CN107972532B - 一种电动车驱动系统控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动车驱动系统控制方法，本发明用于实现驱动系统超限控制，驱动系统超限控制是控制器中的主控模块采集各种数据，其中各种数据包括：电流数据、电压数据、温度数据等，当任何一项数据超过规定范围时，主控模块通过功率模块对电机控制，包括降低电机运行转速或停止电机运行，使超限数据恢复到正常范围。本发明控制方法能与高效永磁电机或开关磁阻电机驱动系统配合，并可将高性价比的磁电式编码器作为位置传感器，从而构成高性能电动车驱动系统，真正实现电动车高可靠性，高性能的目标。鉴于以上理由，本发明可以广泛用于电动车领域。

Description

一种电动车驱动系统控制方法

技术领域

本发明涉及电动车领域，特别是关于一种电动车驱动系统控制方法。

背景技术

电动车在节能减排、缓解气候变暖以及保障石油供应安全等方面有着传统车无法比拟的优势。日益提升的电池设备、充电技术以及充电设备也促进电动车不断普及。电动车驱动系统作为电动车动力系统中的核心部分主要由电机、传感器、控制器以及电池组构成。其中，电池组给控制器提供输入功率，控制器驱动电机运转，传感器安装在电机和控制器上，并将检测到的信息提供给控制器上的主控模块，从而构成闭环驱动系统。

然而，目前普遍采用的电动车驱动系统控制方法比较单一，重点放在了电机控制上，而忽略了电动车驱动系统作为整体的稳定性、可靠性和安全性。对组成驱动系统的电机、传感器、控制器以及电池组的异常情况缺乏保护和警示，使得维护和维修比较困难。还有，对电动车电机和控制器发热过高温的保护有缺陷，不够智能化，导致容易烧坏，增加了整个驱动系统的故障率。最后，给驱动系统提供动力支持的电池组，对其两个关键性指标电池母线电流及电压的限制不精确，出现电池过放电情况，从而影响了电池寿命。而更换电池的成本对于整个电动车来说所占比重较大，给电动车用户带来了经济压力。

综上可知，当前控制方法导致的电动车存在问题：

1)对电动车电机和控制器发热过高温的保护有缺陷，导致容易烧坏；

2)对电池母线电流及电压限制不精确，出现电池过放电情况，影响电池寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中超限控制不精准的问题，本发明提供一种电动车驱动系统控制方法来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种电动车驱动系统控制方法，包括驱动系统超限控制、温度超限控制、母线超限控制，其中，驱动系统超限控制包括功率模块电流过大和功率模块温度过高；母线超限控制包括电池组母线电压过高、母线电压过低、母线电流过大；温度超限控制包括控制器温度过高和电机温度过高；

驱动系统超限控制是控制器中的主控模块采集各种数据，其中各种数据包括：电流数据、电压数据、温度数据，当任何一项数据超过规定范围时，主控模块通过功率模块对电机控制，包括降低电机运行转速或停止电机运行，使超限数据恢复到正常范围；

