车辆为了保持较好的经济性，会尽可能大的回馈电流，而此时电池会受大电流的影响在持续高功率状态下会断开继电器以进行自我保护，这样就会使电容与电机之间连接，大电流会使电容电压急剧上升，当电压超过IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)/MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)和电容所能承受的电压范围时，IGBT/MOSFET和电容会发生严重的损坏。针对这种问题，现有的解决方法是：当检测到电压超压时，将IGBT/MOSFET关管，不再输出功率，这样的会使电流清零，电压不再上升。这种方法存在以下缺陷：
1)、由于检测电压和对IGBT/MOSFET进行控制之间并不是严格完全同步的，而是存在一定的时间延迟，因此该方法很难有效避免IGBT/MOSFET和电容的损坏发生。
2)、纯电动车辆(混合动力车辆)的制动扭矩由机械制动和电机制动组成，当采用该方法进行关管控制时，会直接影响车辆的扭矩输出，由于电机制动扭矩的瞬间缺失使车辆出现闪电加速的情况，影响驾驶安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种同步电机能量回馈保护方法以及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种同步电机能量回馈保护方法，包括：
对路况进行预先侦测；
根据侦测到的路况对电机能量回馈进行预测；
根据预测结果确定能量回馈风险的等级，并根据所述能量回馈风险的等级对电机输入功率进行控制。
在本发明所述的同步电机能量回馈保护方法中，所述的根据侦测到的路况对电机能量回馈进行预测包括：
根据侦测到的路况预测车辆下坡时将产生的总能量；
根据所述总能量计算得到下坡时将产生的制动功率以及持续时长。
在本发明所述的同步电机能量回馈保护方法中，
所述总能量的预测基于以下公式：
所述制动功率的计算基于以下公式：
所述持续时长的计算基于以下公式：
其中，ΔE为总能量，P为制动功率，t为持续时长，m为整车质量，v表示当前车速，v'为估计的下坡后的车速；g为重力加速度，h为车辆下坡产生的垂向位置，S为坡度的距离，α为坡度的角度；为估计的平均车速；μ为滚阻；ρ为空气密度；A为迎风面积。
在本发明所述的同步电机能量回馈保护方法中，所述的根据预测结果确定能量回馈风险的等级包括：
当制动功率大于第一功率阈值且持续时长大于时第一时间阈值时，确定下坡时电机能量回馈可能导致的风险等级为严重；
当制动功率大于第二功率阈值且持续时长大于时第二时间阈值时，确定下坡时电机能量回馈可能导致的风险等级为中度；
当制动功率大于第三功率阈值且持续时长大于时第三时间阈值时，确定下坡时电机能量回馈可能导致的风险等级为轻度；
其中，第一功率阈值大于第二功率阈值，第二功率阈值大于第三功率阈值，第一时间阈值大于第二时间阈值，第二时间阈值大于第三时间阈值。
在本发明所述的同步电机能量回馈保护方法中，所述的根据所述能量回馈风险的等级对电机输入功率进行控制包括：
当预测到能量回馈可能导致的风险等级为严重时，对电机进行完全扭矩限制；
当预测到能量回馈可能导致的风险等级为中度时，对电机进行中度扭矩限制；
当预测到能量回馈可能导致的风险等级为轻度时，对电机进行轻度扭矩限制。
基于同一发明构思，本发明还公开了一种同步电机能量回馈保护系统，包括：
路况侦测模块，用于对路况进行预先侦测；
能量回馈预测模块，用于根据侦测到的路况对电机能量回馈进行预测；
风险预测模块，用于根据预测结果确定能量回馈风险的等级；
保护模块，用于根据所述能量回馈风险的等级对电机输入功率进行控制。
在本发明所述的同步电机能量回馈保护系统中，所述能量回馈预测模块包括：
总能量预测单元，用于根据侦测到的路况预测车辆下坡时将产生的总能量；
制动功率以及持续时长计算单元，用于根据所述总能量计算得到下坡时将产生的制动功率以及持续时长。
在本发明所述的同步电机能量回馈保护系统中，所述总能量的预测基于以下公式：
所述制动功率的计算基于以下公式：
所述持续时长的计算基于以下公式：
