CN112083351A - 电机系统短路检测方法、设备和计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机系统短路检测方法、设备和计算机可读存储介质，所述方法应用于新能源汽车技术领域；所述方法包括电机控制器向逆变器中桥臂的控制端输入预设脉冲信号，以使得逆变器中的第一桥臂组的上桥开关管和第二桥臂组的下桥开关管互补动作，第一桥臂组和第二桥臂组分别包括至少一个桥臂；检测电机绕组的电流，并根据检测获得的电流值按预设方式调整所述预设脉冲信号作用下的第一桥臂组和/或第二桥臂组，直到确认所述电机系统未短路或找到所述电机系统的短路相。本发明实施例可在不增加成本的情形下，通过检测电机绕组中的电流对电机控制器输出短地或者电机绕组绝缘异常进行检测，成本低且能够定位短地点位置。

Description

电机系统短路检测方法、设备和计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种电机系统短路检测方法、设备和计算机可读存储介质。

背景技术

为了改善系统电磁兼容(EMC)性，通常在高压动力电池正极和车身以及高压动力电池负极和车身之间串接Y电容，以滤除共模干扰信号。正常工作时Y电容通过的电流很小，为了适应成本和体积需求，通常Y电容承受标称电流很小。当逆变器交流侧其中一相发生短机壳或者电机一相绕组绝缘异常，电机控制器由电池、母线电容、开关管、电机构成功率的回路变为由电池、母线电容、开关管、电机、Y电容(安全电容)、机壳(地)构成功率回路。从而在Y电容中形成高频振荡电流，由霍尔、调理电路带宽限制以及软件采样频率限制，电机控制器无法检测到异常电流，长时间大电流会烧毁Y电容、保险丝、霍尔等器件。

然而，虽然通过增加带宽或者提高采样频率可以提高检测精度，但是该方式会增加硬件成本。针对电机控制器输出单相对地短路故障检测主要有硬件检测装置、软件检测法。硬件典型方法为，在Y电容支路串接感应装置或者检测Y电容电压变化或者检测输出侧的特征量来实现故障检测。软件典型方法为，采用电机控制器输出三相电流不平衡方法。为了方便叙述，下文中“电机控制器输出单相对机壳短路”简称“短地”。

上述硬件方案在实际应用中，硬件方案虽然可靠性高，但对电机控制器输出短地或者电机绕组绝缘异常这种小概率异常来说，通过增加带宽的方式成本较高。

而上述软件方案，即电机控制器三相电流不平衡方法中实际应用中，使用都是固定阈值，未考虑整车运行状态，对于阈值设置要求很高，很容易出现误报、漏报现象。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电机系统短路检测方法、设备和计算机可读存储介质，旨在解决现有技术中在不增加(硬件)成本的情形下，在新能源汽车在运行过程中的如何才能够准确有效地检测出电机控制器输出单相对地短路故障的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种电机系统短路检测方法，所述电机系统包括逆变器及电机；所述逆变器包括n个桥臂，且每一桥臂包括上桥开关管和下桥开关管，所述电机包括n个电机绕组，且所述n个电机绕组与所述n个桥臂一一对应连接，所述n为正整数，所述方法包括在所述电机停机状态执行的以下步骤：

向所述逆变器中桥臂的控制端输入预设脉冲信号，以使得所述逆变器中的第一桥臂组的上桥开关管和第二桥臂组的下桥开关管互补动作，所述第一桥臂组和第二桥臂组分别包括至少一个桥臂；

检测所述电机绕组的电流，并根据检测获得的电流值，按预设方式调整所述预设脉冲信号作用下的第一桥臂组和/或第二桥臂组，直到确认所述电机系统未短路或找到所述电机系统的短路相。

优选地，所述预设脉冲信号包括交替执行的第一预设脉冲信号和第二预设脉冲信号，所述第一预设脉冲信号用于控制所述逆变器中同一桥臂的上桥开关管导通、下桥开关管闭合，所述第二预设脉冲信号用于控制所述逆变器中同一桥臂的下桥开关管导通、上桥开关管闭合。

相应地，所述根据检测获得的电流值，按预设方式调整所述预设脉冲信号作用下的第一桥臂组和/或第二桥臂组，直到确认所述电机系统未短路或找到所述电机系统的短路相，包括：

获取所述电机绕组的最大电流，将所述最大电流与预设电流阈值进行比较；

在所述最大电流不大于所述预设电流阈值时，确认所述电机系统未短路。

优选地，所述第一桥臂组和第二桥臂组包括所述逆变器中的所有桥臂，所述根据检测获得的电流值，按预设方式调整所述预设脉冲信号作用下的第一桥臂组和/或第二桥臂组，直到确认所述电机系统未短路或找到所述电机系统的短路相，包括：

