CN111756306A - 用于电机的svpwm调制零矢量分配方法、装置及电动汽车 - Google Patents

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CN111756306A CN201910247758.8A CN201910247758A CN111756306A CN 111756306 A CN111756306 A CN 111756306A CN 201910247758 A CN201910247758 A CN 201910247758A CN 111756306 A CN111756306 A CN 111756306A
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陈平
赵小坤
杨康
梁灵威
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Abstract

本发明涉及电机控制技术领域，公开了一种用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法、装置及电动汽车，所述方法包括：实时检测电机的转速；当检测到电机的转速小于等于预设的转速阈值时，检测电机的电流矢量角度；根据检测到的电流矢量角度，获取与电流矢量角度相对应的零矢量最优分配比例；根据零矢量最优分配比例，分别调整SVPWM的两个零矢量的占比，从而实现调整逆变器中的IGBT和二极管的发热量，以降低逆变器中的IGBT和二极管的最高温升值，进而有效地避免了电机在堵转或低速运行时，由于两个零矢量的持续时间相同而导致三相逆变器中个别IGBT或者二极管温度较高的问题，因此提高了逆变器的扭矩输出能力。

Description

用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法、装置及电动汽车
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，特别是涉及用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法、装置及电动汽车。
背景技术
在电机控制领域中，SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)是一种常用的脉冲宽度调制技术，其广泛应用于逆变器交流波形的输出。
如图1所示，三相逆变器具有三组桥臂A、B、C，每组桥臂由两个桥臂1串联组成，每个桥臂1包括并联的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)V1和二极管D1，两个桥臂1分别为上桥臂和下桥臂。按照三相排列的方式，在每组桥臂中，将上桥臂导通、同时下桥臂关断的状态表示为1，将上桥臂关断、同时下桥臂导通的状态表示为0，则可以把三相逆变器输出的空间电压矢量表示为7种，即V0＝000，V1＝100，V2＝110，V3＝010，V4＝011，V5＝001，V6＝101，V7＝111，如图2所示；其中，矢量V0和矢量V7不能输出电压，称为零矢量，其他矢量称为有效矢量。目前，为了使SVPWM输出的电压谐波含量较小，通常使两个零矢量V0和V7的持续时间相同。
但是，本发明人在实施本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下技术问题：一方面，由于采用的零矢量的不同决定了电流是流过IGBT还是流过续流二极管，从而决定了IGBT和续流二极管的发热功率。具体地，如图1所示，在相电流大于零的情况下，当采用零矢量V7时，开关信号为1，即上桥臂导通，且下桥臂关断，则相电流仅流过上桥臂的IGBT；而当采用零矢量V0时，开关信号为0，上桥臂关断，且下桥臂导通，则相电流仅流过下桥臂的二极管。反之，在相电流小于零的情况下，当采用零矢量V7时，开关信号为1，相电流仅流过上桥臂的二极管；而当采用零矢量V0时，开关信号为0，相电流仅流过下桥臂的IGBT。另一方面，由于系统性优化的原因，在IGBT模块中，通常会将续流二极管的热阻设计得明显大于IGBT的热阻，这使得当零矢量V0和零矢量V7的持续时间相同时，在相同发热功率下，二极管的温升会明显高于IGBT的温升。因此，在电机堵转或低速运行的情况下，由于有效电压矢量占比很小，零矢量占比很大，此时，若使零矢量V0和V7的持续时间相同，则三相逆变器容易出现个别IGBT或者续流二极管温度特别高，从而限制了逆变器的扭矩输出能力。
发明内容
本发明实施例提供一种用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法、装置及电动汽车，以解决现有电机在堵转或低速运行时，由于两个零矢量的持续时间相同而导致三相逆变器中个别IGBT或者二极管温度较高的技术问题，以提高逆变器的扭矩输出能力。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法，包括：
实时检测所述电机的转速；
当检测到所述电机的转速小于等于预设的转速阈值时，检测所述电机的电流矢量角度；
根据检测到的所述电流矢量角度，获取与所述电流矢量角度相对应的零矢量最优分配比例；
根据所述零矢量最优分配比例，分别调整SVPWM的两个零矢量的占比,使得所述电机在所述电流矢量角度下，IGBT和二极管的最高温升值最小。
作为优选方案，所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法还包括：
创建零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表；其中，所述零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表中的所述零矢量最优分配比例与所述电流矢量角度为一一对应的关系；
所述根据检测到的所述电流矢量角度，获取与所述电流矢量角度相对应的零矢量最优分配比例，具体为：
