CN111030557A - 电机堵转保护系统、方法及电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电机堵转保护系统、方法及电机，电机包括系统，方法包括如下步骤：判断电机进入堵转工况；当功率器件的温度＜C1,则持续峰值扭矩继续堵转，并设定C1下持续堵转的第一安全时间D1，当持续堵转时间超过D1，则触发一级过温故障，将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出；当功率器件的温度≥C1,降低载波频率至B，并持续所述峰值扭矩。本发明通过对电机堵转工况进行准确识别，基于不同的堵转扭矩，对功率器件温度、功率器件开关载波频率、功率器件堵转限定时间进行实时监控和动态调节，既可靠的保护了功率器件不会过温击穿，也提高了驱动电机系统堵转的持续扭矩值和持续时间，为整车提供了充足的动力，提高整车驾乘舒适性和可靠性。

Description

电机堵转保护系统、方法及电机
技术领域
本发明属于汽车技术领域，特别涉及一种电机堵转保护系统、方法及电机。
背景技术
新能源汽车蓬勃发展，国内大部分新能源汽车都以动力电池作为动力源，搭载了永磁同步电机系统作为动力驱动机构。永磁同步电机系统工作时，电机控制器中的功率器件IGBT会流过较大的电流。在汽车行驶中，经常会遇到车轮堵转工况，此时，电机控制器中的UVW的某一相IGBT的上桥臂和另一相IGBT的下桥臂中会持续流过较大的电流，如驱动系统没有可靠的堵转保护策略，可能会导致IGBT因大电流而过热烧蚀损坏，导致动力系统无法行驶，引发顾客抱怨并带来巨大的财产损失。对此，对永磁同步电机系统的堵转保护，显得尤为重要。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种电机堵转保护系统、方法及电机。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种电机堵转保护系统，用于电机，包括：
判断单元，用于判断电机是否发生堵转；
功率器件测温单元，用于测量功率器件的温度；
时间计算单元，与所述功率器件测温单元信号连接，以计算功率器件的温度范围持续时间；
载波频率调节单元，与所述功率器件测温单元信号连接，用于根据功率器件的温度调节载波频率；
一级过温故障单元，与功率器件测温单元、时间计算单元和载波频率调节单元分别信号连接。
作为优选，还包括二级过温故障单元，与所述功率器件温度单元信号连接。
电机堵转保护方法，设定参数：电机的峰值扭矩为A1，峰值扭矩持续运行的最低载波频率为B，功率器件温度的第一安全值C1、第二安全值C2、第三安全值C3，且C1对应一级过温故障，一级过温故障对应的电机扭矩为A2，二级过温故障对应的电机扭矩为0；
电机堵转保护方法包括如下步骤：
判断电机进入堵转工况；
当功率器件的温度＜C1,则持续峰值扭矩继续堵转，并设定C1下持续堵转的第一安全时间D1，当持续堵转时间超过D1，则触发一级过温故障，将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出；
当功率器件的温度≥C1,降低载波频率至B，并持续所述峰值扭矩。
作为优选，当功率器件的温度≥C1，设定持续堵转的第二安全时间D2，当持续所述峰值扭矩的堵转时间超过D2，或在D2内功率器件的温度继续上升，则触发一级过温故障，将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出。
作为优选，当功率器件的温度≥C2，则触发一级过温故障，将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出。
作为优选，当功率器件的温度≥C3，则触发二级过温故障，并零扭矩输出，维持待机模式。
作为优选，当C2≤功率器件的温＜C3时，则维持一级过温故障，将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出。
作为优选，由所述峰值扭矩降扭到A2，或升扭恢复到峰值扭矩时，对转速进行滤波处理。
一种电机，包括电机本体和电机控制器，还包括如上所述的电机堵转保护系统，所述电机堵转保护系统用于控制所述电机控制器中的功率器件的电流。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明通过不仅对永磁同步电机堵转工况进行准确识别，而且基于不同的堵转扭矩，对IGBT温度、IGBT开关载波频率、IGBT堵转限定时间进行实时监控和动态调节，既可靠的保护了IGBT不会过温击穿，也提高了驱动电机系统堵转的持续扭矩值和持续时间，为整车提供了充足的动力，提高整车驾乘舒适性和可靠性。
附图说明
图1为本发明中的电机堵转保护系统的方框结构示意图；
图2为本发明中的电机堵转保护方法的其中一个实施例的流程图；
图3为本发明中的电机堵转保护方法的另外的实施例的流程意图；
图4为本发明中的电机堵转保护方法的实施例的控制效果图；
图5为本发明中的电机的实施例的方框图。
图中：1-判断单元；2-功率器件测温单元；3-时间计算单元；4-载波频率调节单元；5-一级过温故障单元；6-一级过温故障单元；10-电机。