具体包括以下步骤：

1)根据流过功率模块的电流值和功率模块的温度值判断是否电流过大或者温度过高，若过高，则暂停功率模块工作；

2)根据控制器温度和电机温度判断是否温度过高，若过高，则降低工作电流或者暂停控制器工作和电机工作；

3)根据电池组母线电压判断是否过高或过低，若过高或过低，则降低或停止输出控制器的运行功率，等母线电压恢复到正常范围内时，再自动恢复正常运行控制器工作；

根据电池组母线电流判断是否过大，若过大，则针对电机进行功率限制，使得母线电流大小不超过规定值；

根据电池组母线功率判断是否过大，若过大，则针对电机进行功率限制；

所述步骤2)中包括根据控制器的温度判断是否温度过高，若过高，则降低工作电流或者暂停控制器工作包括以下步骤：

211)温度传感器对控制器温度信号进行采样，并对采样的信号进行低通滤波处理；

212)根据低通滤波后的控制器温度信号，查表获得当前控制器温度；

213)判断当前控制器温度是否达到较高温度，是较高温度则降低控制器电流，否则返回211)继续；

214)判断当前控制器温度是否达到恢复温度，达到恢复温度则返回

211)继续，否则返回213)继续，同时判断是否达到控制器极限温度；

215)控制器温度达到极限温度，则停止控制器运行结束控制，否则返回213)继续；

根据电机的温度判断是否温度过高，若过高，则降低工作电流或者暂停电机工作包括以下步骤：

221)温度传感器对电机温度信号进行采样，并对采样的信号进行低通滤波处理；

222)根据低通滤波后的电机温度信号，公式计算获得当前电机温度；

223)判断当前电机温度是否达到较高温度，是较高温度则降低电机电流，否则返回221)继续；

224)判断当前电机温度是否达到恢复温度，达到恢复温度则返回221)继续，否则返回223)继续，同时判断是否达到电机极限温度；

225)电机温度达到极限温度，则停止电机运行结束控制，否则返回223)继续；

所述步骤3)中针对电池组母线电压、母线电流和母线功率控制包括以下内容：

31)母线电压传感器和母线电流传感器分别对母线电压信号Ubus_AD和母线电流信号Ibus_AD进行采样；

32)对采样的母线电压信号和母线电流信号分别进行低通滤波处理；

33)根据低通滤波处理后的母线电压信号和母线电流信号，分别计算输出母线电压反馈Ubus_fb和母线电流反馈Ibus_fb；

34)一方面，母线电压PI控制器根据设定的母线电压指令Ubus_ref和母线电压反馈Ubus_fb计算输出母线电压Ubus_out，用于母线过压或欠压保护；

另一方面，母线电流PI控制器根据设定的母线电流指令Ibus_ref和母线电流反馈Ibus_fb计算输出母线电流Ibus_out，用于母线电流限制保护；

35)根据输出母线电压Ubus_out和输出母线电流Ibus_out，计算当前输出母线功率Pbus_out，用于母线功率限制。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明用于实现驱动系统超限控制，驱动系统超限控制是控制器中的主控模块采集各种数据，其中各种数据包括：电流数据、电压数据、温度数据等，当任何一项数据超过规定范围时，主控模块通过功率模块对电机控制，包括降低电机运行转速或停止电机运行，使超限数据恢复到正常范围。本发明通过以上方法实现对电动车电机和控制器发热过高温有保护，以及对电池母线电流及电压限制精确。本发明控制方法能与高效永磁电机或开关磁阻电机驱动系统配合，并可将高性价比的磁电式编码器作为位置传感器，从而构成高性能电动车驱动系统，真正实现电动车高可靠性，高性能的目标。鉴于以上理由，本发明可以广泛用于电动车领域。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是驱动系统超限保护控制方法框架；

图2是控制器温度超限控制流程图；

图3是电机温度超限控制流程图；

图4是母线超限控制原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，驱动系统超限控制方法包括驱动系统超限控制、温度超限控制、母线超限控制。

其中，驱动系统超限控制包括功率模块电流过大和功率模块温度过高；母线超限控制包括电池组母线电压过高、母线电压过低、母线电流过大；温度超限控制包括控制器温度过高和电机温度过高。

驱动系超限控制是针对当功率模块的电流过大或温度过高时，根据过流FO保护信号和温度传感器检测信号，立刻暂停功率模块工作，从而防止功率模块损坏，提高控制器的可靠性。

母线超限控制是一方面针对当电池组母线电压过高或过低时，为保证控制器工作的稳定性，根据母线电压检测信号，停止或降低输出控制器运行功率，等母线电压恢复到正常范围内时，再自动恢复正常运行控制器工作；另一方面针对电池组母线电流过大时，为保护电池使用寿命，根据母线电流传感器检测信号，对电机进行功率限制控制，使得母线电流大小不超过规定值。其中，功率限制的实现方式如下。

