CN110518551A - 电动汽车电机驱动器的过流保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动汽车安全控制技术领域，提出了一种电动汽车电机驱动器的过流保护方法，旨在解决电动汽车驱动电机的电流保护从出现过流到调节错误的时间较长的问题。该方法包括如下步骤：获取与电动汽车的电机运行相关的运行信息；根据预先标定的转速‑电流表，确定在所述转速信息所标识的转速下所述电机驱动器的输出目标电流；根据所述目标电流和第一预设值和第二预设值确定出所述电机驱动器的上限保护电流和下限保护电流；将所述电流信息所标识的电流值与所述上限保护电流和所述下限保护电流比较，确定所述电机驱动器的过流保护输出信息。本发明实现了在驱动电机过流时快速的关断功率管，保证车辆安全。

Description

电动汽车电机驱动器的过流保护方法

技术领域

本发明涉及电机驱动技术领域，特别涉及一种电动汽车电机驱动器的过流保护方法。

背景技术

电动汽车的电机驱动器是应用功率管器件将直流电能转换成交流电能的装置，在电机驱动系统工作异常时，功率管器件会在较短时间内电流上升，造成车辆失去控制，甚至引起火灾等造成人身危害。目前，对电动汽车的电机的电流保护是，逆变器通过电流传感器获取电机绕组电流，利用比较器电路对电机绕组电流采样值与固定的限流阈值进行比较，当电机绕组电流采样值大于限流阈值时，就按照一定的时序关断功率管，从而避免控制器损坏或者车辆失控。

但是，目前的这种电流保护方法，从系统出现调节错误到实施过流保护所需时间较长，达到几毫秒到几秒的时间。在系统安全系数要求不高时，尚可以使用，但在乘用车电机驱动系统等要求较高的场合下，造成车辆系统存在不安全因素。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决当前电动汽车驱动电机的电流保护出现的从系统出现调节错误到实施过流保护所需时间较长，易造成车辆失控以及安全故障的问题。本发明采用以下技术方案以解决上述技术问题：

本申请提供了一种电动汽车电机驱动器的过流保护方法，该方法包括：获取与电动汽车的电机运行相关的运行信息，上述运行信息包括电机的转速信息和电机的电流信息；根据预先标定的转速-电流表，确定在上述转速信息所标识的转速下，上述电机驱动器的输出目标电流；根据上述目标电流和第一预设值和第二预设值确定出上述电机驱动器的上限保护电流和下限保护电流；将上述电流信息所标识的电流值与上述上限保护电流和上述下限保护电流比较，确定上述电机驱动器的过流保护输出信息。

进一步地，上述“根据预先标定的转速-电流表，确定在上述转速信息所标识的转速下上述电机驱动器的输出目标电流”的步骤包括：获取在上述转速信息所标识的转速下，电动汽车控制器输出的转矩指示值；将上述转速信息所标识的转速和上述转矩指示值输入到上述转速-电流表，确定出在上述转速信息所标识的转速下的参考交轴电流和参考直轴电流；对上述参考交轴电流和上述参考直轴电流进行电流坐标变换，确定出目标电流。

进一步地，上述“对上述参考交轴电流和上述参考直轴电流进行电流坐标变换，确定出目标电流”的步骤包括：将上述参考交轴电流和上述参考直轴电流进行CLARKE变换和PARK变换，转换出目标电流

进一步地，上述“根据上述目标电流和第一预设值和第二预设值确定出上述电机驱动器的上限保护电流和下限保护电流”的步骤包括：确定上述目标电流加第一预设值为上述上限保护电流；确定上述目标电流减第二预设值为上述下限保护电流。

进一步地，上述“将上述电流信息所标识的电流值与上述上限保护电流和上述下限保护电流比较，确定上述电机驱动器的过流保护输出信息”的步骤，包括：通过预设的过流比较器，确定电流值大于上述上限保护电流或小于上述下限保护电流的上述电流信息所标识的电流值为过流，并输出过流保护信号；其中，上述过流比较器包括第一比较器和第二比较器，上述上限保护电流输入到上述第一比较器的高电平端，上述下限保护电流输入到上述第二比较器的高电平端。

本申请提供的电动汽车电机驱动器的过流保护方法，根据即时采集的转速信息和转矩指令信息，确定出在该转速下的过流保护上限电流值和下限电流值，能够在极短时间完成对电机的电流保护。相比较于传统的固定门槛电流的过流保护，大大减小了从出现调节错误到过流保护时间响应时间大大减少，保证了电动汽车的安全。