根据检测到的所述电流矢量角度，通过查询所述零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表，获取与所述电流矢量角度对应的零矢量最优分配比例。
作为优选方案，所述创建零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表，具体包括：
根据每一所述电流矢量角度，计算三相逆变器中每一相的电流；
根据所述三相逆变器中每一相的电流以及该相中的IGBT导通压降和IGBT热阻，创建在同一所述电流矢量角度下，该相中电流流过的IGBT的温升与零矢量分配比例关系曲线；
根据所述三相逆变器中每一相的电流以及该相中的二极管导通压降和二极管热阻，创建在同一所述电流矢量角度下，该相中电流流过的二极管的温升与零矢量分配比例关系曲线；
根据所述三相逆变器中每一相中的IGBT的温升与零矢量分配比例关系曲线以及每一相中的二极管的温升与零矢量分配比例关系曲线，查询在同一所述电流矢量角度下，每一零矢量分配比例所对应的所述三相逆变器中电流流过的所有IGBT和二极管的最高温升值；
获取在同一所述电流矢量角度下，使所述三相逆变器中电流流过的所有IGBT和二极管的最高温升值最小的零矢量分配比例，作为零矢量最优分配比例；
根据每一所述电流矢量角度及其对应的零矢量最优分配比例，创建零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表。
作为优选方案，所述根据每一所述电流矢量角度，计算三相逆变器中每一相的电流，具体为：
根据每一所述电流矢量角度，通过以下计算公式计算三相逆变器中每一相的电流：
Figure BDA0002010754070000031
其中，Ii为三相逆变器中第i相的电流；Is为电流矢量幅值；θ为所述电流矢量角度，0°≤θ≤360°；i为三相逆变器的第i相，1≤i≤3。
作为优选方案，所述根据所述三相逆变器中每一相的电流以及该相中的IGBT导通压降和IGBT热阻，创建在同一所述电流矢量角度下，该相中电流流过的IGBT的温升与零矢量分配比例关系曲线，具体包括：
根据所述三相逆变器中每一相的电流以及该相中的IGBT导通压降和IGBT热阻，通过以下计算公式计算每一个零矢量分配比例对应的该相中电流流过的IGBT的温升：
Figure BDA0002010754070000041
其中，ΔTi_IGBT为三相逆变器第i相中电流流过的IGBT的温升；Uce(Ii)为三相逆变器第i相中的IGBT导通压降；Ri为IGBT热阻；k为零矢量V0(000)的作用时间占两个零矢量的总作用时间的比例，两个零矢量分别为零矢量V0(000)和零矢量V7(111)；
根据在同一所述电流矢量角度下，每一个零矢量分配比例及其对应的该相中电流流过的IGBT的温升，创建该相中电流流过的IGBT的温升与零矢量分配比例关系曲线。
作为优选方案，所述根据所述三相逆变器中每一相的电流以及该相中的二极管导通压降和二极管热阻，创建在同一所述电流矢量角度下，该相中电流流过的二极管的温升与零矢量分配比例关系曲线，具体包括：
根据所述三相逆变器中每一相的电流以及该相中的二极管导通压降和二极管热阻，通过以下计算公式计算每一个零矢量分配比例对应的该相中电流流过的二极管的温升：
Figure BDA0002010754070000042
其中，ΔTi_Diode为三相逆变器第i相中电流流过的二极管的温升；Uf(Ii)为三相逆变器第i相的二极管导通压降；Rd为二极管热阻；k为零矢量V0(000)的作用时间占两个零矢量的总作用时间的比例，两个零矢量分别为零矢量V0(000)和零矢量V7(111)；
根据在同一所述电流矢量角度下，每一个零矢量分配比例及其对应的该相中电流流过的二极管的温升，创建该相中电流流过的二极管的温升与零矢量分配比例关系曲线。
作为优选方案，所述创建零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表，包括：
测量在每一零矢量角度下，每一零矢量分配比例所对应的所述三相逆变器中所有的IGBT和二极管的温升；
获取在同一所述零矢量角度下，每一零矢量分配比例所对应的所述三相逆变器中所有的IGBT和二极管的最高温升值；
获取在同一所述零矢量角度下，使所述三相逆变器中所有的IGBT和二极管的最高温升值最小的零矢量分配比例，作为零矢量最优分配比例；
根据每一所述电流矢量角度及其对应的零矢量最优分配比例，创建零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表。
为了解决相同的技术问题，本发明还提供一种用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置，包括：
电机转速检测模块，用于实时检测所述电机的转速；
电流矢量角度检测模块，用于当所述电机的转速小于等于预设的转速阈值时，检测所述电机的电流矢量角度；
零矢量最优分配比例获取模块，用于根据检测到的所述电流矢量角度，获取与所述电流矢量角度相对应的零矢量最优分配比例；
零矢量占比调整模块，用于根据所述零矢量最优分配比例，分别调整SVPWM的两个零矢量的占比，使得所述电机在所述电流矢量角度下，IGBT和二极管的最高温升值最小。
为了解决相同的技术问题，本发明还提供另一种用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由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的用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法。
本发明还提供一种电动汽车，包括上述的用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置和与所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置相连的三相电机。
