CN109185185A

CN109185185A - 一种风冷电机控制器冷却风扇控制系统及方法

Info

Publication number: CN109185185A
Application number: CN201811023771.7A
Authority: CN
Inventors: 刘蕾; 段锐; 胡生瑞; 程胜民
Original assignee: Hefei JEE Power System Co Ltd
Current assignee: Hefei JEE Power System Co Ltd
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2019-01-11
Anticipated expiration: 2038-09-04
Also published as: CN109185185B

Abstract

本发明公开了一种基于门限值的风冷电机控制器冷却风扇控制系统及方法，包括依次连接的如下模块：输入信号采集及处理模块，用于采集电驱动系统中电机控制器及电机的运行参数；风扇占空比计算模块，用于根据输入信号采集及处理模块的输出信号和功率模块开关频率计算得到风扇运行占空比；风扇驱动模块，根据风扇占空比计算模块输出的风扇占空比输出驱动电流驱动风扇运行。本发明综合考虑直流母线电压、功率模块温度、电机控制器温度、电机实际执行扭矩、电机转速（或车速）、功率模块开关频率，实现在满足不同的门限值条件下执行散热风扇0~100%的控制。

Description

一种风冷电机控制器冷却风扇控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电动汽车电驱动系统控制技术领域，具体涉及一种风冷电机控制器冷却风扇控制系统及方法。

背景技术

电驱动系统作为电动汽车的重要组成部分，是实现机械能与电能相互转化的关键。电驱动系统主要包括电机控制器和电机本体，其中电机控制器中的功率模块价格不菲且对温度的敏感度较高。近年来，随着电动汽车的迅猛发展和消费者对于电动汽车动力性的要求，使得高功率密度电驱动系统得到了广泛地应用。功率密度的提高对于电驱动系统的散热条件提出了更高的要求，散热条件已经成为电驱动系统性能提升的一个重要瓶颈。

电机控制器中的功率模块在工作过程中由于开关损耗和导通损耗将会产生大量的热量，这些热量仅仅依靠自然冷却是无法正常散发出去，因而必须通过强制冷却的方法来避免由于热量累积而造成功率模块损坏。常用的电机控制器冷却方式有强制风冷和强制水冷。其中强制水冷需要在电机控制器中设置水道，同时整车还需要安装水循环系统，整车成本将会有较大增加，但是散热效果较强制风冷要好。例如专利CN205768624中说明的一种电机、电机控制器散热控制系统即为强制水冷控制系统的典型代表，该控制系统使用水泵、水箱及PWM无刷散热风扇的配合来对电机和电机控制器进行散热，能够保证电机和控制器的正常运转。

强制风冷的电机控制器则是通过散热基板导热和专用冷却风扇来散发热量，整车结构变动较小，散热装置成本较低，在成本要求较高的市场竞争环境下风冷电机控制器仍然具有较强的竞争力。风冷电机控制器的冷却风扇控制首先要保证良好的散热效果，风扇转速越高散热效果越好。另外，冷却风扇的工作噪声也是人们关注的重点，转速越高、风量越大造成的噪声也会越大。由于现在整车企业对于NVH（噪声、振动与声振粗糙度）的严格要求，使得电机控制器用散热风扇除了优先考虑其散热效果之外，还需重点关注其工作噪声的控制。

此外，虽然专利CN205768624中的冷却风扇与本专利所针对的冷却风扇并不是同一部件，但是其控制方法仍具有一定对比价值。对比专利中的控制方法可以发现其仅仅根据电机控制器温度和电机温度来控制风扇的占空比，这是远远不够的。因为电机控制器中大部分的热量来源于功率模块，利用功率模块温度来控制风扇最为直接，而电机控制器温度往往相对热量变化有所滞后。

发明内容

本发明目的是：提供一种风冷电机控制器冷却风扇控制系统及方法，克服现有技术的不足，综合考虑直流母线电压、功率模块温度、电机控制器温度、电机实际执行扭矩、电机转速（或车速）、功率模块开关频率，实现在满足不同的门限值条件下执行散热风扇0~100%的控制的目的。

本发明的技术方案是：一种风冷电机控制器冷却风扇控制系统，包括依次连接的如下模块：

输入信号采集及处理模块，用于采集电驱动系统中电机控制器及电机的运行参数，同时对采集到的信号进行滤波整形处理以抑制噪声干扰、提高信号质量，计算并输出功率模块温度、电机控制器温度、电机实际执行扭矩、电机转速、直流母线电压至风扇占空比计算模块；

