CN107196585B - 一种抑制电动汽车同步电机控制器过热的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抑制电动汽车同步电机控制器过热的方法，采取两路控制策略共同抑制IGBT过热，控制策略一，在电机控制中采用低速段开关频率分段变化控制策略，实时监测电机转速，根据不同的电机转速设置开关频率，降低电机低速段的IGBT开关损耗；控制策略二，在电机控制中加入散热系统控制及IGBT过热主动抑制策略，根据IGBT温升斜率，控制冷却液流量，温升越快，冷却液流量越大，并根据温度设定阈值的不同，执行IGBT过热主动抑制策略，或线性减小电机输出转矩，从而平稳减小电机相电流，或过热报警，电机停止工作。本发明由于采取两路控制策略共同抑制IGBT过热，有效的抑制了电动汽车同步电机控制器IGBT过热。

Description

一种抑制电动汽车同步电机控制器过热的方法
技术领域
本发明涉及一种抑制电动汽车同步电机控制器过热的方法，属于电动汽车制造技术领域。
背景技术
由于电动汽车布局紧凑，驱动电机系统功率大，散热空间小等特点，在车辆行驶过程中，驱动电机控制器中IGBT温度上升较快，虽然车用驱动电机控制器配有散热系统，但是在电机低速大转矩运行工况下，由于电机系统效率低，散热系统难以将电机系统工作产生的热量及时带走，所以IGBT温度依然会快速上升，容易触发IGBT过热报警，影响车辆正常运行。
常见的电动汽车驱动电机控制器软件一般都采用固定IGBT开关频率控制策略，而且电机控制器的冷却水泵一般采用常开或根据条件开通或关闭的控制策略。这种控制方法虽然简单易行，但是无法解决由于电机低速工况时IGBT温度上升极快导致的频繁触发IGBT过热报警，甚至因过热而损坏IGBT的问题。
发明内容
本发明目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种抑制电动汽车同步电机控制器过热的方法。
本发明为达到上述目的，所采用的技术手段是：一种抑制电动汽车同步电机控制器过热的方法，采取两路控制策略共同抑制IGBT过热，其中控制策略一，在电机控制中采用低速段开关频率分段变化控制策略，实时监测电机转速，根据不同的电机转速，设置不同的开关频率，降低电机低速段的IGBT开关损耗，达到降低IGBT发热量的目的；控制策略二，在电机控制中加入散热系统控制及IGBT过热主动抑制策略，根据IGBT温升斜率，控制冷却液流量，温升越快，冷却液流量越大，与此同时，如果IGBT温度仍继续升高，达到温度设定阈值T1时，立即执行IGBT过热主动抑制策略，将冷却液流量设为最大值Fmax；若此时IGBT温度仍升高，达到温度设定阈值T2时，则线性减小电机输出转矩，从而平稳减小电机相电流，若IGBT温度仍上升，达到温度设定阈值T3时，则IGBT过热报警，电机停止工作，防止过热损坏IGBT。
进一步的，所述开关频率范围2KHz～10KHz，电机转速从低到高对应开关频率。
进一步的，所述控制策略一包括电机转速实时监测模块、电机转速信号滤波及计算模块、IGBT开关频率设定计算模块；
电机转速实时监测模块由安装在电机输出轴上的旋转变压器、旋转变压器解码电路组成，用于采集旋转变压器的正、余弦信号，将正、余弦信号转换为数字量，通过SPI通讯总线发送给电机控制芯片DSP；
电机转速信号滤波及计算模块使用一阶滞后滤波法对旋变信号作滤波处理，再根据旋变信号计算出电机转速，测速周期0.5ms，电机转速计算公式如下：
V=（deltaR * 1000 * 60）/（P * 4096 * t），单位rpm；
式中，deltaR—相邻两个测速周期的旋变信号数字量差值，P—旋变极对数，t—转速计算周期；
开关频率设定计算模块根据当前电机转速设定IGBT开关频率，开关频率范围2kHz～10kHz，电机转速与IGBT开关频率对应如下：0～300rpm: 2kHz；300～600rpm: 2.5kHz；600～900rpm: 4kHz；900～1200rpm: 5kHz；1200～1500rpm: 6.5kHz；1500～1800rpm:8kHz；1800～2100rpm: 9kHz；2100rpm以上: 10kHz。
进一步的，所述控制策略二由IGBT温度采样模块、IGBT温度信号滤波及计算模块、散热系统控制模块、IGBT过热主动抑制模块构成；
IGBT温度采样模块由内置于IGBT模块封装结构中的温度传感器，以及IGBT温度AD采样模块组成，温度传感器采用高精度热敏电阻，AD采样模块将温度传感器的采样信号转换为数字量，将该数字量通过数据总线发送到DSP；