与现有技术相比，本发明提供的一种用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法、装置及电动汽车，通过在检测到所述电机的转速小于等于预设的转速阈值时，检测所述电机的电流矢量角度；并根据检测到的所述电流矢量角度，获取与所述电流矢量角度相对应的零矢量最优分配比例，以通过获取的所述零矢量最优分配比例，分别调整SVPWM的两个零矢量的占比，使得所述电机在所述电流矢量角度下，IGBT和二极管的最高温升值最小，从而实现调整逆变器中的IGBT和二极管的发热量，以降低逆变器中的IGBT和二极管的最高温升值，进而有效地避免了电机在堵转或低速运行时，由于两个零矢量的持续时间相同而导致三相逆变器中个别IGBT或者二极管温度较高的问题，因此提高了逆变器的扭矩输出能力。
附图说明
图1是三相逆变器的结构示意图；
图2是三相逆变器的电压矢量示意图；
图3是本发明实施例一提供的用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法的流程示意图；
图4是本发明实施例一提供的在同一电流矢量下，三相逆变器中的IGBT和二极管的温升与零矢量分配比例关系示意图；
图5是本发明实施例一提供的IGBT导通压降与电流的关系示意图；
图6是本发明实施例一提供的二极管导通压降与电流的关系示意图；
图7是本发明实施例一提供的零矢量最优分配比例与电流矢量角度的关系示意图；
图8是本发明实施例二提供的用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置的结构示意图；
图9是本发明实施例三提供的用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置的结构示意图。
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，所描述的实施例仅仅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。
实施例一
参见图3，是本发明实施例一提供的用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法的流程示意图；
本实施例提供的所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法，包括以下步骤S1-S4：
S1、实时检测所述电机的转速；
S2、当检测到所述电机的转速小于等于预设的转速阈值时，检测所述电机的电流矢量角度；
在步骤S2中，当检测到所述电机的转速小于等于预设的转速阈值时，表明所述电机处于堵转的状态或低速运行的状态；其中，电机低速运行的状态近似为电机堵转的状态；此时有效电压矢量占比很小，两个零矢量占比较大，为了避免两个零矢量的持续时间相同而导致三相逆变器中个别IGBT或者二极管温度较高的问题，因而需检测所述电机的电流矢量角度，以获取与所述电流矢量角度相对应的零矢量最优分配比例来调整两个零矢量的占比。
在本发明实施例中，所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法，包括步骤S2’：
S2’、当检测到所述电机的转速大于预设的转速阈值时，执行普通SVPWM程序。
在步骤S2’中，当检测到所述电机的转速大于预设的转速阈值时，表明所述电机未出现堵转或低速运行的状态，因而执行普通SVPWM程序，即采用传统的SVPWM调制方法，而无需再对任一电压矢量的作用时间进行调整。
S3、根据检测到的所述电流矢量角度，获取与所述电流矢量角度相对应的零矢量最优分配比例；
其中，所述零矢量最优分配比例为使所述三相逆变器中所有的IGBT和二极管的最高温升值最小的零矢量分配比例；所述零矢量分配比例为一个零矢量的作用时间占两个零矢量的总作用时间的比例。需要说明的是，在三相逆变器中，其具有八种开关状态，这八种开关状态对应八个空间电压矢量，分别为V0(000)、V1(100)、V2(110)、V3(010)、V4(011)、V5(001)、V6(101)和V7(111)，如图2所示；其中，八个空间电压矢量中包括两个零矢量，分别为零矢量V0(000)和零矢量V7(111)。
在本发明实施例中，在实施步骤S3之前，所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法还包括步骤S10：
S10、创建零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表；其中，所述关系表中的所述零矢量最优分配比例与所述电流矢量角度为一一对应的关系。
在一优选实施方式中，在步骤S10中，所述创建零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表，具体包括步骤S101-S106：
S101、根据每一所述电流矢量角度，计算三相逆变器中每一相的电流；
具体地，在步骤S101中，所述根据每一所述电流矢量角度，计算三相逆变器中每一相的电流，具体为：
根据每一所述电流矢量角度，通过以下计算公式(1)计算三相逆变器中每一相的电流：
Figure BDA0002010754070000081
其中，Ii为三相逆变器中第i相的电流；Is为电流矢量幅值；θ为电流矢量角度，0°≤θ≤360°；i为三相逆变器的第i相，1≤i≤3。需要说明的是，由于电流矢量幅值Is的改变对零矢量最优分配比例的值的影响不大，因此所述电流矢量幅值Is可以设置为IGBT的额定电流。
可以理解的，在本发明实施例中，所述三相逆变器包括A、B和C三相，因此，具体可以通过以下计算公式计算所述三相逆变器中每一相的电流：
Figure BDA0002010754070000082
Figure BDA0002010754070000083
Figure BDA0002010754070000091
其中，Ia为三相逆变器中A相的电流；Ib为三相逆变器中B相的电流；Ic为三相逆变器中C相的电流。
在本发明实施例中，通过上述公式能够计算得到在同一电流矢量角度下，所述三相逆变器中每一相的电流，进而得到在每一所述电流矢量角度下，所述三相逆变器中每一相的电流。