安装在电机尾部的角位移传感器实时检测电机转子角位置信息，并传送给控制器上的主控模块，主控模块对角位置信息进行微分处理获得电机转速，并根据电机转速降低电机控制电流，使得电机的输出转矩变小，在同样负载情况下，因电机的输出转矩变小使得电机转速也下降，电机转速与电机输出转矩的乘积为电机功率，通过该方法可实现对电机的功率限制。

本实施例的电动车驱动系统控制方法包括以下步骤：

1)根据流过功率模块的电流值和功率模块的温度值判断是否电流过大或者温度过高，若过高，则暂停功率模块工作；

2)根据控制器温度和电机温度判断是否温度过高，若过高，则降低工作电流或者暂停控制器工作和电机工作；

21)如图2所示，根据控制器的温度判断是否温度过高，若过高，则降低工作电流或者暂停控制器工作，它包括以下步骤：

211)温度传感器对控制器温度信号进行采样，并对采样的信号进行低通滤波处理；

212)根据低通滤波后的控制器温度信号，查表获得当前控制器温度；

该表的具体制作过程为：先对温度传感器进行校准测试获得试验数据，再对试验数据进行拟合处理生成的数据表，通过查询比对该数据表可获得控制器的温度；

213)判断当前控制器温度是否达到较高温度，是较高温度则降低控制器电流，否则返回步骤211)继续；

214)判断当前控制器温度是否达到恢复温度，达到恢复温度则返回步骤211)继续，否则返回步骤213)继续，同时判断是否达到控制器极限温度；

215)控制器温度达到极限温度，则停止控制器运行结束控制，否则返回步骤213)继续；

22)如图3所示，根据电机的温度判断是否温度过高，若过高，则降低工作电流或者暂停电机工作，它包括以下步骤：

221)温度传感器对电机温度信号进行采样，并对采样的信号进行低通滤波处理；

222)根据低通滤波后的电机温度信号，公式计算获得当前电机温度；

223)判断当前电机温度是否达到较高温度，是较高温度则降低电机电流，否则返回步骤221)继续；

224)判断当前电机温度是否达到恢复温度，达到恢复温度则返回步骤221)继续，否则返回步骤223)继续，同时判断是否达到电机极限温度；

225)电机温度达到极限温度，则停止电机运行结束控制，否则返回步骤223)继续；

3)根据电池的母线电压判断是否过高或过低，若过高或过低，则降低或停止输出控制器的运行功率；

根据电池的母线电流判断是否过大，若过大，则针对电机进行功率限制；

根据电池的母线功率判断是否过大，若过大，则针对电机进行功率限制；

如图4所示，步骤3)中针对电池组母线电压、母线电流和母线功率控制包括以下步骤：

31)母线电压传感器和母线电流传感器分别对母线电压信号Ubus_AD和母线电流信号Ibus_AD进行采样；

32)对采样的母线电压信号和母线电流信号分别进行低通滤波处理；

33)根据低通滤波处理后的母线电压信号和母线电流信号，分别计算输出母线电压反馈Ubus_fb和母线电流反馈Ibus_fb；

34)一方面，母线电压PI控制器根据设定的母线电压指令Ubus_ref和母线电压反馈Ubus_fb计算输出母线电压Ubus_out，用于母线过压或欠压保护；

另一方面，母线电流PI控制器根据设定的母线电流指令Ibus_ref和母线电流反馈Ibus_fb计算输出母线电流Ibus_out，用于母线电流限制保护；

35)根据输出母线电压Ubus_out和输出母线电流Ibus_out，计算当前输出母线功率Pbus_out，用于母线功率限制。

综上可知，本发明用于实现驱动系统超限控制，驱动系统超限控制是控制器中的主控模块采集各种数据，其中各种数据包括：电流数据、电压数据、温度数据等，当任何一项数据超过规定范围时，主控模块通过功率模块对电机控制，包括降低电机运行转速或停止电机运行，使超限数据恢复到正常范围。本发明控制方法能提高电动车驱动系统整体的稳定性、可靠性和安全性，从而能适用于高效永磁电机或开关磁阻电机驱动系统，并可将高性价比的磁电式编码器作为位置传感器，从而构成高性能电动车驱动系统，真正实现电动车高可靠性，高性能的目标。