其中，ΔE为总能量，P为制动功率，t为持续时长，m为整车质量，v表示当前车速，v'为估计的下坡后的车速；g为重力加速度，h为车辆下坡产生的垂向位置，S为坡度的距离，α为坡度的角度；为估计的平均车速；μ为滚阻；ρ为空气密度；A为迎风面积。
在本发明所述的同步电机能量回馈保护系统中，所述风险预测模块包括：
严重等级评定单元，用于当制动功率大于第一功率阈值且持续时长大于时第一时间阈值时，确定下坡时电机能量回馈可能导致的风险等级为严重；
中度等级评定单元，用于当制动功率大于第二功率阈值且持续时长大于时第二时间阈值时，确定下坡时电机能量回馈可能导致的风险等级为中度；
轻度等级评定单元，用于当制动功率大于第三功率阈值且持续时长大于时第三时间阈值时，确定下坡时电机能量回馈可能导致的风险等级为轻度；
其中，第一功率阈值大于第二功率阈值，第二功率阈值大于第三功率阈值，第一时间阈值大于第二时间阈值，第二时间阈值大于第三时间阈值。
在本发明所述的同步电机能量回馈保护系统中，所述保护模块包括:
第一保护单元，用于当预测到能量回馈可能导致的风险等级为严重时，对电机进行完全扭矩限制；
第二保护单元，用于当预测到能量回馈可能导致的风险等级为中度时，对电机进行中度扭矩限制；
第三保护单元，用于当预测到能量回馈可能导致的风险等级为轻度时，对电机进行轻度扭矩限制。
实施本发明的同步电机能量回馈保护方法以及系统，具有以下有益效果：本发明通过提前对路况进行侦测，再根据侦测到的路况对电机能量回馈进行预测，进而可以对发生故障的潜在危险道路进行识别，并根据预测结果确定能量回馈风险的等级，并根据所述能量回馈风险的等级对电机输入功率进行控制，进而可以减少同步电机在能量回馈时所产生的危险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
图1是现有技术在电机运行时系统的结构框图；
图2是本发明在电机能量回馈保护系统的结构框图；
图3是本发明在电机能量回馈保护系统的结构框图；
图4是本发明在电机运行时系统的结构框图；
图5是路况侦测模块与整车的通信原理示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，词语“相等”、“相同”“同时”或者其他类似的用语，不限于数学术语中的绝对相等或相同，在实施本专利所述权利时，可以是工程意义上的相近或者在可接受的误差范围内。词语“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。
本发明总的思路是：对路况进行预先侦测，根据侦测到的路况对电机能量回馈进行预测，根据预测结果确定能量回馈风险的等级，并根据所述能量回馈风险的等级对电机输入功率进行控制。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
实施例一
参考图2，本实施例公开了一种同步电机能量回馈保护方法，包括：
S1、对路况进行预先侦测；
具体的，可以通过GSM(Global System for Mobile Communication，全球移动通信系统)或者4G(the 4th Generation mobile communicationtechnology，第四代移动通信技术)网络与地图导航系统通信获取前面的道路状况，例如整车发送当前的位置、速度信息即可获取其前方的路况。
S2、根据侦测到的路况对电机能量回馈进行预测。
S3、根据预测结果确定能量回馈风险的等级，并根据所述能量回馈风险的等级对电机输入功率进行控制。
其中，步骤S2具体包括：
S21、根据侦测到的路况预测车辆下坡时将产生的总能量，所述总能量的预测基于以下公式：
S22、根据所述总能量计算得到下坡时将产生的制动功率以及持续时长；
所述制动功率的计算基于以下公式：
所述持续时长的计算基于以下公式：
其中，ΔE为总能量，P为制动功率，t为持续时长，m为整车质量，v表示当前车速，v'为估计的下坡后的车速；g为重力加速度，h为车辆下坡产生的垂向位置，S为坡度的距离，α为坡度的角度；为估计的平均车速；μ为滚阻；ρ为空气密度；A为迎风面积。