S102、根据所述三相逆变器中每一相的电流以及该相中的IGBT导通压降和IGBT热阻，创建在同一所述电流矢量角度下，该相中电流流过的IGBT的温升与零矢量分配比例关系曲线；
在步骤S102中，所述根据所述三相逆变器中每一相的电流以及该相中的IGBT导通压降和IGBT热阻，创建在同一所述电流矢量角度下，该相中电流流过的IGBT的温升与零矢量分配比例关系曲线，具体包括步骤S1021-S1022：
S1021、根据所述三相逆变器中每一相的电流以及该相中的IGBT导通压降和IGBT热阻，通过以下计算公式(2)计算每一个零矢量分配比例对应的该相中电流流过的IGBT的温升：
Figure BDA0002010754070000092
其中，ΔTi_IGBT为三相逆变器第i相中电流流过的IGBT的温升；Uce(Ii)为三相逆变器第i相中的IGBT导通压降；Ri为IGBT热阻；k为零矢量V0(000)的作用时间占两个零矢量的总作用时间的比例，两个零矢量分别为零矢量V0(000)和零矢量V7(111)。
需要说明的是，可以通过查询IGBT数据手册，查找到IGBT导通压降与电流的关系曲线图，如图5所示；因而，可以根据三相逆变器中第i相的电流Ii，并通过查询所述IGBT导通压降与电流的关系曲线图，从而得到所述三相逆变器第i相中的IGBT导通压降Uce(Ii)。
此外，需要说明的是，在三相逆变器中，当三相逆变器第i相的电流Ii＞0时，在零矢量V1时刻下，该相的上桥臂导通，且下桥臂关断，则三相逆变器第i相的电流Ii仅流过该相上桥臂的IGBT，即ΔTi_IGBT为逆变器第i相中上桥臂的IGBT的温升；而该相下桥臂的IGBT由于没有电流流过，则没有温升。当三相逆变器第i相的电流Ii＜0时，在零矢量V0时刻下，该相的上桥臂关断，且下桥臂导通，则三相逆变器第i相的电流Ii仅流过该相下桥臂的IGBT，即ΔTi_IGBT为三相逆变器第i相中下桥臂的IGBT的温升；而该相上桥臂的IGBT由于没有电流流过，则没有温升。
S1022、根据在同一所述电流矢量角度下，每一个零矢量分配比例及其对应的该相中电流流过的IGBT的温升，创建该相中电流流过的IGBT的温升与零矢量分配比例关系曲线。
具体地，根据上述公式(2)，能够得到在同一所述电流矢量角度下，每一零矢量分配比例对应的三相逆变器中每一相中电流流过的IGBT的温升，从而创建在该电流矢量角度下，每一相中电流流过的IGBT的温升与零矢量分配比例关系曲线；如图4所示，实线IGBT1-IGBT3所示分别为在同一流矢量角度下，三相逆变器中每一相中电流流过的IGBT的温升与零矢量分配比例关系曲线。
S103、根据所述三相逆变器中每一相的电流以及该相中的二极管导通压降和二极管热阻，创建在同一所述电流矢量角度下，该相中的二极管的温升与零矢量分配比例关系曲线；
在步骤S103中，所述根据所述三相逆变器中每一相的电流以及该相中的二极管导通压降和二极管热阻，创建在同一所述电流矢量角度下，该相中电流流过的二极管的温升与零矢量分配比例关系曲线，具体包括步骤S1031-S1032：
S1031、根据所述三相逆变器中每一相的电流以及该相中的二极管导通压降和二极管热阻，通过以下计算公式(3)计算每一个零矢量分配比例对应的该相中电流流过的二极管的温升：
Figure BDA0002010754070000101
其中，ΔTi_Diode为三相逆变器第i相中电流流过的二极管的温升；Uf(Ii)为三相逆变器第i相的二极管导通压降；Rd为二极管热阻；k为零矢量V0(000)的作用时间占两个零矢量的总作用时间的比例，两个零矢量分别为零矢量V0(000)和零矢量V7(111)；
需要说明的是，可以通过查询IGBT数据手册，查找到二极管导通压降与电流的关系曲线图，如图6所示；因而，可以根据三相逆变器中第i相的电流Ii，并通过查询所述二极管导通压降与电流的关系曲线图，从而得到所述三相逆变器第i相中的二极管导通压降Uf(Ii)。
此外，需要说明的是，在三相逆变器中，当三相逆变器第i相的电流Ii＞0时，在零矢量V0时刻下，该相的上桥臂关断，且下桥臂导通，则三相逆变器第i相的电流Ii仅流过该相下桥臂的二极管，即ΔTi_Diode为三相逆变器第i相中下桥臂的二极管的温升；而该相上桥臂的二极管由于没有电流流过，则没有温升。当三相逆变器第i相的电流Ii＜0时，在零矢量V7时刻下，该相的上桥臂导通，且下桥臂关断，则三相逆变器第i相的电流Ii仅流过该相上桥臂的二极管，即ΔTi_Diode为三相逆变器第i相中上桥臂的二极管的温升；而该相下桥臂的二极管由于没有电流流过，则没有温升。
S1032、根据在同一所述电流矢量角度下，每一个零矢量分配比例及其对应的该相中电流流过的二极管的温升，创建该相中电流流过的二极管的温升与零矢量分配比例关系曲线。
具体地，根据上述公式(3)，能够得到在同一所述电流矢量角度下，每一零矢量分配比例对应的三相逆变器中每一相的二极管的温升，从而创建在该电流矢量角度下，每一相中的二极管的温升与零矢量分配比例关系曲线；如图4所示，实线Diode1-Diode3所示分别为在同一所述电流矢量角度下，三相逆变器中每一相中电流流过的二极管的温升与零矢量分配比例关系曲线。
S104、根据所述三相逆变器中每一相中电流流过的IGBT的温升与零矢量分配比例关系曲线以及每一相中电流流过的二极管的温升与零矢量分配比例关系曲线，查询在同一所述电流矢量角度下，每一零矢量分配比例所对应的所述三相逆变器中电流流过的所有IGBT和二极管的最高温升值；
具体地，根据在同一所述电流矢量角度下，所述三相逆变器中每一相中电流流过的IGBT的温升与零矢量分配比例关系曲线以及每一相中电流流过的二极管的温升与零矢量分配比例关系曲线，查找到在同一所述电流矢量角度下，每一零矢量分配比例所对应的所述三相逆变器中各个IGBT的温升值以及各个二极管的温升值，从而得到在同一电流矢量角度下，每一零矢量分配比例所对应的所述三相逆变器中电流流过的所有IGBT和二极管的最高温升值。具体地，如图4所示，在同一所述电流矢量角度下，所述三相逆变器中每一相中电流流过的IGBT的温升与零矢量分配比例关系曲线为图中的实线IGBT1-IGBT3，每一相中电流流过的二极管的温升与零矢量分配比例关系曲线为图中的实线Diode1-Diode3；由图可见，当零矢量分配比例为0.1时，所述零矢量分配比例所对应的所述三相逆变器中电流流过的各个IGBT的温升值分别约为125℃、10℃、2℃，所述零矢量分配比例所对应的所述三相逆变器中电流流过的各个二极管的温升值分别约为130℃、35℃、22℃；因此，零矢量分配比例0.1所对应的所述三相逆变器中电流流过的所有IGBT和二极管的最高温升值为130℃。
