CN109951118A - 控制直流母线放电方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

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CN109951118A CN201711385477.6A CN201711385477A CN109951118A CN 109951118 A CN109951118 A CN 109951118A CN 201711385477 A CN201711385477 A CN 201711385477A CN 109951118 A CN109951118 A CN 109951118A
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Abstract

本发明提供一种控制直流母线放电方法，包括接收主动泄放指令；根据所述主动泄放指令获取电机电流信号；将所述电机电流信号转换为定子坐标系下的电流信号；基于所述定子坐标系下的电流信号、预设定子坐标系的电流参考指令输出定子坐标系下的电压控制信号；所述电流参考指令为高频交流电流；将所述定子坐标系下的电压控制信号转换为三相电压控制信号，并根据所述三相电压控制信号控制开关器件的工作状态。上述放电方法通过设定预设的高频交流电流参考指令，基于该电流参考指令、在定子坐标系下对电机电流进行控制，实现对直流母线的主动放电。控制过程在定子坐标系下进行，无需转子位置传感器获取转子转角信息，在转子位置传感器失效时也可工作。

Description

控制直流母线放电方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种控制直流母线放电方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
采用永磁同步电机作为驱动电机的电动汽车高压系统，由动力电池包、驱动电机逆变器、永磁同步电机和其他高压用电器组成。在严重故障情况下，动力电池包内部继电器断开，停止给高压回路供电，但是直流母线上的电容会因残余电能而有高压，这些高电压对乘员、维修人员而言存在潜在的安全风险。因此整车安全规范中会要求在电池包内部继电器断开后，通过一定的办法迅速将高压直流母线上残余电能泄放掉，这种放电过程被称为高压系统的主动放电。
在现有的控制直流母线的放电方法中，通过转子位置传感器获取永磁同步电机转子转角，根据转子转角对定子电流进行控制，以控制直流母线的放电。但在这种方法中，一旦转子位置传感器失效，将不能实现直流母线的快速放电。
发明内容
基于此，有必要针对转子位置传感器失效时无法实现直流母线的快速放电问题，提供一种控制直流母线放电方法、一种控制直流母线放电装置、计算机设备及计算机存储介质。
一种控制直流母线放电方法，包括：
接收主动泄放指令；
根据所述主动泄放指令获取电机电流信号；
将所述电机电流信号转换为定子坐标系下的电流信号；
基于所述定子坐标系下的电流信号、预设定子坐标系的电流参考指令输出定子坐标系下的电压控制信号；所述预设定子坐标系的电流参考指令为高频交流电流；
将所述定子坐标系下的电压控制信号转换为三相电压控制信号，并根据所述三相电压控制信号控制开关器件的工作状态。
在其中一个实施例中，还包括步骤：当检测到直流母线上的电压达到预设安全电压时，控制所述开关器件断开。
在其中一个实施例中，所述基于所述定子坐标系下的电流信号、预设定子坐标系的电流参考指令输出定子坐标系下的电压控制信号的步骤包括：
对所述定子坐标系下的电流信号、预设定子坐标系的电流参考指令经过反馈控制运算输出定子坐标系下的电压控制信号。
在其中一个实施例中，所述根据所述三相电压控制信号控制开关器件的工作状态的步骤包括：
所述三相电压控制信号经脉冲宽度调制，产生控制所述开关器件的控制信号。
在其中一个实施例中，所述将所述电机电流信号转换为定子坐标系下的电流信号的步骤，包括：将所述电机电流信号通过Clarke变换转换为所述定子坐标系下的电流信号；
所述将所述定子坐标系下的电压控制信号转换为三相电压控制信号的步骤包括：将所述定子坐标系下的电压控制信号通过逆Clarke变换转换为所述三相电压控制信号。