其中，v'可以根据不同情况取值，例如在郊外比较空旷区域，v'可以估计为与下坡之前的当前车速v相等。如果在市内，则可以估计为零。的估计可以通过将当前车速v和下坡后的车速v'求平均得到，当然也可以采取其他估计方法，对此并不做限制。
步骤S3中，根据预测结果确定能量回馈风险的等级具体包括：
当制动功率大于第一功率阈值且持续时长大于时第一时间阈值时，确定下坡时电机能量回馈可能导致的风险等级为严重；
当制动功率大于第二功率阈值且持续时长大于时第二时间阈值时，确定下坡时电机能量回馈可能导致的风险等级为中度；
当制动功率大于第三功率阈值且持续时长大于时第三时间阈值时，确定下坡时电机能量回馈可能导致的风险等级为轻度；
其中，第一功率阈值大于第二功率阈值，第二功率阈值大于第三功率阈值，第一时间阈值大于第二时间阈值，第二时间阈值大于第三时间阈值。
步骤S3中，所述的根据所述能量回馈风险的等级对电机输入功率进行控制包括：
当预测到能量回馈可能导致的风险等级为严重时，对电机进行完全扭矩限制；
当预测到能量回馈可能导致的风险等级为中度时，对电机进行中度扭矩限制，比如限制输出实时确定的整车需求扭矩的50％；
当预测到能量回馈可能导致的风险等级为轻度时，对电机进行轻度扭矩限制，比如限制输出实时确定的整车需求扭矩的20％。
本实施例通过提前对路况进行侦测，再根据侦测到的路况对电机能量回馈进行预测，进而可以对发生故障的潜在危险道路进行识别，并根据预测结果确定能量回馈风险的等级，并根据所述能量回馈风险的等级对电机输入功率进行控制，进而可以减少同步电机在能量回馈时所产生的危险。
实施例二
参考图3，基于同一发明构思，本实施例公开了一种同步电机能量回馈保护系统，包括：
路况侦测模块301，用于对路况进行预先侦测；
能量回馈预测模块302，用于根据侦测到的路况对电机能量回馈进行预测；
风险预测模块303，用于根据预测结果确定能量回馈风险的等级；
保护模块304，用于根据所述能量回馈风险的等级对电机输入功率进行控制。
其中，所述能量回馈预测模块302包括：
总能量预测单元，用于根据侦测到的路况预测车辆下坡时将产生的总能量；
制动功率以及持续时长计算单元，用于根据所述总能量计算得到下坡时将产生的制动功率以及持续时长。
具体的，所述总能量的预测基于以下公式：
所述制动功率的计算基于以下公式：
所述持续时长的计算基于以下公式：
其中，ΔE为总能量，P为制动功率，t为持续时长，m为整车质量，v表示当前车速，v'为估计的下坡后的车速；g为重力加速度，h为车辆下坡产生的垂向位置，S为坡度的距离，α为坡度的角度；为估计的平均车速；μ为滚阻；ρ为空气密度；A为迎风面积。
其中，所述风险预测模块303包括：
严重等级评定单元，用于当制动功率大于第一功率阈值且持续时长大于时第一时间阈值时，确定下坡时电机能量回馈可能导致的风险等级为严重；
中度等级评定单元，用于当制动功率大于第二功率阈值且持续时长大于时第二时间阈值时，确定下坡时电机能量回馈可能导致的风险等级为中度；
轻度等级评定单元，用于当制动功率大于第三功率阈值且持续时长大于时第三时间阈值时，确定下坡时电机能量回馈可能导致的风险等级为轻度；
其中，第一功率阈值大于第二功率阈值，第二功率阈值大于第三功率阈值，第一时间阈值大于第二时间阈值，第二时间阈值大于第三时间阈值。
其中，所述保护模块304包括:
第一保护单元，用于当预测到能量回馈可能导致的风险等级为严重时，对电机进行完全扭矩限制；
第二保护单元，用于当预测到能量回馈可能导致的风险等级为中度时，对电机进行中度扭矩限制；
第三保护单元，用于当预测到能量回馈可能导致的风险等级为轻度时，对电机进行轻度扭矩限制。
参考图4，整车10一般包括：根据路况实时确定整车需求扭矩的整车需求扭矩确定模块100、电机控制器200、IGBT/MOSFET 300、电机400、电容500、电池600、继电器700、BMS(Battery Management System，电池管理系统)800，电池600与继电器700串接后与电容500并联，继电器700与BMS 800连接，电容500通过IGBT/MOSFET 300连接电机400，电机控制器200分别连接电机400和整车需求扭矩确定模块100。
