CN111307313B - 一种电机温度分段切换采样电路及温度计算方法 - Google Patents

一种电机温度分段切换采样电路及温度计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电机温度分段切换采样电路及温度计算方法，电路包括温度采样电阻、三个电容、七个电阻、三极管；第一电阻连接温度采样电阻的第一端和第一电容的第一端，温度采样电阻的第二端连接第一电容的第二端、第二电容的第一端、第二电阻的第一端、第三电阻的第一端，第二电容的第二端连接第二电阻的第二端、第四电阻的第一端、三极管的集电极，第三电阻的第二端连接第三电容的第一端和采样端，三极管的基极连接第六电阻的第一端和第七电阻的第一端，三极管的发射极连接第四电阻的第二端、第七电阻的第二端，第六电阻的第二端连接第五电阻的第一端和控制端。本发明能够实现电机不同温度段平稳切换，减小切换时温度计算的波动。

Description

一种电机温度分段切换采样电路及温度计算方法
技术领域
本发明属于电动汽车电驱动系统控制技术领域，具体涉及一种电机温度分段切换采样电路及温度计算方法。
背景技术
电驱动系统作为电动汽车的重要组成部分，是实现机械能与电能相互转化的关键。电驱动系统主要包括电机控制器和电机本体，其中电机在工作过程中由于铜耗与铁耗的存在将会产生大量的热量，所以必须对电机温度进行采样与监控以避免非预期高温所带来的危害。目前，为了实现宽温度范围的高精度电机温度采样，通常采取的解决方案是在不同温度段通过开关切换温度采样电路。但是由于电机温度采样电压在开关切换过程存在过渡过程，所以如何通过算法实现电机不同温度段的平稳切换且避免出现切换时温度计算的波动就显得十分必要。目前的电机温度计算方法主要适用于开关切换过程以外的工况，无法解决温度计算的波动问题以及波动导致开关电路频繁切换的问题。
发明内容
本发明目的是：提供一种通过算法实现电机不同温度段的平稳切换且避免出现切换时温度计算的波动的方法。
本发明的技术方案是：
第一方面，一种电机温度分段切换采样电路，包括：温度采样电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、三极管；
所述第一电阻的第一端连接电源，第二端分别连接所述温度采样电阻的第一端和所述第一电容的第一端，所述温度采样电阻的第二端分别连接所述第一电容的第二端、所述第二电容的第一端、所述第二电阻的第一端、所述第三电阻的第一端，所述第二电容的第二端分别连接所述第二电阻的第二端、所述第四电阻的第一端、所述三极管的集电极，所述第三电阻的第二端分别连接所述第三电容的第一端和电机温度的采样电压输出端，所述第三电容的第二端接地，所述三极管的基极分别连接所述第六电阻的第一端和所述第七电阻的第一端，所述三极管的发射极分别连接所述第四电阻的第二端、所述第七电阻的第二端以及接地，所述第六电阻的第二端分别连接所述第五电阻的第一端和输入的控制端，所述第五电阻的第二端接电源。
其进一步的技术方案是：所述温度采样电阻为负温度系统温敏电阻，所述温度采样电阻的阻值与温度成负相关；
温度降低，所述温度采样电阻的阻值增大，输入的控制端置低，所述三极管关断，所述第四电阻接入电路进行分压；
温度升高，所述温度采样电阻的阻值减小，输入的控制端置高，所述三极管导通，所述第四电阻从电路中断开。
第二方面，一种电机温度分段切换采样温度计算方法，应用于如第一方面所述的电机温度分段切换采样电路中，该方法包括：
预先确定控制三极管的临界温度值，计算电机温度采样电压与电机温度之间的低温温度表和高温温度表；
开始温度计算循环；
将第一定时器计数加1；
当第一定时器计数小于第一限值时，根据电机温度采样电压查询所述低温温度表，得到电机温度，结束循环；
当第一定时器计数大于或等于第一限值且小于第二限值时，根据电机温度与所述临界温度值的大小关系确定是否导通所述三极管，并根据第二定时器的计数确定温度切换标志位的值；
当第一定时器计数大于第二限值时，根据所述温度切换标志位的值、所述高温温度表和所述低温温度表确定电机温度，根据电机温度和所述温度切换标志位的值确定所述第一定时器的计数；