在其中一个实施例中，所述定子坐标系的电流参考指令的电流参考信号包括α轴分量电流和β轴分量电流，且在任意一个周期T内，α轴分量电流的定积分结果为0，β轴分量电流的定积分结果为0，α轴分量电流与β轴分量电流的平方差的定积分结果为0，α轴分量电流与β轴分量电流乘积的定积分结果为0。
一种控制直流母线放电装置，包括：
主动泄放指令接收模块，用于接收主动泄放指令；
电机电流信号获取模块，用于根据所述主动泄放指令获取电机电流信号；
电流信号转换模块，用于将所述电机电流信号转换为定子坐标系下的电流信号；
电压控制信号输出模块，用于基于所述定子坐标系下的电流信号、预设定子坐标系的电流参考指令输出定子坐标系下的电压控制信号；所述预设定子坐标系的电流参考指令为高频交流电流；
电压控制信号转换模块，用于将所述定子坐标系下的电压控制信号转换为三相电压控制信号，并根据所述三相电压控制信号控制开关器件的工作状态。
在其中一个实施例中，还包括电压检测模块，用于当检测到直流母线上的电压达到预设安全电压时，控制所述开关器件断开。
一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述任一项控制直流母线放电方法。
一种计算机设备，包括处理器、存储器和存储在存储器上能被处理器执行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述任一项控制直流母线放电方法。
上述控制直流母线放电方法、装置、存储介质及计算机设备，在接收到主动泄放命令时，获取电机电流信号，将所述电机电流信号转换为定子坐标系下的电流信号，基于所述定子坐标系下的电流信号和事先设定好的预设定子坐标系的高频交流电流参考指令，输出定子坐标系下的电压控制指令，将所述定子坐标系下的电压控制信号转换为三相控制信号，并根据所述三相电压控制信号控制开关器件的工作状态。由于对电机电流是在定子坐标系下进行转换和控制，无需转子转角信息，因此可以在电机转子位置传感器失效的情况下保证直流母线的放电工作正常进行。
附图说明
图1为本发明一实施例电动汽车高压系统和电机控制器原理图；
图2为本发明一实施例控制直流母线放电方法流程图；
图3为本发明另一实施例控制直流母线放电方法流程图；
图4为本发明一实施例控制直流母线放电装置结构示意图；
图5为本发明另一实施例控制直流母线放电装置结构示意图；
图6为本发明一实施例控制直流母线放电方法过程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例进行具体说明。
图1示出了一实施例的电动汽车高压系统和电机控制器原理图，其采用永磁同步电机作为驱动电机，由动力电池包(高压电池包)、驱动电机逆变器(电机控制器)、永磁同步电机和其他高压用电器组成。每个用电器高压直流输入侧都有储能电容，如图1中的电容Cbus、C0。在严重故障情况下，动力电池包内部继电器断开，停止给高压回路供电，但是高压直流母线上的电容会因残余电能而有高压。这些高电压对乘员、维修人员而言存在潜在的安全风险。因此整车安全规范中会要求在电池包内部继电器断开后，通过一定的办法迅速将高压直流母线上残余电能泄放掉，这种放电过程被称为高压系统的主动放电。
如图2所示，为本发明一实施例控制直流母线放电方法流程图，本实施例中方法包括步骤S201-步骤S205。
步骤S201，接收主动泄放指令。
一个实施例中，所述主动泄放指令是由整车控制器VCU(vehicle control unit)发出的。在整车出现故障、整车高压系统下电等情况下，整车控制器会发出主动泄放指令。
步骤S202，根据所述主动泄放指令获取电机电流信号。
一个实施例中，电机控制器在接收到主动泄放指令之后，根据所述主动泄放指令获取电机电流信号；其中，所述电机电流信号可以为当前电机的电流值。一个实施例中，可以通过电流传感器(一种检测装置，能检测到被测电流的信息，并能将检测到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求)获取的电机电流信号。
步骤S203，将所述电机电流信号转换为定子坐标系下的电流信号。