风扇占空比计算模块，用于根据输入信号采集及处理模块的输出信号和功率模块开关频率计算得到风扇运行占空比，并输出至风扇驱动模块；

风扇驱动模块，根据风扇占空比计算模块输出的风扇占空比输出驱动电流驱动风扇运行。

在一个实施例中，用车速信号代替所述电机转速信号，所述车速信号由整车控制器通过CAN总线或FlexRay总线发送至风扇占空比计算模块。

本发明实施例还提供一种风冷电机控制器冷却风扇控制方法，包括：

S1：输入信号采集及处理模块采集并处理电驱动系统中电机控制器及电机的运行参数：功率模块温度、电机控制器温度、电机实际执行扭矩、电机转速、直流母线电压；

S2：风扇占空比计算模块根据输入信号采集及处理模块的输出信号和功率模块开关频率计算得到风扇运行占空比；

S3：风扇驱动模块根据风扇占空比计算模块计算的风扇占空比输出驱动电流驱动风扇运行。

在一个实施例中，所述S2中具体的计算方法为：

S21：判断是否功率模块温度大于等于门限值T_Driver2或电机控制器温度大于门限值T_MCU2，如果否，则进行S22，如果是，则风扇运行占空比的设置分为：

S211：若功率模块温度小于门限值T_Driver3且电机控制器温度小于门限值T_MCU3，则分为3种情况：

S2111：若电机转速小于门限值Spd_Limit1，则风扇占空比设置为Duty1；

S2112：若电机转速大于门限值Spd_Limit2，且小于门限值Spd_Limit3，则风扇占空比设置为Duty2；

S2113：若电机转速大于门限值Spd_Limit4，则风扇占空比设置为Duty3；

S212：若功率模块温度大于门限值T_Driver4，或电机控制器温度大于门限值T_MCU4，则分为2种情况：

S2121：电机实际执行扭矩Trq_Act小于门限值Trq_Limit，且功率模块温度小于T_Driver5，电机控制器温度小于门限值T_MCU5，则风扇占空比设置为Duty4；

S2122：除S2121所列条件之外，风扇占空比设置为100%；

S22：若功率模块温度小于门限值T_Driver1且电机控制器温度小于门限值T_MCU1，则置风扇运行占空比设置为0，即风扇停止运行；

S23：在满足所述S21中任一条件时，若同时满足电机实际执行扭矩Trq_Act小于门限值Trq_Limit1，且电机转速小于门限值Spd_Limit5，功率模块温度小于T_Driver6，电机控制器温度小于门限值T_MCU6，则风扇占空比设置为0。

其中，所述风扇占空比Duty1、Duty2、Duty3、Duty4的关系为：

0< Duty1< Duty2< Duty3≤Duty4<100%；

所述功率模块温度门限值T_Driver1、T_Driver2、T_Driver3、T_Driver4、T_Driver5、T_Driver6关系为：

T_Driver1< T_Driver2< T_Driver6< T_Driver3< T_Driver4< T_Driver5；

所述电机控制器温度门限值T_MCU1、T_MCU2、T_MCU3、T_MCU4、T_MCU5、T_MCU6关系为：

T_MCU1<T_MCU2<T_MCU6<T_MCU3<T_MCU4<T_MCU5；

所述电机转速门限值Spd_Limit1、 Spd_Limit2、 Spd_Limit3、Spd_Limit4、Spd_Limit5的关系为：

Spd_Limit5< Spd_Limit1< Spd_Limit2< Spd_Limit3< Spd_Limit4。

在一个实施例中，所述风扇占空比Duty1、Duty2、Duty3、Duty4均为初始占空比Duty，根据功率模块开关频率和直流母线电压确定风扇占空比补偿值∆Duty，根据初始占空比Duty和输出扭矩补偿值∆Duty得到最终输出占空比Duty_Act；

Duty_Act = Duty + ∆Duty；

上述根据功率模块开关频率Freq和直流母线电压V确定风扇占空比补偿值∆Duty时的计算公式为：

∆Duty = k1*Freq + k2/V，k1，k2为比例因子，为正值。

在一个实施例中，所述电机转速由车速来代替，转速门限值Spd_Limit1、Spd_Limit2、Spd_Limit3、Spd_Limit4及Spd_Limit5转换为VehSpd_Limit1、VehSpd_Limit2、VehSpd_Limit3、VehSpd_Limit4及VehSpd_Limit5，转换公式为：

VehSpd_Limit = [轮胎宽度* （轮胎高宽比/100）* 2 + 轮毂直径* 25.4] * 3.14 *0.00006* Spd_Limit / 传动比。