结合图3-5，在将该保护系统实施于整车10时，可以将能量回馈预测模块302、风险预测模块303、保护模块304以软件模块的形式整合于电机控制器200内。路况侦测模块301可以获取α、S，进而计算h，公式中的其他的参数可以预设。
本领域普通技术人员可以理解，还可以将能量回馈预测模块302、风险预测模块303、保护模块304以软件模块的形式整合于新增处理器中，该新增处理器支持无线网络通讯(如4G网络)和车载的通讯网络。车载的通讯网络括CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)通讯、I/O信号通讯、串口通讯及其它通讯方式。新增处理器可以将需要对电机进行扭矩限制的信息实时发送给电机控制器200，电机控制器200中有嵌入式代码对此进行处理，会根据新增处理器发送的信息对输出功率进行限制，从而达到扭矩限制的目的。
综上所述，实施本发明的同步电机能量回馈保护方法以及系统，具有以下有益效果：本发明通过提前对路况进行侦测，再根据侦测到的路况对电机能量回馈进行预测，进而可以对发生故障的潜在危险道路进行识别，并根据预测结果确定能量回馈风险的等级，并根据所述能量回馈风险的等级对电机输入功率进行控制，进而可以减少同步电机在能量回馈时所产生的危险。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种同步电机能量回馈保护方法，其特征在于，包括：
对路况进行预先侦测；
根据侦测到的路况对电机能量回馈进行预测；
根据预测结果确定能量回馈风险的等级，并根据所述能量回馈风险的等级对电机输入功率进行控制。
2.根据权利要求1所述的同步电机能量回馈保护方法，其特征在于，所述的根据侦测到的路况对电机能量回馈进行预测包括：
根据侦测到的路况预测车辆下坡时将产生的总能量；
根据所述总能量计算得到下坡时将产生的制动功率以及持续时长。
3.根据权利要求2所述的同步电机能量回馈保护方法，其特征在于，
所述总能量的预测基于以下公式：
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所述制动功率的计算基于以下公式：
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所述持续时长的计算基于以下公式：
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其中，ΔE为总能量，P为制动功率，t为持续时长，m为整车质量，v表示当前车速，v'为估计的下坡后的车速；g为重力加速度，h为车辆下坡产生的垂向位置，S为坡度的距离，α为坡度的角度；为估计的平均车速；μ为滚阻；ρ为空气密度；A为迎风面积。
4.根据权利要求2所述的同步电机能量回馈保护方法，其特征在于，所述的根据预测结果确定能量回馈风险的等级包括：
当制动功率大于第一功率阈值且持续时长大于时第一时间阈值时，确定下坡时电机能量回馈可能导致的风险等级为严重；
当制动功率大于第二功率阈值且持续时长大于时第二时间阈值时，确定下坡时电机能量回馈可能导致的风险等级为中度；
当制动功率大于第三功率阈值且持续时长大于时第三时间阈值时，确定下坡时电机能量回馈可能导致的风险等级为轻度；
其中，第一功率阈值大于第二功率阈值，第二功率阈值大于第三功率阈值，第一时间阈值大于第二时间阈值，第二时间阈值大于第三时间阈值。
5.根据权利要求4所述的同步电机能量回馈保护方法，其特征在于，所述的根据所述能量回馈风险的等级对电机输入功率进行控制包括：
当预测到能量回馈可能导致的风险等级为严重时，对电机进行完全扭矩限制；
当预测到能量回馈可能导致的风险等级为中度时，对电机进行中度扭矩限制；
当预测到能量回馈可能导致的风险等级为轻度时，对电机进行轻度扭矩限制。
6.一种同步电机能量回馈保护系统，其特征在于，包括：
路况侦测模块，用于对路况进行预先侦测；
能量回馈预测模块，用于根据侦测到的路况对电机能量回馈进行预测；
风险预测模块，用于根据预测结果确定能量回馈风险的等级；
保护模块，用于根据所述能量回馈风险的等级对电机输入功率进行控制。