普通三相电机没有中线，流入电机的三相电流之和必定为零，即Ia+Ib+Ic＝0，A相电流Ia、B相电流Ib、C相电流Ic之间存在一个约束，实际的自由度是2。在对电流进行控制时，需要将三个电流信号整成相互正交的两个电流信号。
定子坐标系下的电流坐标(Iα，Iβ)直接和电机的三相电流(Ia，Ib，Ic)一一对应，(Iα，Iβ)与(Ia，Ib，Ic)之间的转换关系是一个常数矩阵，矩阵系数不包含转子的转动角度θ。
在一个具体的实施例中，电机控制器接收到主动泄放指令后获取的电机电流信号为三相的电流信号，通过定子坐标系对获取到的电机电流信号进行转换得到二维的定子坐标系下的电流信号，从而，便于对电机电流进行控制运算。
在一个实施例中，电机控制器将所述电机电流信号通过Clarke变换转换为定子坐标系下的电流信号；由于是在定子坐标系下对电机电流进行Clarke变换，因此不需要转子转角信息，即在转子位置传感器失效的情况下，本发明控制直流母线放电方法也可以控制直流母线快速放电，解决了直流母线上残留的能量对乘员和维修人员等而言存在安全隐患的问题。
步骤S204，基于所述定子坐标系下的电流信号、预设定子坐标系的电流参考指令输出定子坐标系下的电压控制信号；所述预设定子坐标系的电流参考指令为高频交流电流。
在一个实施例中，电机控制器对所述定子坐标系下的电流信号、预设定子坐标系的电流参考指令做反馈控制运算后，输出定子坐标系下的电压控制信号。
具体地，将所述定子坐标系下的电流信号和预设定子坐标系的电流参考指令送至反馈控制单元中，由反馈控制单元对两个电流信号进行反馈控制运算后输出定子坐标系下的电压控制信号。
在一个实施例中，所述预设定子坐标系的电流参考值是为控制直流母线放电事先设定的电流参考值，可以由内部产生。在反馈控制单元的作用下，电机电流会随所述预设定子坐标系下的电流参考值变化，从而达到控制直流母线放电的效果。
在一个实施例中，所述定子坐标系的电流参考指令的电流参考信号包括α轴分量电流Iα *和β轴分量电流Iβ *，且在任意一个周期T内，α轴分量电流Iα *的定积分结果为0，β轴分量电流Iβ *的定积分结果为0，α轴分量电流Iα *与β轴分量电流Iβ *的平方差的定积分结果为0，α轴分量电流Iα *与β轴分量电流Iβ *发乘积的定积分结果为0。即并满足下述条件：
其中，所述t0表示控制直流母线放电过程中的任意随机时刻，T表示所述定子坐标系的电流参考指令Iα *、Iβ *波形的周期。在一个实施例中，采用较小的周期T，可以获得较高的电流频率，从而通过集肤效应提高绕组电阻，提高电阻损耗，加快放电速度。
在一个实施例中，所述定子坐标系下的电流参考指令满足下述条件，为定子坐标系下的一个圆：
其中，Iref为所述定子坐标系下的电流参考指令的幅值，f为频率。其中，Iref可以根据电机和放电要求进行具体的选择，并通过实验进行调整。对于普通车用驱动电机，可以选择20％的额定电流大小。f较大可以增加放电速度。在一个实施例中，所述反馈控制单元的控制频率为10kHz，f为1kHz。
在另一个实施例中，所述定子坐标系下的电流参考指令还可以为其他周期交流电流信号。
在本实施例中，所述电流参考指令为高频交流电流，从而可以利用高频交流产生的集肤效应增加电阻损耗，加快残余电能泄放速度。由于采用了高频的交流电，产生的转矩是高频交变的转矩，转矩在一个电流周期T内的冲量(转矩对时间积分)为零，由于电机和汽车传动系统为机械结构，对高频转矩几乎没有什么响应，几乎不会对电动汽车的运行造成影响。
假设转子坐标D轴正向和定子坐标α轴正向夹角为θ，那么此时的转矩Te和Iα、Iβ的关系为：
将式(3)与式(1)结合分析可得：
即转矩在每个周期的总和作用为零，实际电机转矩表现为高频脉动的平衡转矩。由于电机和汽车传动系统为机械结构，对高频转矩几乎没有什么响应。因此只要电流信号的频率高，因此这种高频脉动几乎不会对电机的转动产生影响。
步骤S205，将所述定子坐标系下的电压控制信号转换为三相电压控制信号，并根据所述三相电压控制信号控制开关器件的工作状态。
在一个实施例中，电机控制器将所述定子坐标系下的电压控制信号通过逆Clarke变换转换为所述三相电压控制信号。由于电机控制器基于所述定子坐标系下的电流信号、预设定子坐标系的电流参考指令做反馈控制运算后，输出的电压控制信号为定子坐标系下的二维电压坐标，需要对所述电压控制信号进行转换变成三相的电压信号，因此，通过逆Clarke变换将所述电压控制信号转换为三相电压信号，以控制开关器件的工作状态。
