CN109696627A - 一种电动汽车电机三相动力线缺相故障诊断方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车电机三相动力线缺相故障诊断方法及装置，方法包括如下步骤：S1.进行转矩波动异常诊断和零序电流故障诊断，当发生转矩波动故障或不发生零序电流故障时，跳转至步骤S2，否则跳转至步骤S3；S2.当各相的电流值中的最大值大于预设的相电流阈值时，判定为缺相故障，并判定各相的电流值中的最小值对应的相为故障相，否则跳转至步骤S3；S3.结束本次故障诊断。本发明具有在电机处于高转速、小电流、转矩脉动、电流采样故障等特殊工况下故障诊断准确性高、误差小、计算量小、诊断效率高，可准确确定故障相等优点。

Description

一种电动汽车电机三相动力线缺相故障诊断方法及装置
技术领域
本发明涉及三相动力故障诊断领域，尤其涉及一种电动汽车电机三相动力线缺相故障诊断方法及装置。
背景技术
电机驱动控制器及其驱动电机是电动汽车的核心部件，两者共同为电动汽车的正常行驶提供动力。电机驱动控制器接收整车控制器的指令信号，将电动汽车高压直流侧的电池电压通过脉宽调制技术转换为特定频率和幅值的交流电压，输出给驱动电机，以产生所需的转矩、转速，电机驱动控制器和驱动电机之间用三相动力线进行连接。
三相动力线在长期使用后，可能会由于振动、腐蚀等原因出现接头松动、断裂等现象，这将导致电机驱动控制器与驱动电机之间的连接失效，通常称这一现象为缺相。缺相将导致转矩输出脉动过大、交流电流波形畸变、电机噪声增加等异常现象，严重时会出现过流，甚至损坏控制器或电机。因此，缺相的可靠诊断对电动汽车的功能安全研究具有重要意义。
现有技术中对电机的三相动力线缺相故障具有一定的研究，但仍然存在一定的不足，包括：1、将三相电流不平衡现象误诊断为缺相；2、故障相电流的衰减过程较长、缺相检测时间长，时效性不高；3、对于每一相电流的缺相检测，均需要存储三组数据，计算量较大；4、在特殊工况下存在误判、漏检和不能诊断具体故障相；5、故障相定位错误等。
本发明的背景技术文件包括：申请号为：201310666333.3，名称为《一种电动汽车PMSM驱动系统缺相故障的诊断方法》和申请号为：201310666333.3，名称为《电机缺相检测及保护方法、电机缺相保护系统》。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种在电机处于高转速、小电流、转矩脉动、电流采样故障等特殊工况下故障诊断准确性高、误差小、计算量小、诊断效率高，可准确确定故障相的电动汽车电机三相动力线缺相故障诊断方法及装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种电动汽车电机三相动力线缺相故障诊断方法，包括如下步骤：
S1.进行转矩波动异常诊断和零序电流故障诊断，当发生转矩波动故障或不发生零序电流故障时，跳转至步骤S2，否则跳转至步骤S3；
S2.当各相的电流值中的最大值大于预设的相电流阈值时，判定为缺相故障，并判定各相的电流值中的最小值对应的相为故障相，否则跳转至步骤S3；
S3.结束本次故障诊断。进一步地，在所述步骤S1之前，还包括三相不平衡诊断，当诊断为三相不平衡故障时，执行步骤S1，否则跳转至步骤S3。
进一步地，所述三相不平衡诊断的具体步骤包括：获取电机正常运行状态时各相的电流值，并根据所述各相的电流值计算三相不平衡度和相间差值，当所述三相不平衡度大于预设的不平衡阈值或所述相间差值大于预设的相间差阈值时，诊断为三相不平衡故障。
进一步地，所述转矩波动异常诊断的具体步骤包括：在电机正常运行状态，且转矩指令在预设的时间段时无变化时，进行转矩测量获得转矩波动值，当所述转矩波动值大于预设的转矩异常阈值时，判定发生转矩波动故障。
进一步地，所述零序电流故障诊断的具体步骤包括：在电机正常运行状态获取零序电流值，当所述零序电流值大于预设的零序电流阈值时，判定发生零序电流故障。
进一步地，所述电机正常运行状态为电机的转速大于预设转速阈值的运行状态。