S105、获取在同一所述电流矢量角度下，使所述三相逆变器中电流流过的所有IGBT和二极管的最高温升值最小的零矢量分配比例，作为零矢量最优分配比例；
具体地，从步骤S104查询得到的在同一所述电流矢量角度下，每一零矢量分配比例所对应的所述三相逆变器中电流流过的所有IGBT和二极管的最高温升值中，查找得到最高温升值最小的数值，从而得到在同一所述电流矢量角度下，与所述最高温升值最小的数值相对应的零矢量分配比例，作为零矢量最优分配比例；例如，如图4所示，在同一所述电流矢量下，所述三相逆变器中的IGBT和二极管的温升与零矢量分配比例关系示意图中，当零矢量分配比例为0.1时，对应的所述三相逆变器中电流流过的所有IGBT和二极管的最高温升值约为130℃；零矢量分配比例为0.3时，对应的所述三相逆变器中电流流过的所有IGBT和二极管的最高温升值约为104℃；零矢量分配比例约为0.4时，对应的所述三相逆变器中电流流过的所有IGBT和二极管的最高温升值约为90℃；零矢量分配比例为0.5时，对应的所述三相逆变器中电流流过的所有IGBT和二极管的最高温升值约为115℃；零矢量分配比例为0.7时，对应的所述三相逆变器中电流流过的所有IGBT和二极管的最高温升值约为155℃；零矢量分配比例为1时，对应的所述三相逆变器中电流流过的所有IGBT和二极管的最高温升值约为223℃；因此，所述三相逆变器中电流流过的所有IGBT和二极管的最高温升值最小的数值为90℃，如图中所示的黑点处，而与90℃对应的零矢量分配比例为0.4，即在该电流矢量角度下，0.4为零矢量最优分配比例。
S106、根据每一所述电流矢量角度及其对应的零矢量最优分配比例，创建零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表。
具体地，通过步骤S101-S105得到每一所述电流矢量角度及其对应的零矢量最优分配比例，从而可以根据所述零矢量最优分配比例与所述电流矢量角度为一一对应的关系，创建零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表。
当然，在本发明实施例中，也可以通过步骤S101-S105得到每一所述电流矢量角度及其对应的零矢量最优分配比例，创建零矢量最优分配比例与电流矢量角度的关系曲线，从而得到零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系曲线图，如图7所示。
在另一优选实施方式中，在步骤S10中，所述创建零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表，具体包括步骤S111-S114：
S111、测量在每一零矢量角度下，每一零矢量分配比例所对应的所述三相逆变器中所有的IGBT和二极管的温升；
具体地，向所述三相逆变器中给定一固定的零矢量角度，并依次调整零矢量分配比例，同时通过热成像仪测量在该固定的零矢量角度下，每一零矢量分配比例所对应的所述三相逆变器中的各个IGBT的温升和各个二极管的温升；依照上述方法，测量在每一零矢量角度下，每一零矢量分配比例所对应的所述三相逆变器中所有的IGBT和二极管的温升。
S112、获取在同一所述零矢量角度下，每一零矢量分配比例所对应的所述三相逆变器中所有的IGBT和二极管的最高温升值；
具体地，从步骤S111中得到的在每一零矢量角度下，每一零矢量分配比例所对应的所述三相逆变器中所有的IGBT和二极管的温升值中，查找获得在同一所述零矢量角度下，每一零矢量分配比例所对应的所述三相逆变器中所有的IGBT和二极管的最高温升值。
S113、获取在同一零矢量角度下，使所述三相逆变器中的IGBT和二极管的最高温升值最小的零矢量分配比例，作为零矢量最优分配比例；
具体地，由步骤S112中得到的在同一所述零矢量角度下，每一零矢量分配比例所对应的所述三相逆变器中所有的IGBT和二极管的最高温升值中，查找得到在同一所述零矢量角度下，所述三相逆变器中所有的IGBT和二极管的最高温升值的最小值，进而得到与所述最高温升值的最小值对应的零矢量分配比例，作为零矢量最优分配比例。
S114、根据每一所述电流矢量角度及其对应的零矢量最优分配比例，创建零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表。
当然，在本发明实施例中，也可以根据每一所述电流矢量角度及其对应的零矢量最优分配比例，创建零矢量最优分配比例与电流矢量角度的关系曲线，从而得到零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系曲线图。
因此，在一具体实施方式中，在实施步骤S3之前，当所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法还包括：创建零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表；则在步骤S3中，所述根据检测到的所述电流矢量角度，获取与所述电流矢量角度相对应的零矢量最优分配比例，具体为：
根据检测到的所述电流矢量角度，通过查询所述零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表，获取与所述电流矢量角度对应的零矢量最优分配比例。
在另一具体实施方式中，在实施步骤S3之前，当所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法还包括：创建零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系图；则在步骤S3中，所述根据检测到的所述电流矢量角度，获取与所述电流矢量角度相对应的零矢量最优分配比例，具体为：