具体地，所述根据三相电压控制信号控制开关器件的工作状态，包括：控制所述开关器件导通或断开。
在一个实施例中，所述根据所述三相电压控制信号控制开关器件的工作状态的步骤包括：所述三相电压控制信号经脉冲宽度调制(PWM)产生控制所述开关器件的控制信号。这里的开关器件可以是图1中所示的开关器件Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6。
具体地，所述三相电压控制信号用于指导PWM波形的产生，PWM波形控制开关Q1、Q2…Q6导通或者断开，从而在电机的高压线上产生电压，使得电机的三相线上产生和三相电压控制信号大小一致的实际电压，从而耗散直流母线上的能量，达到控制直流母线放电的效果。
在一个实施例中，所述脉冲宽度调制方式可以是7步SVPWM、5步SVPWM、或者正弦调制(SPWM)。
在一个具体的实施例中，可以采用5步SVPWM调制方法对所述三相电压控制信号进行调制，从而可以产生的电流纹波更大，更有利于电机定子绕阻损耗直流母线上的电能。
上述控制直流母线放电方法，在接收到主动泄放命令时，获取电机电流信号，将所述电机电流信号转换为定子坐标系下的电流信号，基于所述定子坐标系下的电流信号和事先设定好的预设定子坐标系的高频交流电流参考指令，输出定子坐标系下的电压控制指令，将所述定子坐标系下的电压控制信号转换为三相控制信号，并根据所述三相电压控制信号控制开关器件的工作状态。由于电机电流是在定子坐标系下进行转换，无需转子转角信息，即可以在电机转子位置传感器失效的情况下保证直流母线的主动放电工作正常进行。
如图3所示，在图2所示的实施例的方法的基础上，还可以包括：
步骤S306，当检测到直流母线上的电压达到预设安全电压时，控制所述开关器件断开。
该预设安全电压可以为预先设定好的表示直流母线上的电压处于安全状态下的临界电压值。在直流母线上的电压低于预设安全电压，可以保证残余的能量不再对人产生安全威胁时，可以控制所述开关器件断电，停止主动放电。
在一个实施例中，如图6所示，电机控制器接收到来自整车控制器VCU发出的主动泄放指令，获取电机当前电流信号Ia、Ib、Ic，并将获取的电机当前电流信号通过Clarke变换转换为定子坐标系下的电流信号Iα、Iβ，便于对电流信号进行控制运算。将Iα、Iβ和预设的定子坐标系的电流参考指令Iα *、Iβ *送至反馈控制单元中，做反馈控制运算后输出定子坐标系下的电压控制信号UA *、UB *。将定子坐标系下的电压控制信号UA *、UB *通过逆Clarke变换转换为三相电压控制信号Ua *、Ub *、Uc *，对Ua *、Ub *、Uc *进行PWM调制输出控制开关器件的PWM信号，以控制开关器件的导通或者断开，使电机定子绕组产生随定子坐标系下的电流参考值变化的电压，耗散来自直流母线上残余的电能，达到控制直流母线主动放电的效果。
如图4所示，为本发明一实施例控制直流母线放电装置结构图，包括：
主动泄放指令接收模块401，用于接收主动泄放指令；
电机电流信号获取模块402，用于根据所述主动泄放指令获取电机电流信号；
电流信号转换模块403，用于将所述电机电流信号转换为定子坐标系下的电流信号；
电压控制信号输出模块404，用于基于所述定子坐标系下的电流信号、预设定子坐标系的电流参考指令输出定子坐标系下的电压控制信号；所述预设定子坐标系的电流参考指令为高频交流电流；
在一个实施例中，所述电压控制信号输出模块404对所述定子坐标系下的电流信号、预设定子坐标系的电流参考指令经过反馈控制运算输出定子坐标系下的电压控制信号。
电压控制信号转换模块405，用于将所述定子坐标系下的电压控制信号转换为三相电压控制信号，并根据所述三相电压控制信号控制开关器件的工作状态。
在一个实施例中，所述电压控制信号转换模块405将所述三相电压控制信号经脉冲宽度调制后产生控制所述开关器件的控制信号。
另一个实施例中的装置，如图5所示，在图4所示实施例基础上，还包括：
电压检测模块506，用于当检测到直流母线上的电压达到预设的安全电压时，控制所述开关器件断开，电机控制器控制电机停止放电。