结束温度计算循环。
其进一步的技术方案是：所述预先确定控制三极管的临界温度值，计算电机温度采样电压与电机温度之间的低温温度表和高温温度表，包括：
根据所述温度采样电阻的R-T曲线以及所述第一电阻、所述第二电阻、所述第四电阻的阻值，确定控制所述三极管导通和关断时刻的临界温度值；
当所述三极管关断时，根据所述温度采样电阻的R-T曲线以及所述第一电阻、所述第二电阻、所述第四电阻的阻值，计算得到电机温度采样电压-电机温度的一维的低温温度表，所述低温温度表的查询范围是电机最低工作温度至所述临界温度值加上温度滞环的上限；
当所述三极管导通时，根据所述温度采样电阻的R-T曲线以及所述第一电阻、所述第二电阻的阻值，计算得到电机温度采样电压-电机温度的一维的高温温度表，所述高温温度表的查询范围是所述临界温度值减去温度滞环的下限至电机最高工作温度。
其进一步的技术方案是：所述根据电机温度与所述临界温度值的大小关系确定是否导通所述三极管，并根据第二定时器的计数确定温度切换标志位的值，包括：
若电机温度大于或等于所述临界温度值，则控制输入的控制端置高，导通所述三极管，将所述第四电阻从电路中断开；将第二定时器计数加1，若第二定时器计数大于或等于第三限值，则将温度切换标志位置为1，将第二定时器计数清0，结束循环；若第二定时器计数小于第三限值，结束循环；
若电机温度小于所述临界温度值，则控制输入的控制端置低，关断所述三极管，将所述第四电阻接入到电路中；将第二定时器计数加1，若第二定时器计数大于或等于第三限值，则将温度切换标志位置为2，将第二定时器计数清0，结束循环；若第二定时器计数小于第三限值，结束循环。
其进一步的技术方案是：所述根据所述温度切换标志位的值、所述高温温度表和所述低温温度表确定电机温度，根据电机温度和所述温度切换标志位的值确定所述第一定时器的计数，包括：
情况一，若所述温度切换标志位置1，根据电机温度采样电压查询所述高温温度表，得到电机温度；
情况二，若所述温度切换标志位置2，根据电机温度采样电压查询所述低温温度表，得到电机温度；
情况三，若电机温度大于或等于第一温度阈值且温度切换标志位置1，或电机温度小于第二温度阈值且温度切换标志位置2，则将第一定时器置为第二限值减去1；
情况四，对于所述情况三以外的情况，将第一定时器置为第一限值减去1。
其进一步的技术方案是：所述第一限值、所述第二限值、所述第一温度阈值、所述第二温度阈值通过实验标定获得；所述第三限值等于所述第二限值减去所述第一限值；所述第一温度阈值大于所述临界温度值减去温度滞环的下限，所述第二温度阈值小于所述临界温度值加上温度滞环的上限。
其进一步的技术方案是：温度计算循环的时间间隔通过实验标定获得。
本发明的优点是：
通过分压开关电路切换时刻的选择以及切换过程电机温度采样电压的定时循环计算，可以实现电机不同温度段的平稳切换，且减小出现切换时的温度计算的波动，工程应用价值较好。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1是一种电机温度分段切换采样电路的电路图；
图2是电机温度采样电压与采样电阻的关系曲线图；
图3是一种电机温度分段切换采样温度计算方法的流程图；
图4是另一种电机温度分段切换采样温度计算方法的流程图。
具体实施方式
实施例：本申请提供了一种电机温度分段切换采样电路，如图1所示，该电路包括：温度采样电阻Rtemp、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、三极管Q1。
第一电阻R1的第一端连接电源VCC，第二端分别连接温度采样电阻Rtemp的第一端和第一电容C1的第一端，温度采样电阻Rtemp的第二端分别连接第一电容C1的第二端、第二电容C2的第一端、第二电阻R2的第一端、第三电阻R3的第一端，第二电容C2的第二端分别连接第二电阻R2的第二端、第四电阻R4的第一端、三极管Q1的集电极，第三电阻R3的第二端分别连接第三电容C3的第一端和电机温度的采样电压输出端Vtemp，第三电容C3的第二端接地，三极管Q1的基极分别连接第六电阻R6的第一端和第七电阻R7的第一端，三极管Q1的发射极分别连接第四电阻R4的第二端、第七电阻R7的第二端以及接地，第六电阻R6的第二端分别连接第五电阻R5的第一端和输入的控制端Temp_Control，第五电阻R5的第二端接电源VCC。