根据检测到的所述电流矢量角度，通过查询所述零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系图，获取与所述电流矢量角度对应的零矢量最优分配比例。
S4、根据所述零矢量最优分配比例，分别调整SVPWM的两个零矢量的占比，使得所述电机在所述电流矢量角度下，IGBT和二极管的最高温升值最小。
具体地，所述占比为一个零矢量的作用时间占两个零矢量的总作用时间的比例；在步骤S4中，根据所述零矢量最优分配比例，调整SVPWM中相应的一个零矢量的占比为第一最优分配比例，并调整另一个零矢量的占比为第二最优分配比例；其中，所述第一最优分配比例为所述零矢量最优分配比例，所述第一最优分配比例与所述第二最优分配比例的和为1。可以理解的，由于所述零矢量最优分配比例为使所述三相逆变器中所有的IGBT和二极管的最高温升值最小的零矢量分配比例，而所述零矢量分配比例为一个零矢量的作用时间占两个零矢量的总作用时间的比例；其中，两个零矢量分别为零矢量V0(000)和零矢量V7(111)；因此，在步骤S3中，当获取与所述电流矢量角度相对应的零矢量最优分配比例为K，且获取的所述零矢量分配比例K具体为所述零矢量V0(000)的作用时间占两个零矢量的总作用时间的比例时，则在步骤S4中，根据所述零矢量最优分配比例K，调整SVPWM中的所述零矢量V0(000)的占比为K，同时调整SVPWM的所述零矢量V7(111)的占比为1-K。当所述零矢量分配比例K具体为所述零矢量V7(111)的作用时间占两个零矢量的总作用时间的比例时，则在步骤S4中，根据所述零矢量最优分配比例K，调整SVPWM中的所述零矢量V7(111)的占比为K，同时调整SVPWM的所述零矢量V0(000)的占比为1-K。
在本发明实施例中，所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法，通过在检测到所述电机的转速小于等于预设的转速阈值时，检测所述电机的电流矢量角度；并根据检测到的所述电流矢量角度，获取与所述电流矢量角度相对应的零矢量最优分配比例，以通过获取的所述零矢量最优分配比例，分别调整SVPWM的两个零矢量的占比，从而实现调整逆变器中的IGBT和二极管的发热量，以降低逆变器中的IGBT和二极管的最高温升值，进而有效地避免了电机在堵转或低速运行时，由于两个零矢量的持续时间相同而导致三相逆变器中个别IGBT或者二极管温度较高的问题，因此提高了逆变器的扭矩输出能力。
实施例二
参见图8，是本发明实施例二提供的一种用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置的结构示意图；所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置，包括：
电机转速检测模块101，用于实时检测所述电机的转速；
电流矢量角度检测模块102，用于当所述电机的转速小于等于预设的转速阈值时，检测所述电机的电流矢量角度；
零矢量最优分配比例获取模块103，用于根据检测到的所述电流矢量角度，获取与所述电流矢量角度相对应的零矢量最优分配比例；
零矢量占比调整模块104，用于根据所述零矢量最优分配比例，分别调整SVPWM的两个零矢量的占比，使得所述电机在所述电流矢量角度下，IGBT和二极管的最高温升值最小。
在本发明实施例中，通过所述电机转速检测模块101实时检测所述电机的转速，通过所述电流矢量角度检测模块102在检测到所述电机的转速小于等于预设的转速阈值时，检测所述电机的电流矢量角度；并通过所述零矢量最优分配比例获取模块103根据检测到的所述电流矢量角度，获取与所述电流矢量角度相对应的零矢量最优分配比例，最后通过所述零矢量占比调整模块104根据所述零矢量最优分配比例，分别调整SVPWM的两个零矢量的占比，从而实现调整逆变器中的IGBT和二极管的发热量，以降低逆变器中的IGBT和二极管的最高温升值，进而有效地避免了电机在堵转或低速运行时，由于两个零矢量的持续时间相同而导致三相逆变器中个别IGBT或者二极管温度较高的问题，因此提高了逆变器的扭矩输出能力。
在一优选实施例中，所述零矢量最优分配比例获取模块103，具体用于根据检测到的所述电流矢量角度，通过查询零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表，获取与所述电流矢量角度对应的零矢量最优分配比例；其中，所述关系表中的所述零矢量最优分配比例与所述电流矢量角度为一一对应的关系。需要说明的是，与所述电流矢量角度对应的零矢量最优分配比例是在产品开发时已计算获得，因此，所述零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表是预先创建好，并保存在所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置内。
在本发明实施例中，所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置还包括多个模块/单元，使得所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置能够实现所述的用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法的其他步骤；其中，所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法具体可参考上述实施例一的描述，在此不做更多的赘述。
实施例三
参见图9，是本发明实施例三提供的一种用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置的结构示意图；所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置，包括：
