CN111181132A - 电机控制器保护方法、系统、设备及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了电机控制器保护方法、系统、设备及计算机可读存储介质，用于在电机控制器的相线相对于机壳短路时进行保护，所述电机控制器包括直流母线、连接到所述直流母线的逆变器单元，且正直流母线和负直流母线之间具有依次串联连接的第一电容和第二电容，所述第一电容和第二电容的连接点接地，该方法包括：实时获取流经所述第二电容的电流；在流经所述第二电容的电流大于第一预设值且小于第二预设值时，输出电机控制器的相线相对机壳短路信号，以在电机控制器的相线相对机壳短路时实施保护。
Description
技术领域
本发明涉及电子电力领域，尤其涉及一种电机控制器保护方法、系统、设备及计算机可读存储介质。
背景技术
随着环境的恶化、石油能源的枯竭，新能源汽车已经成为未来汽车行业发展的趋势。有别于传统以内燃机为动力的燃油车，新能源汽车的驱动部分大都采用电压型逆变器匹配永磁同步电机，其特点是功率密度大、效率高、启动转矩大、调速性能好，正在成为大众化的交通工具。
在新能源汽车中，电机控制器的安全状态尤为重要。新能源汽车在长期运行过程中，电机线缆会存在退针、绝缘破损等情况，并导致发生相对机壳短路的异常工况。为了保障电机控制器的安全，通常采用三相电流之和不为零作为特征量，来判断电机控制器是否发生相对电机机壳短路的情况。
如图1所示，在采用传统的三相电流和不为零来判断输出对机壳短路时，需通过霍尔单元11对电机控制器的三相电流采样，且只能保护霍尔(HALL)单元11与电机12之间的区域，并不能完全保护到电机控制器。并且上述以三相电流之和不为零的策略，受限于当前霍尔(HALL)电流传感器带宽技术，无法将短路时产生的高频电流完整采集，导致保护无法覆盖全部工况，当电流频率较高时存在失效风险。
发明内容
本发明实施例针对上述判断逆变器三相输出是否对机壳短路时，将三相电流之和不为零作为特征量，无法将短路时产生的高频电流完整采集，而导致对逆变器的保护无法覆盖全部工况，提供一种电机控制器保护方法、系统、设备及计算机可读存储介质。
本发明实施例解决上述技术问题采用的技术方案是：提供一种电机控制器保护方法，用于在电机控制器的相线相对于机壳短路时进行保护，所述电机控制器包括直流母线、连接到所述直流母线的逆变器单元，且正直流母线和负直流母线之间具有依次串联连接的第一电容和第二电容，所述第一电容和第二电容的连接点接地，所述方法包括：
实时获取流经所述第二电容的电流；
在流经所述第二电容的电流大于第一预设值且小于第二预设值时，输出电机控制器的相线相对机壳短路信号。
优选地，所述第一预设值为i，且所述i满足以下计算式：
其中，所述u为所述电机控制器正常工作时所述第二电容两端的电压，所述t为时间，所述C为第二电容的电容值。
优选地，所述第二预设值为i(L,t)，且所述i(L,t)通过以下计算式得到：
其中，所述UBUS为所述直流母线的电压，所述t为时间，所述L为电机控制器的相线相对机壳短路时，短路点到所述第二电容之间的等效电感，所述C为所述第二电容的电容值。
优选地，所述第二电容与所述负直流母线之间还连接有采样电阻，所述实时获取流经所述第二电容的电流，包括：
通过差分放大子单元实时获取所述采样电阻两端的电压；
根据所述采样电阻两端的电压获取所述流经所述第二电容的电流。
本发明实施例还提供一种电机控制器保护系统，用于在电机控制器的相线相对于机壳短路时进行保护，所述电机控制器包括直流母线、连接到所述直流母线的逆变器单元，且正直流母线和负直流母线之间具有依次串联连接的第一电容和第二电容，所述第一电容和第二电容的连接点接地，所述电机控制器保护系统包括：
电流采样单元，用于实时获取流经所述第二电容的电流；
短路报警单元，用于在流经所述第二电容的电流大于第一预设值且小于第二预设值时，输出电机控制器的相线相对机壳短路信号。
优选地，所述第一预设值为i，且所述i满足以下计算式：
其中，所述u为所述电机控制器正常工作时所述第二电容两端的电压，所述t为时间，所述C为第二电容的电容值。
优选地，所述第二预设值为i(L,t)，且所述i(L,t)通过以下计算式得到：
其中，所述UBUS为所述直流母线的电压，所述t为时间，所述L为电机控制器的相线相对机壳短路时，短路点到所述第二电容之间的等效电感，所述C为所述第二电容的电容值。
优选地，所述电流采样单元包括采样电阻和差分放大子单元，所述采样电阻连接在所述第二电容与所述负直流母线之间，所述差分放大子单元连接到所述采样电阻的两端，并实时获取所述采样电阻两端的电压。
本发明实施例还提供一种电机控制器保护设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述电机控制器保护方法的步骤。
一本发明实施例还提供种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述电机控制器保护方法的步骤。