Rtemp为电机温度采样电阻，且并联的第一电容C1为滤波电容，第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4为分压电阻，其中第二电阻R2并联滤波电容C2，滤波电容C3和滤波电阻R3组成的RC滤波电路将温度采样电阻的第二端电压进行预处理后输出电机温度采样电压Vtemp，即为经过滤波处理后的第二端电压。Q1为三极管，与分压电阻R4并联，可以根据控制指令Temp_Control控制分压电阻R4是否接入电路。
可选的，温度采样电阻Rtemp为NTC负温度系统温敏电阻，温度采样电阻Rtemp的阻值与温度成负相关。如图1所示，温度降低，温度采样电阻Rtemp的阻值增大，输入的控制端Temp_Control置低，三极管Q1关断，第四电阻R4接入电路进行分压；温度升高，温度采样电阻Rtemp的阻值减小，输入的控制端Temp_Control置高，三极管Q1导通，第四电阻R4从电路中断开。通过这种方式可以提高温度检测在全范围的精度，其电机温度采样电压Vtemp与采样电阻Rtemp的关系曲线图如图2所示，其中曲线1为第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4、温度采样电阻Rtemp四个电阻分压的Vtemp-Rtemp曲线，曲线2为第一电阻R1、第二电阻R2、温度采样电阻Rtemp三个电阻分压的Vtemp-Rtemp曲线。当温度较低三极管Q1关断时，实际Vtemp-Rtemp曲线与曲线1相同，t1时刻三极管Q1导通，实际Vtemp-Rtemp曲线需从曲线1切换到曲线2，但是由于滤波电容C2和C3的存在，Vtemp将会以曲线形式在t2时刻下降到曲线2，之后随着温度升高，实际Vtemp-Rtemp曲线与曲线2相同，因此实际Vtemp-Rtemp曲线如图2中黑色粗线所示。
本申请还提供了一种电机温度分段切换采样温度计算方法，应用于如图1所示的电机温度分段切换采样电路中，如图3所示，该方法可以包括：
步骤10，预先确定控制三极管的临界温度值，计算电机温度采样电压与电机温度之间的低温温度表和高温温度表。
可选的，步骤10可以包括以下步骤：
第一步，根据温度采样电阻的R-T曲线以及第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4的阻值，确定控制三极管Q1导通和关断时刻的临界温度值Tbase，即当电机温度小于Tbase时，控制三极管Q1关断，当电机温度大于等于Tbase时，控制三极管Q1导通；
第二步，当三极管Q1关断时，根据温度采样电阻的R-T曲线以及第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4的阻值，计算得到电机温度采样电压Vtemp-电机温度的一维的低温温度表TableLow，低温温度表TableLow的查询范围是电机最低工作温度Tmin至临界温度值Tbase加上温度滞环的上限T1；一般情况下Tmin为-50℃，T1根据电机温度采样电路参数标定得到，通常选取为10℃～20℃；
第三步，当三极管Q1导通时，根据温度采样电阻的R-T曲线以及第一电阻R1、第二电阻R2的阻值，计算得到电机温度采样电压Vtemp-电机温度的一维的高温温度表TableHigh，高温温度表TableHigh的查询范围是临界温度值Tbase减去温度滞环的下限T2至电机最高工作温度Tmax，一般情况下Tmax为250℃，T2根据电机温度采样电路参数标定得到，通常选取为10℃～20℃。
步骤20，开始温度计算循环。
步骤30，将第一定时器计数加1。
第一定时器为Count。