附图说明

图1是本申请的电动汽车电机驱动器的过流保护方法的系统示意图；

图2应用于本申请中电动汽车电机驱动器的过流保护方法的实施例的步骤示意图；

图3是本申请电动汽车电机驱动器的过流保护方法的实施例中的根据转速确定目标电流的示意图；

图4应用于本申请的电动汽车电机驱动器的过流保护方法的实施例中的电流比较器的示意图；

图5是现有的电动汽车电机驱动器的过流保护中所用的固定门槛电流故障保护时序图；

图6是本申请电动汽车电机驱动器的过流保护方法的实施例的即时过流保护电流时序图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参考图1，图1示出了应用于本申请的电动汽车电机驱动器的过流保护方法的系统示意图。如图1所示，该系统包括控制器、电机驱动器、电机和传感装置。其中，控制器通过CAN总线与电机驱动器和传感装置连接，并进行信息交换；电机与电机驱动器连接，通过电机驱动器的输出控制电机的运行。

上述控制器为车辆控制单元(Vehicle Control Unit，VCU)，是整个汽车的核心控制部件，通过采集司机驾驶信号和车辆状态，通过CAN总线对网络信息进行管理、调度、分析和运算，针对不同车辆配置进行能源管理，实现整车驱动控制。

上述传感装置为采集车辆状态或司机驾驶信息的各类传感器，如，采集电机转速的传感器、电机转矩传感器，采集车速的速度传感器、制动踏板开度、加速踏板开度的位置传感器等。

通过CAN总线将上述传感器采集的信息上传到VCU，上述VCU根据上述信息进行管理、调度、分析和运算，向上述电机驱动器输出控制电机运行的信息。

上述电机驱动器可以是对电池电源进行电压、频率等变换的IGBT驱动器，其输出直接驱动电机，控制电机的启动、停止、加减速运行等。

继续参考图，图2示出了应用于本申请中电动汽车电机驱动器的过流保护方法的实施例的步骤示意图。如图2所示，电动汽车电机驱动器的过流保护方法包括如下步骤：

步骤1，获取与电动汽车的电机运行相关的运行信息。

在本实施例中，上述VCU获取与电动汽车的电机运行相关的运行信息。上述VCU通过CAN总线获取各传感器采集的信息。上述运行信息包括电机的转速信息和电机的电流信息，其中，电机的转速信息可以是装设于电机上的速度传感器采集的电机转速信息，上述速度传感器可以是旋转变压器，光电编码器，霍尔传感器等。电机的电流信息包括是电机驱动器输出的电流，可以通过装设于电机驱动器与电机接线端之间的电流传感器采集。在电机驱动器输出的电流超限时，电机驱动器的按照一定的时序关断功率管，避免控制器损坏或者车辆失控。

步骤2，根据预先标定的转速-电流表，确定在上述转速信息所标识的转速下，上述电机驱动器的输出目标电流。

在本实施例中，上述VCU根据步骤1中所获取的电机运行信息，根据运行信息中电机的转速信息确定出电机驱动器的输出的目标电流。上述目标电流为电机驱动器的保护电流的参考数据。根据上述目标电流的大小可以确定电机驱动器保护电流的上下限。这里，上述VCU利用预先设置的转速-电流表，确定出在上述转速信息所标识的转速下的目标电流。上述转速-电流表可以是预先设置的一种转速和电流之间的对应关系表或对应函数。

进一步地，“根据预先标定的转速-电流表，确定在上述转速信息所标识的转速下上述电机驱动器的输出目标电流”的步骤包括：

获取在上述转速信息所标识的转速下，电动汽车控制器输出的转矩指示值；将上述转速信息所标识的转速和上述转矩指示值输入到上述转速-电流表，确定出在上述转速信息所标识的转速下的参考交轴电流I^*q和参考直轴电流I^*d；对上述参考交轴电流I^*q和上述参考直轴电流I^*d进行电流坐标变换，确定出目标电流。

参考图3，图3示出了根据转速确定目标电流的示意图。如图3所示，首先，根据转速可以从VCU获得转矩指示值。在车辆行驶或启停过程中，电动汽车需要一定的扭矩，相应的电机要有对应的转矩。电动汽车的VCU在会根据运行工况(车速、行车阻力等)输出转矩指令，指示电机驱动器输出对应的转矩。因此，可以从VCU获取输出的转矩指令中指示的转矩指示值。

上述转速-电流表包括Id、Iq查表单元和电流坐标变换单元，将速度传感器采集的转速和VCU发出的指令所指示的转矩指示值输入到上述Id、Iq查表单元，得到在上述转速和转矩指示值下的参考直轴电流I^*d和参考交轴电流I^*q；电流坐标转换单元对上述参考直轴电流I^*d和参考交轴电流I^*q进行坐标转化得到目标电流。具体地，可以通过CLARKE变换和PARK变换将上述参考直轴电流I^*d和参考交轴电流I^*q进行坐标变换，得到在上述转速下的目标电流，在本实施例中，上述转换后的目标电流为三项目标电流。