基本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
据此，本发明一实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述任一项所述的控制直流母线放电方法。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccess Memory，RAM)等。
本发明一实施例还提供一种计算机设备，包括处理器、存储器及存储在存储器上能被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述任一项所述的控制直流母线放电方法。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种控制直流母线放电方法，其特征在于，包括：
接收主动泄放指令；
根据所述主动泄放指令获取电机电流信号；
将所述电机电流信号转换为定子坐标系下的电流信号；
基于所述定子坐标系下的电流信号、预设定子坐标系的电流参考指令输出定子坐标系下的电压控制信号；所述预设定子坐标系的电流参考指令为高频交流电流；
将所述定子坐标系下的电压控制信号转换为三相电压控制信号，并根据所述三相电压控制信号控制开关器件的工作状态。
2.根据权利要求1所述的控制直流母线放电方法，其特征在于，还包括步骤：
当检测到直流母线上的电压达到预设安全电压时，控制所述开关器件断开。
3.根据权利要求1所述的控制直流母线放电方法，其特征在于，所述基于所述定子坐标系下的电流信号、预设定子坐标系的电流参考指令输出定子坐标系下的电压控制信号的步骤包括：
对所述定子坐标系下的电流信号、预设定子坐标系的电流参考指令经过反馈控制运算输出定子坐标系下的电压控制信号。
4.根据权利要求1所述的控制直流母线放电方法，其特征在于，所述根据所述三相电压控制信号控制开关器件的工作状态的步骤包括：
所述三相电压控制信号经脉冲宽度调制，产生控制所述开关器件的控制信号。
5.根据权利要求1所述的控制直流母线放电方法，其特征在于：
所述将所述电机电流信号转换为定子坐标系下的电流信号的步骤，包括：将所述电机电流信号通过Clarke变换转换为所述定子坐标系下的电流信号；
所述将所述定子坐标系下的电压控制信号转换为三相电压控制信号的步骤包括：将所述定子坐标系下的电压控制信号通过逆Clarke变换转换为所述三相电压控制信号。
6.根据权利要求1所述的控制直流母线放电方法，其特征在于，所述定子坐标系的电流参考指令的电流参考信号包括α轴分量电流和β轴分量电流，且在任意一个周期T内，α轴分量电流的定积分结果为0，β轴分量电流的定积分结果为0，α轴分量电流与β轴分量电流的平方差的定积分结果为0，α轴分量电流与β轴分量电流乘积的定积分结果为0。
7.一种控制直流母线放电装置，其特征在于，包括：
主动泄放指令接收模块，用于接收主动泄放指令；
电机电流信号获取模块，用于根据所述主动泄放指令获取电机电流信号；
电流信号转换模块，用于将所述电机电流信号转换为定子坐标系下的电流信号；
电压控制信号输出模块，用于基于所述定子坐标系下的电流信号、预设定子坐标系的电流参考指令输出定子坐标系下的电压控制信号；所述预设定子坐标系的电流参考指令为高频交流电流；
电压控制信号转换模块，用于将所述定子坐标系下的电压控制信号转换为三相电压控制信号，并根据所述三相电压控制信号控制开关器件的工作状态。
8.根据权利要求7所述的控制直流母线放电装置，其特征在于，所述控制模块还包括：
电压检测模块，用于当检测到直流母线上的电压达到预设安全电压时，控制所述开关器件断开。
9.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-6任一项所述的控制直流母线放电方法。
10.一种计算机设备，包括处理器、存储器及存储在存储器上能被所述处理器执行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-6任一项所述的控制直流母线放电方法。
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