步骤40，当第一定时器计数小于第一限值时，根据电机温度采样电压查询低温温度表，得到电机温度，结束循环。
即定时器Count小于限值COUNT1时，根据电机温度采样电压Vtemp查询Vtemp-电机温度的低温温度表TableLow得到电机温度Tmotor。
步骤50，当第一定时器计数大于或等于第一限值且小于第二限值时，根据电机温度与临界温度值的大小关系确定是否导通三极管，并根据第二定时器的计数确定温度切换标志位的值。
即定时器Count大于或等于限值COUNT1且小于限值COUNT2时，步骤50分为两个情况：
若电机温度Tmotor大于或等于临界温度值Tbase，则控制输入的控制端Temp_Control置高，导通三极管Q1，将第四电阻R4从电路中断开；将第二定时器Count1计数加1，若第二定时器Count1计数大于或等于第三限值COUNT3，则将温度切换标志位Temp_Flag为置1，将第二定时器Count1计数清0，结束本次循环；若第二定时器Count1计数小于第三限值COUNT3，结束本次循环；
若电机温度Tmotor小于临界温度值Tbase，则控制输入的控制端Temp_Control置低，关断三极管Q1，将第四电阻R4接入到电路中；将第二定时器Count1计数加1，若第二定时器Count1计数大于或等于第三限值COUNT3，则将温度切换标志位Temp_Flag置为2，将第二定时器Count1计数清0，结束本次循环；若第二定时器Count1计数小于第三限值COUNT3，结束本次循环。
步骤60，当第一定时器计数大于第二限值时，根据温度切换标志位的值、高温温度表和低温温度表确定电机温度，根据电机温度和温度切换标志位的值确定第一定时器的计数。
即定时器Count大于限值COUNT2时，步骤60可以包括以下步骤：
第一步，情况一：若温度切换标志位Temp_Flag置1，根据电机温度采样电压Vtemp查询高温温度表TableHigh，得到电机温度Tmotor；情况二：若温度切换标志位Temp_Flag置2，根据电机温度采样电压Vtemp查询低温温度表TableLow，得到电机温度Tmotor；
第二步，情况三：若电机温度Tmotor大于或等于第一温度阈值TMOTOR1且温度切换标志位Temp_Flag置1，或电机温度Tmotor小于第二温度阈值TMOTOR2且温度切换标志位Temp_Flag置2，则将第一定时器Count置为第二限值COUNT2减去1；情况四：对于情况三以外的情况，将第一定时器Count置为第一限值COUNT1减去1。
其中，COUNT1、COUNT2、TMOTOR1、TMOTOR2通过实验标定获得，COUNT3等于COUNT2-COUNT1，TMOTOR1大于Tbase-T2，TMOTOR2小于Tbase+T1。
其中，温度计算循环的时间间隔通过实验标定获得，一般选取为1ms。
步骤70，结束温度计算循环。
结合参考图4，其示出了步骤20至步骤70所包含的电机温度分段切换采样温度计算方法的流程图。
综上所述，本申请提供的电机温度分段切换采样电路及温度计算方法，通过分压开关电路切换时刻的选择以及切换过程电机温度采样电压的定时循环计算，可以实现电机不同温度段的平稳切换，且减小出现切换时的温度计算的波动，工程应用价值较好。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或者两个以上。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通基数人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器、磁盘或光盘等。