具体实施方式
使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
实施例1：
如图1至所示，本发明的实施例公开了一种电机堵转保护系统，用于永磁同步驱动电机，常见的永磁同步电机的堵转保护策略多以IGBT模块节温估算温度（以下简称IGBT温度）作为单一控制量，不对堵转工况加以准确识别，永磁同步电机系统在以较大扭矩持续堵转输出时，IGBT中持续流过较大电流，导致IGBT温度上升很快，会引起系统频繁触发过温故障，进而大幅降低扭矩输出，引起整车动力不足，驾乘体验较差。
这里的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 适合应用于直流电压为300V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
有鉴于此，本实施例提供了一种电机堵转保护系统，用于电机，包括：判断单元、功率器件测温单元、时间计算单元、载波频率调节单元和一级过温故障单元。
其中，预先设定一级过温障碍，一级过温故障对应的电机扭矩A2的值为峰值扭矩的45%，设定二级过温故障。
判断单元用于判断电机是否发生堵转。
功率器件测温单元用于测量功率器件的温度，并将测得的温度与预设温度进行比较，例如，可将功率器件的温度设定为第一安全值C1为120℃，第二安全值150℃、第三安全值160℃，测得的温度值将与C1、C2和C3进行比较。
时间计算单元与功率器件测温单元信号连接，以计算功率器件的温度范围持续时间。例如，低于C1的温度的持续时间，测得的功率器件的温度在C1和C2之间的持续时间，测得的功率器件的温度在C2和C3之间的持续时间，以及测得的功率器件的温度大于C3的持续时间。
载波频率调节单元，与功率器件测温单元信号连接，用于根据功率器件的温度调节载波频率。例如，当测得的功率器件的温度大于C1，可降低载波频率至一定数值，例如最低载频2k。
一级过温故障单元，与功率器件测温单元、时间计算单元和载波频率调节单元分别信号连接，以在不同的条件下被触发，使峰值扭矩降扭为A2，维持输出。
实施例2：
保护系统还包括二级过温故障单元，与功率器件温度单元信号连接，用于测得的功率器件的温度在一定范围内时，使峰值扭矩降扭为零。
实施例3：
如图2和图3所示，本实施例提供了一种电机堵转保护方法，利用电机堵转保护系统，先设定如下参数：电机的峰值扭矩为A1，峰值扭矩持续运行的最低载波频率为B，功率器件温度的第一安全值C1为120℃、第二安全值150℃、第三安全值160℃，且C1对应一级过温故障，一级过温故障对应的电机扭矩为A2（峰值扭矩的45%），二级过温故障。
如图2所示，电机堵转保护方法包括如下步骤：
判断电机进入堵转工况。实时采集电机转速的大小，当转速信号持续两个报文周期，＜50rpm时，判定为进入了堵转工况。
其中，50rpm和报文周期均为可变标定量，可根据实车情况，进行调整。且需对转速阈值50rpm做滞环判断，防止降扭过程中转速波动，误触发或误退出堵转保护策略。
当判定进入堵转工况后，执行堵转保护方法。根据扭矩大小调节IGBT载波频率的大小（载频的大小亦需要根据不同型号的IGBT进行台架极端工况测试而确定），持续响应堵转扭矩。持续响应堵转扭矩，IGBT温度会快速上升。当功率器件的温度＜C1,则持续峰值扭矩继续堵转，并设定C1下持续堵转的第一安全时间D1，当持续堵转时间超过D1，则触发一级过温故障，将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出。
其中，预设值120℃、子模块中的限定时间（判断IGBT在120℃下，持续堵转的时间，如持续时间超过了限定时间（子模块B））D1、最低载频2k为可变参数，需根据不同型号的IGBT匹配不同的永磁同步电机进行台架极端工况测试而确定。
当功率器件的温度≥C1,降低载波频率至B，并持续峰值扭矩。
实施例4：
电机堵转保护方法，当功率器件的温度≥C1，设定持续堵转的第二安全时间D2，当持续峰值扭矩的堵转时间超过D2（30s），或在D2内功率器件的温度继续上升，则触发一级过温故障，将峰值扭矩降扭为A2,维持输出。其中，预设值120℃、150℃、限定时间30s、最低载频2k、扭矩到45%的扭矩上限，均为可变参数，需根据不同型号的IGBT匹配不同的永磁同步电机进行台架极端工况测试而确定。
实施例5：
电机堵转保护方法，当功率器件的温度≥C2，则触发一级过温故障，将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出。其中，预设值120℃、150℃、限定时间30s、最低载频2k、扭矩到45%的扭矩上限，均为可变参数，需根据不同型号的IGBT匹配不同的永磁同步电机进行台架极端工况测试而确定。
实施例6：
电机堵转保护方法，当功率器件的温度≥C3，则触发二级过温故障，并零扭矩输出，维持待机模式。只有当重新进行上电循环，重启MCU，清除故障，驱动电机系统才能恢复正常响应扭矩请求。
实施例7：