进一步地，所述各相的电流值、零序电流值、转矩波动值均为在诊断周期内的平均值，所述平均值为算术平均值。
进一步地，将缺相故障诊断的结果进行自保持。
进一步地，所述不平衡阈值的取值范围优选为[1.5，2.0]；所述相间差阈值优选为电机额定的电流的预设第一百分比值；所述转矩异常阈值优选为电机额定转矩的预设第二百分比值；所述零序电流阈值优选为[5A，20A]；所述相电流阈值优选为电机额定的电流的预设第三百分比值；所述转速阈值的取值范围优选为[0.5Hz，1.0Hz]。
进一步地，所述预设第一百分比值的取值范围优选为[20％，30％]；所述预设第二百分比值的取值范围优选为[5％，10％]；所述预设第三百分比值的取值范围优选为[10％，15％]。
一种电动汽车电机三相动力线缺相故障诊断装置，包括有存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时可实现如上任一项所述的诊断方法。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明采集诊断周期内各参数的平均值作为诊断的依据，消除了因干扰等因素造成的单次采样误差过大而引起的误判；并通过算术平均的方法来计算平均值，对电流波形是否畸变无特殊要求，因此提高了在系统高转速出现过调制等工况下的故障诊断准确率。
2、本发明在三相不平衡度诊断的基础上，增加了电流绝对误差的判断条件，能有效提高在重载大电流工况下的故障识别率。
3、本发明将零序电流值作为缺相诊断的进一步判断条件，能降低因电流采样故障等因素造成的误判，提高了缺相故障诊断的准确率。
4、本发明将输出转矩波动值作为零序电流值的冗余诊断条件，能提高缺相诊断的响应速度，同时降低故障漏检的概率。
附图说明
图1为本发明具体实施例的流程示意图。
图2为本发明具体实施例零序电流故障诊断流程示意图。
图3为本发明具体实施例转矩波动异常诊断流程示意图。
图4为本发明具体实施例三相不平衡诊断流程示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例的电动汽车电机三相动力线缺相故障诊断方法，包括如下步骤：S1.进行转矩波动异常诊断和零序电流故障诊断，当发生转矩波动故障或不发生零序电流故障时，跳转至步骤S2，否则跳转至步骤S3；S2.当各相的电流值中的最大值大于预设的相电流阈值时，判定为缺相故障，并判定各相的电流值中的最小值对应的相为故障相，否则跳转至步骤S3；S3.结束本次故障诊断。
在本实施例中，在步骤S1之前，还包括三相不平衡诊断S1A，当诊断为三相不平衡故障时，执行步骤S1，否则跳转至步骤S3。本实施例中，将缺相故障诊断的结果进行自保持，根据自保持的结果判断是否需要再次进行诊断。在诊断前，判断电机是否已被诊断为缺相故障，即缺相故障标志Breakflag是否已被置位为1，是则直接结束本轮缺相故障诊断，否则进行缺相故障诊断，从而提高了诊断程序的执行效率。
在本实施例中，首先对电机的运行状态进行采样。具体地，在电机的正常运行状态，即电机的运行标志Runflag置位，且电机的转速大于预设转速阈值Thspd的运行状态。在采样周期对电机三相的电流值进行采样，得到三相的电流分别为Ia、Ib、Ic，并计算采样周期内电机a、b、c三相的电流值的绝对值的累加值Ia_sum、Ib_sum、Ic_sum，并分别计算电机a、b、c三相在采样周期内的电流平均值Ia_ave、Ib_ave、Ic_ave。电流值的绝对值的累加值的计算如式：Ix_sum＝|Ix|+Ix_sum，其中，x为a或b或c，Ix为a或b或c相的电流实测值，计算电流平均值如式：Ix_ave＝Ix_sum/n，其中，x为a或b或c，n为采样周期内的采样次数，即计算累加值时的累加次数。确定电流平均值Ia_ave、Ib_ave、Ic_ave中的最大值为Iac_max，最小值为Iac_min。则三相不平衡度D＝Iac_max/Iac_min，相间差值为Imax-min＝Iac_max-Iac_min。