本发明实施例所提供的电机控制器保护方法、系统、设备及计算机可读存储介质，根据流经第二电容电流判断电机控制器的相线是否相对机壳短路，从而实施相应的保护措施，可实现电机控制器的相线相对机壳短路的全工况保护。本发明实施例摒弃了传统的判断三相电流不为零的方法来识别电机机壳是否短路，通过采样电流的方法识别短路工况，降低电流频率较高时存在的失效风险，弥补了传统方法中不能全工况保护的不足，并且器件少，成本低，易于实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中的电机控制器的电路图；
图2是本发明一实施例中电机控制器保护方法的流程示意图；
图3是本发明一实施例中电机控制器的电路图；
图4是本发明另一实施例中电机控制器的电路图；
图5是本发明另一实施例中电机控制器保护方法的示意图；
图6是本发明一实施例中的第四开关管导通时，谐振电流的流向图；
图7是本发明一实施例中电机控制器保护系统的示意图；
图8是本发明一实施例中电机控制器保护设备的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，是本发明实施例提供的电机控制器保护方法的流程示意图，该方法用于在电机控制器发生相线相对于机壳短路时，对电机控制器进行保护，结合图3所示，上述电机控制器包括直流母线、连接到直流母线的逆变器单元31，且正直流母线和负直流母线之间具有依次串联连接的第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1和第二电容C2的连接点接地。上述电机控制器在工作时，由供电电源输入的直流电，经过第一电容C1和第二电容C2的滤波之后，输出到逆变器单元31，并通过逆变器单元31将直流电逆变为交流电输出给电机32，以驱动电机32运行。上述第二电容C2可以是EMC单元33(Electromagneticcompatibility filterunit，电磁兼容性滤波单元)中的滤波电容，也可以为在直流母线上额外增加的电容。
本实施例的电机控制器保护方法包括以下步骤：
S10：实时获取流经第二电容C2的电流。
具体地，结合图4所示，可以在第二电容C2与负直流母线之间连接一个采样电阻R，以实时获取流经第二电容C2的电流。具体地，如图5所示，本实施例可通过以下方式实时获取流经第二电容C2的电流：通过差分放大子单元33实时获取采样电阻R两端的电压，上述差分放大子单元33将采样电阻R两端的电压进行放大；根据采样电阻R两端的电压获取流经第二电容C2的电流，例如可直接根据电压和电流的关系，将采样电阻R两端的电压转换为电流。
S20：在流经第二电容C2的电流大于第一预设值且小于第二预设值时，输出电机控制器的相线相对机壳短路信号。
该步骤中，第一预设值为电机控制器正常工作时，流经第二电容C2的电流，第二预设值为电机控制器相对机壳短路时，流经第二电容C2的电流。当然，在实际应用中，为避免因干扰而导致误判，上述第一预设值可稍大于电机控制器正常工作时，流经第二电容C2的电流；同样地，第二预设值可稍小于电机控制器相对机壳短路时，流经第二电容C2的电流。
在电机控制器正常工作时，流经第二电容C2的电流较小，通常为毫安级别的电流，当电机控制器的相线相对于机壳短路时，流经第二电容C2两端的电流会增大，即第二预设值大于第一预设值。因此，只要判断流经第二电容C2两端的电压大于在电机控制器正常工作时流经第二电容C2的电流(即第一预设值)，就能确定电机控制器相对于机壳短路。然而，为了保护电机控制器，避免电机控制器因电流过大而被烧毁，需要在流经第二电容C2两端的电流小于第二预设值时，输出相线相对机壳短路信号，并实施相应的保护措施(例如，断开电源，或者控制逆变器单元31处于断开状态等)。
上述实施例通过实时获取流经第二电容的电流，在流经第二电容的电流大于第一预设值且小于第二预设值时，输出电机控制器的相线相对机壳短路信号，从而实施相应的保护措施，可实现电机控制器对机壳短路的全工况保护。本发明实施例摒弃了传统的判断三相电流不为零的方法来识别电机机壳是否短路，通过采样电流的方法识别短路工况，降低电流频率较高时存在的失效风险，弥补了传统方法中不能全工况保护的不足，并且器件少，成本低，易于实现。
具体地，在本发明的一个实施例中，若第一预设值为i，则i满足以下计算式：
其中，u为电机控制器正常工作时第二电容C2两端的电压，t为时间，C为第二电容C2的电容值。
在本发明的一个实施例中，第二预设值为i(L,t)，且i(L,t)通过以下计算式得到：
其中，UBUS为直流母线的电压，t为时间，L为电机控制器的相线相对机壳短路时，短路点到第二电容C2之间的等效电感，C为第二电容C2的电容值。
在电机控制器的相线相对机壳短路时，第二电容C2附近的回路会发生谐振，谐振电流的流向可如图6所示，以逆变器单元31的U相在发生相对机壳短路为例进行说明，在第四开关管G4开通(第一开关管G1断开)时，第二电容C2的一端经机壳和第四开关管G4连接到该第二电容C2的另一端，此时流经第二电容C2两端的电流增大，且电流的大小可通过计算式(2)计算得出。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
在本发明的一个实施例中，提供一种电机控制器保护系统，该电机控制器保护系统与上述实施例中电机控制器保护方法一一对应。如图7所示，该电机控制器保护系统包括:
电流采样单元71，用于实时获取流经第二电容C2的电流；
短路报警单元72，用于在流经第二电容C2的电流大于第一预设值且小于第二预设值时，输出电机控制器的相线相对机壳短路信号。