以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种电动车驱动系统控制方法，包括驱动系统超限控制、温度超限控制、母线超限控制，其中，驱动系统超限控制包括功率模块电流过大和功率模块温度过高；母线超限控制包括电池组母线电压过高、母线电压过低、母线电流过大；温度超限控制包括控制器温度过高和电机温度过高；

驱动系统超限控制是控制器中的主控模块采集各种数据，其中各种数据包括：电流数据、电压数据、温度数据，当任何一项数据超过规定范围时，主控模块通过功率模块对电机控制，包括降低电机运行转速或停止电机运行，使超限数据恢复到正常范围；

具体包括以下步骤：

1)根据流过功率模块的电流值和功率模块的温度值判断是否电流过大或者温度过高，若过高，则暂停功率模块工作；

2)根据控制器温度和电机温度判断是否温度过高，若过高，则降低工作电流或者暂停控制器工作和电机工作；

3)根据电池组母线电压判断是否过高或过低，若过高或过低，则降低或停止输出控制器的运行功率，等母线电压恢复到正常范围内时，再自动恢复正常运行控制器工作；

根据电池组母线电流判断是否过大，若过大，则针对电机进行功率限制，使得母线电流大小不超过规定值；

根据电池组母线功率判断是否过大，若过大，则针对电机进行功率限制；

所述步骤2)中包括根据控制器的温度判断是否温度过高，若过高，则降低工作电流或者暂停控制器工作包括以下步骤：

211)温度传感器对控制器温度信号进行采样，并对采样的信号进行低通滤波处理；

212)根据低通滤波后的控制器温度信号，查表获得当前控制器温度；

213)判断当前控制器温度是否达到较高温度，是较高温度则降低控制器电流，否则返回211)继续；

214)判断当前控制器温度是否达到恢复温度，达到恢复温度则返回211)继续，否则返回213)继续，同时判断是否达到控制器极限温度；

215)控制器温度达到极限温度，则停止控制器运行结束控制，否则返回213)继续；

根据电机的温度判断是否温度过高，若过高，则降低工作电流或者暂停电机工作包括以下步骤：

221)温度传感器对电机温度信号进行采样，并对采样的信号进行低通滤波处理；

222)根据低通滤波后的电机温度信号，公式计算获得当前电机温度；

223)判断当前电机温度是否达到较高温度，是较高温度则降低电机电流，否则返回221)继续；

224)判断当前电机温度是否达到恢复温度，达到恢复温度则返回221)继续，否则返回223)继续，同时判断是否达到电机极限温度；

225)电机温度达到极限温度，则停止电机运行结束控制，否则返回223)继续；

所述步骤3)中针对电池组母线电压、母线电流和母线功率控制包括以下步骤：

31)母线电压传感器和母线电流传感器分别对母线电压信号Ubus_AD和母线电流信号Ibus_AD进行采样；

32)对采样的母线电压信号和母线电流信号分别进行低通滤波处理；

33)根据低通滤波处理后的母线电压信号和母线电流信号，分别计算输出母线电压反馈Ubus_fb和母线电流反馈Ibus_fb；

34)一方面，母线电压PI控制器根据设定的母线电压指令Ubus_ref和母线电压反馈Ubus_fb计算输出母线电压Ubus_out，用于母线过压或欠压保护；

另一方面，母线电流PI控制器根据设定的母线电流指令Ibus_ref和母线电流反馈Ibus_fb计算输出母线电流Ibus_out，用于母线电流限制保护；

35)根据输出母线电压Ubus_out和输出母线电流Ibus_out，计算当前输出母线功率Pbus_out，用于母线功率限制。

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