7.根据权利要求6所述的同步电机能量回馈保护系统，其特征在于，所述能量回馈预测模块包括：
总能量预测单元，用于根据侦测到的路况预测车辆下坡时将产生的总能量；
制动功率以及持续时长计算单元，用于根据所述总能量计算得到下坡时将产生的制动功率以及持续时长。
8.根据权利要求7所述的同步电机能量回馈保护系统，其特征在于，所述总能量的预测基于以下公式：
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<msup>
<mi>mv</mi>
<mrow>
<mo>&prime;</mo>
<mn>2</mn>
</mrow>
</msup>
</mrow>
所述制动功率的计算基于以下公式：
<mrow>
<mi>P</mi>
<mo>=</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>m</mi>
<mi>g</mi>
<mi> </mi>
<mi>s</mi>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
<mi>&alpha;</mi>
<mo>-</mo>
<mi>m</mi>
<mi>g</mi>
<mi> </mi>
<mi>c</mi>
<mi>o</mi>
<mi>s</mi>
<mi>&alpha;</mi>
<mo>&times;</mo>
<mi>&mu;</mi>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mn>2</mn>
</mfrac>
<mi>&rho;</mi>
<mi>A</mi>
<msup>
<mover>
<mi>v</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
<mn>2</mn>
</msup>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&times;</mo>
<mover>
<mi>v</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
</mrow>
所述持续时长的计算基于以下公式：
<mrow>
<mi>t</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>&Delta;</mi>
<mi>E</mi>
</mrow>
<mi>P</mi>
</mfrac>
</mrow>
其中，ΔE为总能量，P为制动功率，t为持续时长，m为整车质量，v表示当前车速，v'为估计的下坡后的车速；g为重力加速度，h为车辆下坡产生的垂向位置，S为坡度的距离，α为坡度的角度；为估计的平均车速；μ为滚阻；ρ为空气密度；A为迎风面积。
9.根据权利要求7所述的同步电机能量回馈保护系统，其特征在于，所述风险预测模块包括：
严重等级评定单元，用于当制动功率大于第一功率阈值且持续时长大于时第一时间阈值时，确定下坡时电机能量回馈可能导致的风险等级为严重；
中度等级评定单元，用于当制动功率大于第二功率阈值且持续时长大于时第二时间阈值时，确定下坡时电机能量回馈可能导致的风险等级为中度；
轻度等级评定单元，用于当制动功率大于第三功率阈值且持续时长大于时第三时间阈值时，确定下坡时电机能量回馈可能导致的风险等级为轻度；
其中，第一功率阈值大于第二功率阈值，第二功率阈值大于第三功率阈值，第一时间阈值大于第二时间阈值，第二时间阈值大于第三时间阈值。
10.根据权利要求9所述的同步电机能量回馈保护系统，其特征在于，所述保护模块包括:
第一保护单元，用于当预测到能量回馈可能导致的风险等级为严重时，对电机进行完全扭矩限制；
第二保护单元，用于当预测到能量回馈可能导致的风险等级为中度时，对电机进行中度扭矩限制；
第三保护单元，用于当预测到能量回馈可能导致的风险等级为轻度时，对电机进行轻度扭矩限制。
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