在采样周期内，计算零序电流为Izero＝Ia+Ib+Ic，对采样周期内的零序电流进行累加，得到零序电流累加值Izero_sum＝(Ia+Ib+Ic)+Izero_sum，在采样周期结束后，计算零序电流平均值Izero_ave＝Izero_sum/n，n为采样周期内的采样次数。本实施例中，以采样周期内的零序电流平均值作为故障诊断的零电流值。本实施例中，在采样周期内，以预设的时间段设为1s，判断给定转矩指令是否持续1s无变化，如果无变化，则计算本次转矩波动量Tew，否则将本次Tew清零，从而避免电机在加减速过程中因转矩正常变化而造成的输出转矩波动误判。根据当前转矩值Tepresent和前一次采样的转矩值Telast，计算转矩波动量Tew＝Telast-Tepresent。将转矩波动量的绝对值进行累加，转矩波动累加值Tew_sum＝|Tew|+Tew_sum，计算转矩波动量的平均值Tew_ave＝Tew_sum/n，n为采样周期内的采样次数。本实施例中以采样周期内转矩波动量的平均值作为采样周期的转矩波动值。本实施例中进行三相不平衡诊断、转矩波动异常诊断、零序电流故障诊断和缺相诊断均根据采样周期内的计算得到的参数进行。在本实施例中，对于数据的采样，包括先判断后采样策略和先采样后判断策略。先判断后采样策略为先判断电机是否处于正常运行状态，在电机处于正常运行状态时进行数据的采样。先采样后判断策略为先进行数据的采样，再判断所采样的数据是否为电机正常运行状态下的数据，是则将该采样数据作为有效采样数据，否则将该数据作为无效采样数据抛弃；采用该策略程序流程更加简洁，诊断的效率更高。本实施例中即采用先采样后判断策略。
在本实施例中，如图4所示，三相不平衡诊断的具体步骤包括：获取电机正常运行状态时各相的电流值，并根据各相的电流值计算三相不平衡度和相间差值，当三相不平衡度大于预设的不平衡阈值或相间差值大于预设的相间差阈值时，诊断为三相不平衡故障。具体在本实施例中，当三相不平衡度D大于预设的不平衡阈值ThD，或相间差值Imax-min大于预设的相间差阈值Thmax-min时，诊断为三相不平衡故障，置缺相诊断使能标志为1。
如图3所示，本实施例转矩波动异常诊断的具体步骤包括：在电机正常运行状态，且转矩指令在预设的时间段时无变化时，进行转矩测量获得转矩波动值，当转矩波动值大于预设的转矩异常阈值时，判定发生转矩波动故障。当转矩波动值Tew_ave大于预设的转矩异常阈值Thw时，判定发生转矩波动故障，置转矩波动故障标志Tewflag为1。
如图2所示，本实施例零序电流故障诊断的具体步骤包括：在电机正常运行状态获取零序电流值，当零序电流值大于预设的零序电流阈值时，判定发生零序电流故障。具体在本实施例中，在电机的正常运行状态，即电机的运行标志Runflag置位，且电机的转速大于预设转速阈值Thspd的运行状态。在采样周期对电机三相的电流值进行采样，得到三相的电流分别为Ia、Ib、Ic，当零序电流值Izero_ave大于预设的零序电流阈值Thzero时，判定发生零序电流故障，置零序电流故障标志Zeroflag为1。
在本实施例中，在进行三相不平衡诊断、转矩波动异常诊断、零序电流故障诊断后，在步骤S2中，进行缺相故障诊断，当各相的电流值中的最大值大Iac_max于预设的相电流阈值Thac_max时，判定为缺相故障，通过此电流绝对误差的判断条件，可有效提高在重载大电流工况下的故障识别率。在本实施例中，进一步判定各相的电流值中的最小值对应的相为故障相，即Ia_ave、Ib_ave、Ic_ave中值等于Iac_min的相为故障相。
在本实施例中，各相的电流值、零序电流值、转矩波动值均为在诊断周期内的平均值，平均值为算术平均值。通过计算平均值，可以消除因干扰而造成的单次采样误差过大，引起缺相诊断的错误。通过采用算术平均值的方法，对电流波形是否畸变无特殊要求，可提高在系统高转速出现过调制等工况下的故障诊断准确率。