电机堵转保护方法，当C2≤功率器件的温＜C3时，则维持一级过温故障，将峰值扭矩降扭为A2,维持输出。当堵转工况继续持续，例如，150℃≤IGBT的温度＜160℃时，则维持一级故障，降扭持续输出。而当120℃≤IGBT的温度＜150℃时，则跳入实施例4的环节。而当IGBT温度＜120℃时，则跳入实施例3的环节。
实施例8：
由所峰值扭矩降扭到A2，或升扭恢复到峰值扭矩时，对转速进行滤波处理。
由上一时刻扭矩降扭到45%峰值扭矩，或升扭恢复响应原扭矩时，整车可能会发生转速波动，此时需对转速进行500ms滤波处理。以免此时误退出堵转保护流程。其中，预设值120℃、150℃、160℃、最低载频2k、扭矩到45%的扭矩上限，均为可变参数，需根据不同型号的IGBT匹配不同的永磁同步电机进行台架极端工况测试而确定。另外，除触发二级过温故障的情况外，任一环节，如不满足堵转判断条件，则直接退出堵转保护流程，恢复正常响应扭矩请求。
本发明新型堵转保护方法，不仅对永磁同步电机堵转工况进行准确识别，而且基于不同的堵转扭矩，对IGBT温度、IGBT开关载波频率、IGBT堵转限定时间进行实时监控和动态调节，既可靠的保护了IGBT不会过温击穿，也提高了驱动电机系统堵转的持续扭矩值和持续时间，为整车提供了充足的动力，提高整车驾乘舒适性和可靠性。
实施例9：
如图5所示，本实施例提供了一种电机，包括电机本体和电机控制器，还包括电机堵转保护系统，电机堵转保护系统用于控制电机控制器中的功率器件的电流电机堵转保护系统。
实施本发明的电机堵转保护系统和保护方法的电机，通过对某纯电动轻客车型（搭载永磁同步电机）持续堵转工况的测试，结果显示如图4所示。
该系统在倒车挡R挡堵转工况时（倒车时需克服坡道阻力，需求扭矩较大，堵转工况更恶劣），通过对需求扭矩大小的分析，主动采取降低MCU载波频率为2k的保护策略，使整车在堵转工况下的堵转持续能力显著提高：现有厂家的堵转保护策略仅能维持1-3s的峰值扭矩堵转，而本系统可实现25s的峰值扭矩堵转持续输出能力。
其中，该永磁同步驱动电机系统参数及设定值如下：
电机系统峰值扭矩是780Nm
电机系统峰值扭矩持续运行，最低载波频率为2k。
电机系统1级过温故障阈值：IGBT温度≥150℃
电机系统1级故障可持续扭矩上限是480Nm
综上，本发明提出的新型新能源汽车永磁同步电机系统堵转保护的方法，通过对不同堵转扭矩对应的载波频率、堵转持续限定时间、以及IGBT温度进行实时监控和动态调节，可显著提高永磁同步驱动电机系统持续堵转的能力，提高了整车的动力性。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电机堵转保护系统，用于电机，其特征在于，包括：
判断单元，用于判断电机是否发生堵转；
功率器件测温单元，用于测量功率器件的温度；
时间计算单元，与所述功率器件测温单元信号连接，以计算功率器件的温度范围持续时间；
载波频率调节单元，与所述功率器件测温单元信号连接，用于根据功率器件的温度调节载波频率；
一级过温故障单元，与功率器件测温单元、时间计算单元和载波频率调节单元分别信号连接。
2.根据权利要求1所述的电机堵转保护系统，其特征在于，还包括二级过温故障单元，与所述功率器件温度单元信号连接。
3.根据权利要求1所述的电机堵转保护方法，其特征在于，设定参数：电机的峰值扭矩为A1，峰值扭矩持续运行的最低载波频率为B，功率器件温度的第一安全值C1、第二安全值C2、第三安全值C3，且C1对应一级过温故障，一级过温故障对应的电机扭矩为A2，二级过温故障对应的电机扭矩为0；
电机堵转保护方法包括如下步骤：
判断电机进入堵转工况；
当功率器件的温度＜C1,则持续峰值扭矩继续堵转，并设定C1下持续堵转的第一安全时间D1，当持续堵转时间超过D1，则触发一级过温故障，将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出；
当功率器件的温度≥C1,降低载波频率至B，并持续所述峰值扭矩。
4.根据权利要求3所述的电机堵转保护方法，其特征在于，当功率器件的温度≥C1，设定持续堵转的第二安全时间D2，当持续所述峰值扭矩的堵转时间超过D2，或在D2内功率器件的温度继续上升，则触发一级过温故障，将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出。
5.根据权利要求3所述的电机堵转保护方法，其特征在于，当功率器件的温度≥C2，则触发一级过温故障，将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出。
6.根据权利要求3所述的电机堵转保护方法，其特征在于，当功率器件的温度≥C3，则触发二级过温故障，并零扭矩输出，维持待机模式。
7.根据权利要求3所述的电机堵转保护方法，其特征在于，当C2≤功率器件的温＜C3时，则维持一级过温故障，将所述峰值扭矩降扭为A2,维持输出。
8.根据权利要求3所述的电机堵转保护方法，其特征在于，由所述峰值扭矩降扭到A2，或升扭恢复到峰值扭矩时，对转速进行滤波处理。
9.一种电机，包括电机本体和电机控制器，其特征在于，还包括如权利要求1或2所述的电机堵转保护系统，所述电机堵转保护系统用于控制所述电机控制器中的功率器件的电流。
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