至少一个处理器11，存储器12，至少一个网络接口13或者其他用户接口14，至少一个通信总线15；所述通信总线15用于实现这些组件之间的连接通信。其中，所述用户接口14可选的可以包括USB接口以及其他标准接口、有线接口。所述网络接口13可选的可以包括Wi-Fi接口以及其他无线接口。
在一些实施方式中，所述存储器12存储了如下的元素，可执行模块或者数据结构，或者他们的子集，或者他们的扩展集:
操作系统121，包含各种系统程序，如电池管理系统等等，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务；
计算机程序122。
具体地，所述处理器11用于调用所述存储器12中存储的所述计算机程序122，执行上述实施例所述的用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法，例如图3所示的步骤S1。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器12中，并由所述处理器11执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置中的执行过程。所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置可包括，但不仅限于，所述处理器11和存储器12。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置的示例，并不构成对用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器11可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器11是所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置的各个部分。
所述存储器12可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器11通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置的各种功能。所述存储器12可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器12可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也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计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供一种电动汽车，包括上述的用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置和与所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置相连的三相电机。其中，所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置的结构和工作原理具体可参考实施例二和三，在此不再赘述。
综上，本发明提供的一种用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法、装置及电动汽车，通过在检测到所述电机的转速小于等于预设的转速阈值时，检测所述电机的电流矢量角度；并根据检测到的所述电流矢量角度，获取与所述电流矢量角度相对应的零矢量最优分配比例，以通过获取的所述零矢量最优分配比例，分别调整SVPWM的两个零矢量的占比，从而实现调整逆变器中的IGBT和二极管的发热量，以降低逆变器中的IGBT和二极管的最高温升值，进而有效地避免了电机在堵转或低速运行时，由于两个零矢量的持续时间相同而导致三相逆变器中个别IGBT或者二极管温度较高的问题，因此提高了逆变器的扭矩输出能力。
本发明还提供一种电动汽车，包括上述的用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置和与用于电机的SVPWM调制零矢量分配优化装置相连的三相电机。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法，其特征在于，包括：
实时检测所述电机的转速；
当检测到所述电机的转速小于等于预设的转速阈值时，检测所述电机的电流矢量角度；
根据检测到的所述电流矢量角度，获取与所述电流矢量角度相对应的零矢量最优分配比例；
根据所述零矢量最优分配比例，分别调整SVPWM的两个零矢量的占比，使得所述电机在所述电流矢量角度下，IGBT和二极管的最高温升值最小。
2.如权利要求1所述的用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法，其特征在于，所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法还包括：
创建零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表；其中，所述零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表中的所述零矢量最优分配比例与所述电流矢量角度为一一对应的关系；
所述根据检测到的所述电流矢量角度，获取与所述电流矢量角度相对应的零矢量最优分配比例，具体为：
根据检测到的所述电流矢量角度，通过查询所述零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表，获取与所述电流矢量角度对应的零矢量最优分配比例。
3.如权利要求2所述的用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法，其特征在于，所述创建零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表，包括：