上述第一预设值可以为i，且i满足以下计算式：
其中，u为电机控制器正常工作时第二电容C2两端的电压，t为时间，C为第二电容C2的电容值。
上述第二预设值可以为i(L,t)，且i(L,t)通过以下计算式得到：
其中，UBUS为直流母线的电压，t为时间，L为电机控制器的相线相对机壳短路时，短路点到第二电容C2之间的等效电感，C为第二电容C2的电容值。
上述电机控制器中，电流采样单元71包括采样电阻和差分放大子单元，采样电阻连接在第二电容与负直流母线之间，差分放大子单元连接到采样电阻的两端，并实时获取采样电阻两端的电压。
关于电机控制器保护系统的具体限定可以参见上文中对于电机控制器保护方法的限定，在此不再赘述。上述电机控制器保护系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。
如图8所示，在本发明的一个实施例中，提供了一种电机控制器保护设备，包括存储器81、处理器82及存储在存储器81上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器82执行计算机程序时实现以上述电机控制器保护方法。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述电机控制器保护方法。
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，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，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。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电机控制器保护方法，用于在电机控制器的相线相对于机壳短路时进行保护，所述电机控制器包括直流母线、连接到所述直流母线的逆变器单元，且正直流母线和负直流母线之间具有依次串联连接的第一电容和第二电容，所述第一电容和第二电容的连接点接地，其特征在于，所述方法包括：
实时获取流经所述第二电容的电流；
在流经所述第二电容的电流大于第一预设值且小于第二预设值时，输出电机控制器的相线相对机壳短路信号。
2.如权利要求1所述的电机控制器保护方法，其特征在于，所述第一预设值为i，且所述i满足以下计算式：
其中，所述u为所述电机控制器正常工作时所述第二电容两端的电压，所述t为时间，所述C为第二电容的电容值。
3.如权利要求1所述的电机控制器保护方法，其特征在于，所述第二预设值为i(L,t)，且所述i(L,t)通过以下计算式得到：
其中，所述UBUS为所述直流母线的电压，所述t为时间，所述L为电机控制器的相线相对机壳短路时，短路点到所述第二电容之间的等效电感，所述C为所述第二电容的电容值。
4.如权利要求1所述的电机控制器保护方法，其特征在于，所述第二电容与所述负直流母线之间还连接有采样电阻，所述实时获取流经所述第二电容的电流，包括：
通过差分放大子单元实时获取所述采样电阻两端的电压；
根据所述采样电阻两端的电压获取流经所述第二电容的电流。
5.一种电机控制器保护系统，用于在电机控制器的相线相对于机壳短路时进行保护，所述电机控制器包括直流母线、连接到所述直流母线的逆变器单元，且正直流母线和负直流母线之间具有依次串联连接的第一电容和第二电容，所述第一电容和第二电容的连接点接地，其特征在于，所述电机控制器保护系统包括：
电流采样单元，用于实时获取流经所述第二电容的电流；
短路报警单元，用于在流经所述第二电容的电流大于第一预设值且小于第二预设值时，输出电机控制器的相线相对机壳短路信号。
6.如权利要求5所述的电机控制器保护系统，其特征在于，所述第一预设值为i，且所述i满足以下计算式：
其中，所述u为所述电机控制器正常工作时所述第二电容两端的电压，所述t为时间，所述C为第二电容的电容值。
7.如权利要求5所述的电机控制器保护系统，其特征在于，所述第二预设值为i(L,t)，且所述i(L,t)通过以下计算式得到：
其中，所述UBUS为所述直流母线的电压，所述t为时间，所述L为电机控制器的相线相对机壳短路时，短路点到所述第二电容之间的等效电感，所述C为所述第二电容的电容值。
8.如权利要求5所述的电机控制器保护系统，其特征在于，所述电流采样单元包括采样电阻和差分放大子单元，所述采样电阻连接在所述第二电容与所述负直流母线之间，所述差分放大子单元连接到所述采样电阻的两端，并实时获取所述采样电阻两端的电压。
9.一种电机控制器保护设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，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至4任一项所述电机控制器保护方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，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至4任一项所述电机控制器保护方法的步骤。
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