上述CLARKE变换是将基于3轴、2维的定子静止坐标系的各物理量变换到2轴的定子静止坐标系中，即将原来三项绕组上的电压回路方程式简化成两项绕组上的电压回路方程式。上述PARK变换是基于上述CLARKE变换2轴的定子静止坐标系中定子电流矢量将其变换至随转子磁通同步旋转的2轴系统中。

步骤3，根据上述目标电流和第一预设值和第二预设值确定出上述电机驱动器的上限保护电流和下限保护电流。

在本实施例中，基于步骤2中所确定出的目标电流，确定上述电机驱动器的上限保护电流和下限保护电流。上述目标电流是电机驱动器书电流的参考值，以该目标电流为参考中心、以第一预设值和第二预设值为距离确定出保护电流上下限。

进一步地，确定上述目标电流加第一预设值为上述上限保护电流；确定上述目标电流减第二预设值为上述下限保护电流。这里，第一预设值和第二预设值为常数A和B，常数A和B是根据电机的参数预先设置的数据。例如，在最大电流为800安培的系统中，常数A和B可以设为50和55。

步骤4，将上述电流信息所标识的电流值与上述上限保护电流和上述下限保护电流比较，确定上述电机驱动器的过流保护输出信息。

在本实施例中，将步骤1中所获取的电流信息所表示的电流值与上述上限保护电流和上述下限保护电流比较，判断上述电流信息所表示的电流值是否在由上述上限保护电流与上述下限保护电流构成的区间范围内，如果在上述区间范围内，则，上述电流信息所标识的电流为正常；如果不在上述区间范围内，则，上述电流信息所标识的电流为过流，需要对电机驱动器的输出进行过流保护，避免损坏功率器件或者车辆失控。上述过流保护输出信息可以包括正常工作信息和保护信息，在具体的应用中，上述VCU输出到电机驱动器的过流保护输出信息，是用于关断功率管的信息，可以是0(此时，电机的电流在由上限保护电流与下限保护电流构成的区间范围内)，电机驱动器正常工作；上述过流保护输出信息还可以是1(此时，电机的电流超出由上限保护电流与下限保护电流构成的区间范围内)，电机为过流故障，电机驱动器过流保护，降低输出电流或关断功率器件。

进一步地，上述“将上述电流信息所标识的电流值与上述上限保护电流和上述下限保护电流比较，确定上述电机驱动器的过流保护输出信息”的步骤，包括：

通过预设的过流比较器，确定电流值大于上述上限保护电流或小于上述下限保护电流的上述电流信息所标识的电流值为过流，并输出过流保护信号；其中，上述过流比较器包括第一比较器和第二比较器，上述上限保护电流输入到上述第一比较器的高电平端，上述下限保护电流输入到上述第二比较器的高电平端。

参考图4，图4示出了应用于本申请的电动汽车电机驱动器的过流保护方法的实施例中的电流比较器的示意图。如图4所示，上述电流比较器包括第一比较器1和第二比较器2，电阻R1和电容C1，以及电阻R2和电容C2组成了两级低通滤波器，对输入到第二比较器2的低电平端的信号进行滤波处理；电阻R5和电容C3，以及电阻R6和电容C4组成了两级低通滤波器，对输入到第一比较器1的高电平端的信号进行滤波处理。REFH PWM、REFL PWM为步骤3所确定的上限保护电流和下限保护电流，为方波信号，REFH PWM方波信号经两级低通滤波器转换为第一正弦波信号，REFL PWM方波信号经两级低通滤波器转换为第二正弦波信号。上述第一正弦波信号输入到上述第二比较器2的低电平端；上述第二正弦波信号输入到上述第一比较器1的高电平端。上述第一比较器1的低电平端与第二比较器2的高电平端并联，上述电流信息所表示的电流转换为CURRENT信号，通过电阻R4连接到到上述第一比较器1的低电平端与第二比较器2的高电平端并联端。

上述CURRENT信号分别于上述REFL PWM信号转换后的第二正弦波信号以及上述REFH PWM信号转换后的第一正弦波信号比较，达到上述电流比较器翻转预值，输出过流保护信号OC。具体地，当上述电流信息所表示的电流大于上述上限保护电流或小于上述下限保护电流时，也就是达到上述电流比较器翻转预值，输出过流保护信号，过流保护信号OC＝1，驱动器按照一定的时序关断功率管，从而避免控制器损坏或者车辆失控。