根据每一所述电流矢量角度，计算三相逆变器中每一相的电流；
根据所述三相逆变器中每一相的电流以及该相中的IGBT导通压降和IGBT热阻，创建在同一所述电流矢量角度下，该相中电流流过的IGBT的温升与零矢量分配比例关系曲线；
根据所述三相逆变器中每一相的电流以及该相中的二极管导通压降和二极管热阻，创建在同一所述电流矢量角度下，该相中电流流过的二极管的温升与零矢量分配比例关系曲线；
根据所述三相逆变器中每一相中电流流过的IGBT的温升与零矢量分配比例关系曲线以及每一相中电流流过的二极管的温升与零矢量分配比例关系曲线，查询在同一所述电流矢量角度下，每一零矢量分配比例所对应的所述三相逆变器中电流流过的所有IGBT和二极管的最高温升值；
获取在同一所述电流矢量角度下，使所述三相逆变器中电流流过的所有IGBT和二极管的最高温升值最小的零矢量分配比例，作为零矢量最优分配比例；
根据每一所述电流矢量角度及其对应的零矢量最优分配比例，创建零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表。
4.如权利要求3所述的用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法，其特征在于，所述根据每一所述电流矢量角度，计算三相逆变器中每一相的电流，具体为：
根据每一所述电流矢量角度，通过以下计算公式计算三相逆变器中每一相的电流：
Figure FDA0002010754060000021
其中，Ii为三相逆变器中第i相的电流；Is为电流矢量幅值；θ为电流矢量角度，0°≤θ≤360°；i为三相逆变器的第i相，1≤i≤3。
5.如权利要求3所述的用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法，其特征在于，所述根据所述三相逆变器中每一相的电流以及该相中的IGBT导通压降和IGBT热阻，创建在同一所述电流矢量角度下，该相中电流流过的IGBT的温升与零矢量分配比例关系曲线，具体包括：
根据所述三相逆变器中每一相的电流以及该相中的IGBT导通压降和IGBT热阻，通过以下计算公式计算每一个零矢量分配比例对应的该相中电流流过的IGBT的温升：
Figure FDA0002010754060000031
其中，ΔTi_IGBT为三相逆变器第i相中电流流过的IGBT的温升；Uce(Ii)为三相逆变器第i相中的IGBT导通压降；Ri为IGBT热阻；k为零矢量V0(000)的作用时间占两个零矢量的总作用时间的比例，两个零矢量分别为零矢量V0(000)和零矢量V7(111)；
根据在同一所述电流矢量角度下，每一个零矢量分配比例及其对应的该相中电流流过的IGBT的温升，创建该相中电流流过的IGBT的温升与零矢量分配比例关系曲线。
6.如权利要求3所述的用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法，其特征在于，所述根据所述三相逆变器中每一相的电流以及该相中的二极管导通压降和二极管热阻，创建在同一所述电流矢量角度下，该相中电流流过的二极管的温升与零矢量分配比例关系曲线，具体包括：
根据所述三相逆变器中每一相的电流以及该相中的二极管导通压降和二极管热阻，通过以下计算公式计算每一个零矢量分配比例对应的该相中电流流过的二极管的温升：
Figure FDA0002010754060000032
其中，ΔTi_Diode为三相逆变器第i相中电流流过的二极管的温升；Uf(Ii)为三相逆变器第i相的二极管导通压降；Rd为二极管热阻；k为零矢量V0(000)的作用时间占两个零矢量的总作用时间的比例，两个零矢量分别为零矢量V0(000)和零矢量V7(111)；
根据在同一所述电流矢量角度下，每一个零矢量分配比例及其对应的该相中电流流过的二极管的温升，创建该相中电流流过的二极管的温升与零矢量分配比例关系曲线。
7.如权利要求2所述的用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法，其特征在于，所述创建零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表，包括：
测量在每一零矢量角度下，每一零矢量分配比例所对应的所述三相逆变器中所有的IGBT和二极管的温升；
获取在同一所述零矢量角度下，每一零矢量分配比例所对应的所述三相逆变器中所有的IGBT和二极管的最高温升值；
获取在同一所述零矢量角度下，使所述三相逆变器中所有的IGBT和二极管的最高温升值最小的零矢量分配比例，作为零矢量最优分配比例；
根据每一所述电流矢量角度及其对应的零矢量最优分配比例，创建零矢量最优分配比例与电流矢量角度关系表。
8.一种用于电机的SVPWM调制零矢量分配装置，其特征在于，包括：
电机转速检测模块，用于实时检测所述电机的转速；
电流矢量角度检测模块，用于当所述电机的转速小于等于预设的转速阈值时，检测所述电机的电流矢量角度；
零矢量最优分配比例获取模块，用于根据检测到的所述电流矢量角度，获取与所述电流矢量角度相对应的零矢量最优分配比例；
零矢量占比调整模块，用于根据所述零矢量最优分配比例，分别调整SVPWM的两个零矢量的占比，使得所述电机在所述电流矢量角度下，IGBT和二极管的最高温升值最小。
9.一种用于电机的SVPWM调制零矢量分配装置，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由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如权利要求1至7中任意一项所述的用于电机的SVPWM调制零矢量分配方法。
10.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求8-9任一项所述的用于电机的SVPWM调制零矢量分配装置和与所述用于电机的SVPWM调制零矢量分配装置相连的三相电机。
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