在本实施例中，不平衡阈值ThD的取值范围优选为[1.5，2.0]；相间差阈值Thmax-min优选为电机额定的电流的预设第一百分比值；转矩异常阈值Thw优选为电机额定转矩的预设第二百分比值；零序电流阈值Thzero优选为[5A，20A]；相电流阈值Thac_max优选为电机额定的电流的预设第三百分比值；转速阈值Thspd的取值范围优选为[0.5Hz，1.0Hz]。其中，预设第一百分比值的取值范围优选为[20％，30％]；预设第二百分比值的取值范围优选为[5％，10％]；预设第三百分比值的取值范围优选为[10％，15％]。
本实施例的电动汽车电机三相动力线缺相故障诊断装置，包括有存储器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被执行时可实现如上的诊断方法。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种电动汽车电机三相动力线缺相故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.进行转矩波动异常诊断和零序电流故障诊断，当发生转矩波动故障或不发生零序电流故障时，跳转至步骤S2，否则跳转至步骤S3；
S2.当各相的电流值中的最大值大于预设的相电流阈值时，判定为缺相故障，并判定各相的电流值中的最小值对应的相为故障相，否则跳转至步骤S3；
S3.结束本次故障诊断。
2.根据权利要求1所述的电动汽车电机三相动力线缺相故障诊断方法，其特征在于：在所述步骤S1之前，还包括三相不平衡诊断，当诊断为三相不平衡故障时，执行步骤S1，否则跳转至步骤S3。
3.根据权利要求2所述的电动汽车电机三相动力线缺相故障诊断方法，其特征在于：所述三相不平衡诊断的具体步骤包括：获取电机正常运行状态时各相的电流值，并根据所述各相的电流值计算三相不平衡度和相间差值，当所述三相不平衡度大于预设的不平衡阈值或所述相间差值大于预设的相间差阈值时，诊断为三相不平衡故障。
4.根据权利要求3所述的电动汽车电机三相动力线缺相故障诊断方法，其特征在于：所述转矩波动异常诊断的具体步骤包括：在电机正常运行状态，且转矩指令在预设的时间段时无变化时，进行转矩测量获得转矩波动值，当所述转矩波动值大于预设的转矩异常阈值时，判定发生转矩波动故障。
5.根据权利要求4所述的电动汽车电机三相动力线缺相故障诊断方法，其特征在于：所述零序电流故障诊断的具体步骤包括：在电机正常运行状态获取零序电流值，当所述零序电流值大于预设的零序电流阈值时，判定发生零序电流故障。
6.根据权利要求5所述的电动汽车电机三相动力线缺相故障诊断方法，其特征在于：所述电机正常运行状态为电机的转速大于预设转速阈值的运行状态。
7.根据权利要求6所述的电动汽车电机三相动力线缺相故障诊断方法，其特征在于：所述各相的电流值、零序电流值、转矩波动值均为在诊断周期内的平均值，所述平均值为算术平均值。
8.根据权利要求7所述的电动汽车电机三相动力线缺相故障诊断方法，其特征在于：将缺相故障诊断的结果进行自保持。
9.根据权利要求8所述的电动汽车电机三相动力线缺相故障诊断方法，其特征在于：所述不平衡阈值的取值范围优选为[1.5，2.0]；所述相间差阈值优选为电机额定的电流的预设第一百分比值；所述转矩异常阈值优选为电机额定转矩的预设第二百分比值；所述零序电流阈值优选为[5A，20A]；所述相电流阈值优选为电机额定的电流的预设第三百分比值；所述转速阈值的取值范围优选为[0.5Hz，1.0Hz]。
10.根据权利要求9所述的电动汽车电机三相动力线缺相故障诊断方法，其特征在于：所述预设第一百分比值的取值范围优选为[20％，30％]；所述预设第二百分比值的取值范围优选为[5％，10％]；所述预设第三百分比值的取值范围优选为[10％，15％]。
11.一种电动汽车电机三相动力线缺相故障诊断装置，其特征在于：包括有存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时可实现如权利要求1至10任一项所述的诊断方法。
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