IGBT温度信号滤波及计算模块采用一阶低通滤波法对IGBT温度AD采样值进行滤波处理，利用查表法，根据AD采样值查出IGBT温度实际值，选取时间段t1内的温升deltaT，计算出温升斜率，温升斜率计算公式如下：slopeT=deltaT/t1。
散热系统控制模块根据IGBT温升斜率slopeT，控制驱动电机系统的冷却液流量，冷却液流量F与温升斜率slopeT成一次函数关系 F=C+k*slopeT
式中，C—常数，k—比例系数；
IGBT过热主动抑制模块根据IGBT温度T，采用线性降转矩策略主动抑制IGBT过热报警，线性降转矩策略的电机输出转矩torque与设定转矩的关系式如下：
torque=torqueSet*[1-(T-T2)/(T3-T2)]
式中T—IGBT温度，T2—降转矩策略的IGBT温度阈值，T3—IGBT过热报警的温度阈值。
本发明有益效果在于：由于采取两路控制策略共同抑制IGBT过热，有效的抑制了电动汽车同步电机控制器IGBT过热，将IGBT温度控制在合理的范围内。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的阐述。
一种抑制电动汽车同步电机控制器过热的方法，采取两路控制策略共同抑制IGBT过热，其中控制策略一，在电机控制中采用低速段开关频率分段变化控制策略，实时监测电机转速，根据不同的电机转速，设置不同的开关频率，降低电机低速段的IGBT开关损耗，达到降低IGBT发热量的目的；控制策略二，在电机控制中加入散热系统控制及IGBT过热主动抑制策略，根据IGBT温升斜率，控制冷却液流量，温升越快，冷却液流量越大，与此同时，如果IGBT温度仍继续升高，达到温度设定阈值T1时，立即执行IGBT过热主动抑制策略，将冷却液流量设为最大值Fmax；若此时IGBT温度仍升高，达到温度设定阈值T2时，则线性减小电机输出转矩，从而平稳减小电机相电流，若IGBT温度仍上升，达到温度设定阈值T3时，则IGBT过热报警，电机停止工作，防止过热损坏IGBT。
进一步的，所述开关频率范围2KHz～10KHz，电机转速从低到高对应开关频率。
进一步的，所述控制策略一包括电机转速实时监测模块、电机转速信号滤波及计算模块、IGBT开关频率设定计算模块；
电机转速实时监测模块由安装在电机输出轴上的旋转变压器、旋转变压器解码电路组成，用于采集旋转变压器的正、余弦信号，将正、余弦信号转换为数字量，通过SPI通讯总线发送给电机控制芯片DSP；
电机转速信号滤波及计算模块使用一阶滞后滤波法对旋变信号作滤波处理，再根据旋变信号计算出电机转速，测速周期0.5ms，电机转速计算公式如下：
V=（deltaR * 1000 * 60）/（P * 4096 * t），单位rpm；
式中，deltaR—相邻两个测速周期的旋变信号数字量差值，P—旋变极对数，t—转速计算周期；
开关频率设定计算模块根据当前电机转速设定IGBT开关频率，开关频率范围2kHz～10kHz，电机转速与IGBT开关频率对应如下：0～300rpm: 2kHz；300～600rpm: 2.5kHz；600～900rpm: 4kHz；900～1200rpm: 5kHz；1200～1500rpm: 6.5kHz；1500～1800rpm:8kHz；1800～2100rpm: 9kHz；2100rpm以上: 10kHz。
进一步的，所述控制策略二由IGBT温度采样模块、IGBT温度信号滤波及计算模块、散热系统控制模块、IGBT过热主动抑制模块构成；
IGBT温度采样模块由内置于IGBT模块封装结构中的温度传感器，以及IGBT温度AD采样模块组成，温度传感器采用高精度热敏电阻，AD采样模块将温度传感器的采样信号转换为数字量，将该数字量通过数据总线发送到DSP；
IGBT温度信号滤波及计算模块采用一阶低通滤波法对IGBT温度AD采样值进行滤波处理，利用查表法，根据AD采样值查出IGBT温度实际值，选取时间段t1内的温升deltaT，计算出温升斜率，温升斜率计算公式如下：slopeT=deltaT/t1。
散热系统控制模块根据IGBT温升斜率slopeT，控制驱动电机系统的冷却液流量，冷却液流量F与温升斜率slopeT成一次函数关系 F=C+k*slopeT
式中，C—常数，k—比例系数；
IGBT过热主动抑制模块根据IGBT温度T，采用线性降转矩策略主动抑制IGBT过热报警，线性降转矩策略的电机输出转矩torque与设定转矩torqueSet的关系式如下：
torque=torqueSet*[1-(T-T2)/(T3-T2)]
式中T—IGBT温度，T2—降转矩策略的IGBT温度阈值，T3—IGBT过热报警的温度阈值。
对一款满载质量4.5吨的纯电动物流车驱动电机系统进行试验，该车型的驱动电机系统参数如表1所示。
表1 驱动电机系统参数表
试验目的是为了考核IGBT温升情况，所以分别进行满载爬坡试验，以及城市道路持续行驶试验。