在一个实施例中，T_Driver1等于T_MCU1，T_Driver2等于T_MCU2，T_Driver3等于T_MCU3，T_Driver4等于T_MCU4，T_Driver5等于T_MCU5，T_Driver6等于T_MCU6。

本发明的优点是：本发明提案的一种基于门限值的风冷电机控制器冷却风扇控制系统及方法，方案简单逻辑清晰易于实现。在计算冷却风扇占空比时综合考虑直流母线电压、功率模块温度、电机控制器温度、电机实际执行扭矩、电机转速（或车速）及功率模块开关频率这些电驱动系统运行参数。高速下能够利用整车的风噪和胎噪将风扇工作噪声掩盖，而针对满足特定条件的整车低转速运行或停车工况又能够选择性地将风扇关闭。本提案能够实现风扇散热效果与工作噪声之间的平衡，实际应用效果较好。

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为本发明实施例基于门限值的风冷电机控制器冷却风扇控制系统示意框图；

图2为本发明实施例风冷电机控制器冷却风扇控制方法中风扇占空比计算模块计算方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例中，一种的风冷电机控制器冷却风扇控制系统，包括依次连接的输入信号采集及处理模块、风扇占空比计算模块、风扇驱动模块。所述输入信号采集及处理模块，用于采集电驱动系统中电机控制器及电机的运行参数，同时对采集到的信号进行滤波整形处理以抑制噪声干扰、提高信号质量，计算并输出功率模块温度、电机控制器温度、电机实际执行扭矩、电机转速、直流母线电压至风扇占空比计算模块，所述风扇占空比计算模块用于根据输入信号采集及处理模块的输出信号和功率模块开关频率计算得到风扇运行占空比，并输出至风扇驱动模块；所述风扇驱动模块则根据风扇占空比计算模块输出的风扇占空比输出驱动电流驱动风扇运行。其中电机转速信号可以使用车速信号来代替，车速信号可以由整车控制器（Vehicle Control Uint ,VCU）通过CAN总线或FlexRay总线发送至风扇占空比计算模块。

本发明实施例还提供一种风冷电机控制器冷却风扇控制方法：包括如下步骤：

步骤1：输入信号采集及处理模块采集并处理电驱动系统中电机控制器及电机的运行参数：功率模块温度、电机控制器温度、电机实际执行扭矩、电机转速、直流母线电压；

步骤2：风扇占空比计算模块根据输入信号采集及处理模块的输出信号和功率模块开关频率计算得到风扇运行占空比；

步骤3：风扇驱动模块根据风扇占空比计算模块计算的风扇占空比输出驱动电流驱动风扇运行。

在一个实施例中具体的，如图2所示，所述步骤2中风扇占空比计算模块根据输入信号采集及处理模块的输出信号和功率模块开关频率计算得到风扇运行占空比的具体的计算方法为：

步骤2.1：若功率模块温度大于门限值T_Driver2，或电机控制器温度大于门限值T_MCU2，则风扇运行占空比的设置分为：

（1）功率模块温度小于门限值T_Driver3且电机控制器温度小于门限值T_MCU3，则分为3种情况：

（1.1）若电机转速小于门限值Spd_Limit1，则风扇占空比设置为Duty1；

（1.2）若电机转速大于门限值Spd_Limit2，且小于门限值Spd_Limit3，则风扇占空比设置为Duty2；

（1.3）若电机转速大于门限值Spd_Limit4，则风扇占空比设置为Duty3；

（2）功率模块温度大于门限值T_Driver4，或电机控制器温度大于门限值T_MCU4，则分为2种情况：

（2.1）电机实际执行扭矩Trq_Act小于门限值Trq_Limit，且功率模块温度小于T_Driver5，电机控制器温度小于门限值T_MCU5，则风扇占空比设置为Duty4；

（2.2）除（2.1）条所列条件之外，风扇占空比均设置为100%。

步骤2.2：若功率模块温度小于门限值T_Driver1且电机控制器温度小于门限值T_MCU1，则置风扇运行占空比设置为0，即风扇停止运行；

步骤2.3：在满足前述步骤2.1中任一条件时，若同时满足电机实际执行扭矩Trq_Act小于门限值Trq_Limit1，且电机转速小于门限值Spd_Limit5，功率模块温度小于T_Driver6，电机控制器温度小于门限值T_MCU6，则风扇占空比设置为0。