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电机温度分段切换采样温度计算方法，其特征在于，应用于包括温度采样电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、三极管的电机温度分段切换采样电路中，所述第一电阻的第一端连接电源，第二端分别连接所述温度采样电阻的第一端和所述第一电容的第一端，所述温度采样电阻的第二端分别连接所述第一电容的第二端、所述第二电容的第一端、所述第二电阻的第一端、所述第三电阻的第一端，所述第二电容的第二端分别连接所述第二电阻的第二端、所述第四电阻的第一端、所述三极管的集电极，所述第三电阻的第二端分别连接所述第三电容的第一端和电机温度的采样电压输出端，所述第三电容的第二端接地，所述三极管的基极分别连接所述第六电阻的第一端和所述第七电阻的第一端，所述三极管的发射极分别连接所述第四电阻的第二端、所述第七电阻的第二端以及接地，所述第六电阻的第二端分别连接所述第五电阻的第一端和输入的控制端，所述第五电阻的第二端接电源；
所述方法包括：
根据所述温度采样电阻的R-T曲线以及所述第一电阻、所述第二电阻、所述第四电阻的阻值，确定控制所述三极管导通和关断时刻的临界温度值；
当所述三极管关断时，根据所述温度采样电阻的R-T曲线以及所述第一电阻、所述第二电阻、所述第四电阻的阻值，计算得到电机温度采样电压-电机温度的一维的低温温度表，所述低温温度表的查询范围是电机最低工作温度至所述临界温度值加上温度滞环的上限；
当所述三极管导通时，根据所述温度采样电阻的R-T曲线以及所述第一电阻、所述第二电阻的阻值，计算得到电机温度采样电压-电机温度的一维的高温温度表，所述高温温度表的查询范围是所述临界温度值减去温度滞环的下限至电机最高工作温度；
开始温度计算循环；
将第一定时器计数加1；
当第一定时器计数小于第一限值时，根据电机温度采样电压查询所述低温温度表，得到电机温度，结束循环；
当第一定时器计数大于或等于第一限值且小于第二限值时，根据电机温度与所述临界温度值的大小关系确定是否导通所述三极管，并根据第二定时器的计数确定温度切换标志位的值；
当第一定时器计数大于第二限值时，根据所述温度切换标志位的值、所述高温温度表和所述低温温度表确定电机温度，根据电机温度和所述温度切换标志位的值确定所述第一定时器的计数；
结束温度计算循环；
所述根据电机温度与所述临界温度值的大小关系确定是否导通所述三极管，并根据第二定时器的计数确定温度切换标志位的值，包括：
若电机温度大于或等于所述临界温度值，则控制输入的控制端置高，导通所述三极管，将所述第四电阻从电路中断开；将第二定时器计数加1，若第二定时器计数大于或等于第三限值，则将温度切换标志位置为1，将第二定时器计数清0，结束循环；若第二定时器计数小于第三限值，结束循环；
若电机温度小于所述临界温度值，则控制输入的控制端置低，关断所述三极管，将所述第四电阻接入到电路中；将第二定时器计数加1，若第二定时器计数大于或等于第三限值，则将温度切换标志位置为2，将第二定时器计数清0，结束循环；若第二定时器计数小于第三限值，结束循环。
2.根据权利要求1所述的电机温度分段切换采样温度计算方法，其特征在于，所述根据所述温度切换标志位的值、所述高温温度表和所述低温温度表确定电机温度，根据电机温度和所述温度切换标志位的值确定所述第一定时器的计数，包括：
第一步，情况一：若所述温度切换标志位置1，根据电机温度采样电压查询所述高温温度表，得到电机温度；情况二：若所述温度切换标志位置2，根据电机温度采样电压查询所述低温温度表，得到电机温度；
第二步，情况三：若电机温度大于或等于第一温度阈值且温度切换标志位置1，或电机温度小于第二温度阈值且温度切换标志位置2，则将第一定时器置为第二限值减去1；情况四：对于所述情况三以外的情况，将第一定时器置为第一限值减去1。
3.根据权利要求2所述的电机温度分段切换采样温度计算方法，其特征在于，所述第一限值、所述第二限值、所述第一温度阈值、所述第二温度阈值通过实验标定获得；所述第三限值等于所述第二限值减去所述第一限值；所述第一温度阈值大于所述临界温度值减去温度滞环的下限，所述第二温度阈值小于所述临界温度值加上温度滞环的上限。
4.根据权利要求1至3任一所述的电机温度分段切换采样温度计算方法，其特征在于，温度计算循环的时间间隔通过实验标定获得。
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