1、 满载爬坡试验
分别在坡度10%、15%、20%，坡道长度30米的坡道上进行试验，车辆满载，起步后，将油门全开进行爬坡，每个坡道使用本发明所述方法前后，分别进行3次试验，分别记录3次试验的IGBT温升数据。试验数据详见表2。
表2 爬坡试验数据表
2、
3、 满载持续行驶试验
在城市道路，车辆满载，使用本发明所述方法前后，分别持续行驶2小时，各进行3次试验。试验数据详见下表3。
表3 满载持续行驶试验数据表
从以上试验数据来看，使用本发明所述方法，可有效降低驱动电机系统运行过程中的IGBT温升。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种抑制电动汽车同步电机控制器过热的方法，采取两路控制策略共同抑制IGBT过热，其中控制策略一，在电机控制中采用低速段开关频率分段变化控制策略，实时监测电机转速，根据不同的电机转速，设置不同的开关频率，降低电机低速段的IGBT开关损耗，达到降低IGBT发热量的目的；控制策略二，在电机控制中加入散热系统控制及IGBT过热主动抑制策略，根据IGBT温升斜率，控制冷却液流量，温升越快，冷却液流量越大，与此同时，如果IGBT温度仍继续升高，达到温度设定阈值T1时，立即执行IGBT过热主动抑制策略，将冷却液流量设为最大值Fmax；若此时IGBT温度仍升高，达到温度设定阈值T2时，则线性减小电机输出转矩，从而平稳减小电机相电流，若IGBT温度仍上升，达到温度设定阈值T3时，则IGBT过热报警，电机停止工作，防止过热损坏IGBT。
2.根据权利要求1所述的抑制电动汽车同步电机控制器过热的方法，其特征在于：所述电机转速从低到高对应的IGBT开关频率范围2KHz～10KHz。
3.根据权利要求1所述的抑制电动汽车同步电机控制器过热的方法，其特征在于：所述控制策略一包括电机转速实时监测模块、电机转速信号滤波及计算模块、IGBT开关频率设定计算模块；
电机转速实时监测模块由安装在电机输出轴上的旋转变压器、旋转变压器解码电路组成，用于采集旋转变压器的正、余弦信号，将正、余弦信号转换为数字量，通过SPI通讯总线发送给电机控制芯片DSP；
电机转速信号滤波及计算模块使用一阶滞后滤波法对旋变信号作滤波处理，再根据旋变信号计算出电机转速，测速周期0.5ms，电机转速计算公式如下：
V=（deltaR * 1000 * 60）/（P * 4096 * t），单位rpm；
式中，deltaR为相邻两个测速周期的旋变信号数字量差值，P为旋变极对数，t为转速计算周期；
开关频率设定计算模块根据当前电机转速设定IGBT开关频率。
4.根据权利要求1所述的抑制电动汽车同步电机控制器过热的方法，其特征在于：所述控制策略二由IGBT温度采样模块、IGBT温度信号滤波及计算模块、散热系统控制模块、IGBT过热主动抑制模块构成；
IGBT温度采样模块由内置于IGBT模块封装结构中的温度传感器，以及IGBT温度AD采样电路组成，温度传感器采用高精度热敏电阻，AD采样电路将温度传感器的采样信号转换为数字量，将该数字量通过数据总线发送到DSP；
IGBT温度信号滤波及计算模块采用一阶低通滤波法对IGBT温度AD采样值进行滤波处理，利用查表法，根据AD采样值查出IGBT温度实际值，选取时间段t1内的温升deltaT，计算出温升斜率，温升斜率计算公式如下：slopeT=deltaT/t1。
5.根据权利要求4所述的抑制电动汽车同步电机控制器过热的方法，其特征在于：散热系统控制模块根据IGBT温升斜率slopeT，控制驱动电机系统的冷却液流量，冷却液流量F与温升斜率slopeT成一次函数关系 F=C+k*slopeT式中，C为常数，k为比例系数；
IGBT过热主动抑制模块根据IGBT温度T，采用线性降转矩策略主动抑制IGBT过热报警，线性降转矩策略的电机输出转矩torque与设定转矩torqueSet的关系式如下：torque=torqueSet*[1-(T-T2)/(T3-T2)]
式中T为IGBT温度，T2为降转矩策略的IGBT温度阈值，T3为IGBT过热报警的温度阈值。
6.根据权利要求2所述的抑制电动汽车同步电机控制器过热的方法，其特征在于：所述电机转速从低到高对应开关频率是指电机转速与IGBT开关频率对应如下：0～300rpm:2kHz；300～600rpm：2.5kHz；600～900rpm: 4kHz；900～1200rpm: 5kHz；1200～1500rpm:6.5kHz；1500～1800rpm: 8kHz；1800～2100rpm: 9kHz；2100rpm以上: 10kHz。
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