上述风扇占空比Duty1、Duty2、Duty3、Duty4的关系为：

0< Duty1< Duty2< Duty3≤Duty4<100%；

T_Driver1< T_Driver2< T_Driver6< T_Driver3< T_Driver4< T_Driver5；

上述电机控制器温度门限值T_MCU1、T_MCU2、T_MCU3、T_MCU4、T_MCU5、T_MCU6关系为：

T_MCU1<T_MCU2<T_MCU6<T_MCU3<T_MCU4<T_MCU5

上述电机转速门限值Spd_Limit1、 Spd_Limit2、 Spd_Limit3、Spd_Limit4、Spd_Limit5的关系为

Spd_Limit5< Spd_Limit1< Spd_Limit2< Spd_Limit3< Spd_Limit4

上述风扇占空比Duty1、Duty2、Duty3、Duty4均为初始占空比Duty，根据功率模块开关频率和直流母线电压确定风扇占空比补偿值∆Duty，根据初始占空比Duty和输出扭矩补偿值∆Duty，得到最终输出占空比Duty_Act；

Duty_Act = Duty + ∆Duty；

∆Duty = k1*Freq + k2/V，k1，k2为比例因子，均为正值。

上述电机转速若由车速来代替，则转速门限值Spd_Limit1、Spd_Limit2、Spd_Limit3、Spd_Limit4及Spd_Limit5则应转换为VehSpd_Limit1、VehSpd_Limit2、VehSpd_Limit3、VehSpd_Limit4及VehSpd_Limit5，转换公式为：

VehSpd_Limit1 = [轮胎宽度* （轮胎高宽比/100）* 2 + 轮毂直径* 25.4] * 3.14 *0.00006* Spd_Limit1 / 传动比

上述所有门限值和k1、k2均需根据试验标定确定。在具体实施用例中，为了节约门限值标定工作量可以选择T_Driver1等于T_MCU1，T_Driver2等于T_MCU2，T_Driver3等于T_MCU3，T_Driver4等于T_MCU4，T_Driver5等于T_MCU5，T_Driver6等于T_MCU6。

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

1.一种风冷电机控制器冷却风扇控制系统，其特征在于，包括依次连接的如下模块：

2.如权利要求1所述冷却风扇控制系统，其特征在于，用车速信号代替所述电机转速信号，所述车速信号由整车控制器通过CAN总线或FlexRay总线发送至风扇占空比计算模块。

3.一种风冷电机控制器冷却风扇控制方法，其特征在于，包括：

4.如权利要求3所述冷却风扇控制方法，其特征在于，所述S2中具体的计算方法为：

S2122：除S2121所列条件之外，风扇占空比设置为100%；

S23：在满足所述S21中任一条件时，若同时满足电机实际执行扭矩Trq_Act小于门限值Trq_Limit1，且电机转速小于门限值Spd_Limit5，功率模块温度小于T_Driver6，电机控制器温度小于门限值T_MCU6，则风扇占空比设置为0；

其中，所述风扇占空比Duty1、Duty2、Duty3、Duty4的关系为：

0< Duty1< Duty2< Duty3≤Duty4<100%；

T_Driver1< T_Driver2< T_Driver6< T_Driver3< T_Driver4< T_Driver5；

T_MCU1<T_MCU2<T_MCU6<T_MCU3<T_MCU4<T_MCU5；

Spd_Limit5< Spd_Limit1< Spd_Limit2< Spd_Limit3< Spd_Limit4。

5.如权利要求4所述冷却风扇控制方法，其特征在于，所述风扇占空比Duty1、Duty2、Duty3、Duty4均为初始占空比Duty，根据功率模块开关频率和直流母线电压确定风扇占空比补偿值∆Duty，根据初始占空比Duty和输出扭矩补偿值∆Duty得到最终输出占空比Duty_Act；

Duty_Act = Duty + ∆Duty；

∆Duty = k1*Freq + k2/V，k1，k2为比例因子，为正值。

6.如权利要求4所述冷却风扇控制方法，其特征在于，所述电机转速由车速来代替，转速门限值Spd_Limit1、Spd_Limit2、Spd_Limit3、Spd_Limit4及Spd_Limit5转换为VehSpd_Limit1、VehSpd_Limit2、VehSpd_Limit3、VehSpd_Limit4及VehSpd_Limit5，转换公式为：

7.如权利要求4所述冷却风扇控制方法，其特征在于，T_Driver1等于T_MCU1，T_Driver2等于T_MCU2，T_Driver3等于T_MCU3，T_Driver4等于T_MCU4，T_Driver5等于T_MCU5，T_Driver6等于T_MCU6。