通过如下一个具体示例，说明本实施例的电动汽车电机驱动器的过流保护方法的实现方式：当前检测到电机转速为1000rpm，转矩指令所指示出的转矩为100N*M，电机驱动器最大电流800A。

首先，将上述电机的转速信息和转矩指令输入到转速-电流表，作为查询条件，查表得到此时的Id＝10；Iq＝80将ID、IQ经过CLARKE与PARK变换后得到三项目标电流，以U目标相电流为例说明。其公式为：

I_u＝I_d*cosθ-I_q*sinθ (1)

式中θ为电机定子与转子的位置关系，由位置传感器测得。

可以计算出在当前转速以及转矩指令下的U向目标电流：

I_u＝10*cosθ-80*sinθ (2)

然后，根据上述三项目标电流值，确定三项目标电流的过流保护上限和过流保护下限。

U相过流保护上限为：

I_uREFH＝(I_d*cosθ-I_q*sinθ)+A (3)

U相过流保护下限为：

I_uREFL＝(I_d*cosθ-I_q*sinθ)-B (4)

I_uREFH和I_uREFL为U相过流保护上限电流值和U相过流保护下限电流值；A为第一预设值，B为第二预设值；在本实施例中，A＝50，B＝80时为最佳取值。

最后，将当前采集到的电流值与上述流保护上限电流值和过流保护下限电流值比较，确认是否超出范围。如果采集到的电流在上述流保护上限电流值和过流保护下限电流值之间，则驱动器输出正常信号，若，采集到的电流不在上述流保护上限电流值和过流保护下限电流值之间的范围，则驱动器输出过流保护信号，按照一定的时序关断功率管，避免控制器损坏或者车辆失控。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

本申请提供的电动汽车电机驱动器的过流保护方法根据即时采集的转速习信息和转矩指令信息，确定出在该转速下的过流保护上限电流值和下限电流值，能够在极短时间完成对电机的电流保护。图5示出了现有的固定门槛电流故障保护时序图。图6为本申请实施例中即时过流保护电流时序图。比较图5和图6可知，电动汽车电机驱动器的过流保护方法中从出现调节错误到过流保护时间，与现有固定门槛电流故障保护相比响应时间大大减少，保证了电动汽车的安全。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电动汽车电机驱动器的过流保护方法，其特征在于，所述方法包括：

获取与电动汽车的电机运行相关的运行信息，所述运行信息包括电机的转速信息和电机的电流信息；

根据预先标定的转速-电流表，确定在所述转速信息所标识的转速下所述电机驱动器的输出目标电流；

根据所述目标电流和第一预设值和第二预设值确定出所述电机驱动器的上限保护电流和下限保护电流；

将所述电流信息所标识的电流值与所述上限保护电流和所述下限保护电流比较，确定所述电机驱动器的过流保护输出信息。

2.根据权利要求1所述的电动汽车电机驱动器的过流保护方法，其特征在于，所述“根据预先标定的转速-电流表，确定在所述转速信息所标识的转速下所述电机驱动器的输出目标电流”的步骤包括：

获取在所述转速信息所标识的转速下，电动汽车控制器输出的转矩指示值；

将所述转速信息所标识的转速和所述转矩指示值输入到所述转速-电流表，确定出在所述转速信息所标识的转速下的参考交轴电流和参考直轴电流；

对所述参考交轴电流和所述参考直轴电流进行电流坐标变换，确定出目标电流。

3.根据权利要求2所述的电动汽车电机驱动器的过流保护方法，其特征在于，所述“对所述参考交轴电流和所述参考直轴电流进行电流坐标变换，确定出目标电流”的步骤包括：

将所述参考交轴电流和所述参考直轴电流进行CLARKE变换和PARK变换，转换出目标电流。

4.根据权利要求1所述的电动汽车电机驱动器的过流保护方法，其特征在于，所述“根据所述目标电流和第一预设值和第二预设值确定出所述电机驱动器的上限保护电流和下限保护电流”的步骤包括：

确定所述目标电流加第一预设值为所述上限保护电流；

确定所述目标电流减第二预设值为所述下限保护电流。

5.根据权利要求1所述的电动汽车电机驱动器的过流保护方法，其特征在于，所述“将所述电流信息所标识的电流值与所述上限保护电流和所述下限保护电流比较，确定所述电机驱动器的过流保护输出信息”的步骤，包括：

通过预设的过流比较器，确定电流值大于所述上限保护电流或小于所述下限保护电流的所述电流信息所标识的电流值为过流，并输出过流保护信号；其中，

所述过流比较器包括第一比较器和第二比较器，所述上限保护电流输入到所述第一比较器的高电平端，所述下限保护电流输入到所述第二比较器的高电平端。