获取所述电机的电机绕组的最大电流，将所述最大电流与预设电流阈值进行比较；

在所述最大电流大于所述预设电流阈值时，判定所述电机系统发生对地短路故障，并执行以下步骤：

在所述第一桥臂组包括两个以上桥臂时，从所述第一桥臂组中选取一第一目标桥臂，并将所述第一目标桥臂从所述第一桥臂组中移除；

向所述第一桥臂组中的所有桥臂输入所述第一预设脉冲信号，向所述第二桥臂组中的所有桥臂输入所述第二预设脉冲信号，并检测所述电机绕组的最大电流；

在所述电机绕组的最大电流小于预设电流阈值时，判定所述第一目标桥臂所在的相线为所述电机系统的短路相。

优选地，在所述最大电流大于所述预设电流阈值时，判定所述电机系统发生对地短路故障，并执行以下步骤：

在所述第一桥臂组包括一个桥臂时，从所述第二桥臂组中选取一第二目标桥臂，并将所述第二目标桥臂从所述第二桥臂组中移除；

向所述第一桥臂组中的所有桥臂输入所述第一预设脉冲信号，同时向所述第二桥臂组中的所有桥臂输入所述第二预设脉冲信号，并检测所述电机绕组的最大电流；

在所述电机绕组的最大电流小于预设电流阈值时，判定所述第二目标桥臂所在的相线为所述电机系统的短路相。

相应地，在所述最大电流大于所述预设电流阈值时，判定所述电机系统发生对地短路故障，并执行以下步骤：

在所述第一桥臂组和所述第二桥臂组中的桥臂数量均为1时，从所述逆变器中选取任一除所述第一桥臂组和第二桥臂组中的桥臂之外的一待测桥臂；

向所述第一桥臂组中的桥臂输入所述第一预设脉冲信号，以及向所述待测桥臂输入所述第二预设脉冲信号，并检测所述电机绕组的最大电流；

在所述电机绕组的最大电流小于所述预设电流阈值时，判定所述第二桥臂组中的桥臂所在的相线为所述电机系统的短路相；在所述电机绕组的最大电流大于所述预设电流阈值时，判定所述第一桥臂组中的桥臂所在的相线为所述电机系统的短路相。

优选地，所述第一桥臂组和第二桥臂组中包括所述逆变器中的部分桥臂，所述第一桥臂组和第二桥臂组中未包含的桥臂为未使用桥臂组；

所述根据检测获得的电流值，按预设方式调整所述预设脉冲信号作用下的第一桥臂组和/或第二桥臂组，直到确认所述电机系统未短路或找到所述电机系统的短路相，包括：

获取所述电机的电机绕组的最大电流，将所述最大电流与预设电流阈值进行比较；

在所述最大电流不大于所述预设电流阈值，且所述未使用桥臂组包括一个或一个以上桥臂时，执行以下步骤：

从所述未使用桥臂组中选取目标待测桥臂，将所述目标待测桥臂从所述未使用桥臂组中移除，以及将所述目标待测桥臂添加至所述第一桥臂组或者所述第二桥臂组；

向所述第一桥臂组中的所有桥臂输入所述第一预设脉冲信号，向所述第二桥臂组中的所有桥臂输入所述第二预设脉冲信号，并检测所述电机绕组的最大电流；

在所述电机绕组的最大电流大于预设电流阈值时，判定所述目标待测桥臂所在的相线为所述电机系统的短路相。

相应地，在所述最大电流不大于所述预设电流阈值，且所述未使用桥臂组的桥臂数量为0时，判断所述电机系统未短路。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种电机系统短路检测设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有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如上所述的电机系统短路检测方法的步骤。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的电机系统短路检测方法的步骤。

本发明的有益效果：本发明的电机系统短路检测方法可应用于新能源汽车领域，所述方法包括电机控制器向逆变器中各个桥臂的控制端输入预设脉冲信号，以使得逆变器中的第一桥臂组的上桥开关管和第二桥臂组的下桥开关管互补动作，第一桥臂组和第二桥臂组分别包括至少一个桥臂；检测电机绕组的电流，并根据检测获得的电流值按预设方式调整所述预设脉冲信号作用下的第一桥臂组和/或第二桥臂组，直到确认所述电机系统未短路或找到所述电机系统的短路相；本发明在不增加成本的情形下，改变在车辆运行阶段进行实时检测的方法，在电机控制器上、下电阶段进行检测，并且通过控制开关管按照一定的方式动作，将安全电容储存的能量转移到电机绕组中，进而通过检测电机绕组中的电流对电机控制器输出短地或者电机绕组绝缘异常进行检测，成本低且能够定位短地点位置。

附图说明

图1为本发明的一种电机系统短路检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的电机系统短路检测方法的电路原理示意图；

图3为本发明实施例中的所述预设脉冲信号的一个开关周期的波形示意图；

图4a为本发明实施例中电机系统短路检测方法的第一种判断电机系统是否短路的方式的流程示意图；

图4b为本发明实施例中电机系统短路检测方法的第二种判断电机系统是否短路的方式的流程示意图；

图4a1为本发明实施例中电机系统短路检测方法的第一种判断电机系统是否短路的方式的逻辑框图；

图4b1为本发明实施例中电机系统短路检测方法的第二种判断电机系统是否短路的方式的逻辑框图；

图5为本发明第一实施例的电机系统的逆变器的各桥臂在预设脉冲信号一个运行周期内的上下桥臂开关的导通状态一示意图；

图6为本发明第一实施例的电机系统的逆变器的各桥臂在预设脉冲信号一个运行周期内的上下桥臂开关的导通状态又一示意图；

图7为本发明第一实施例的电机系统的逆变器的各桥臂在预设脉冲信号一个运行周期内的上下桥臂开关的导通状态再一示意图；

图8为本发明第二实施例的电机系统的逆变器的各桥臂在预设脉冲信号一个运行周期内的上下桥臂开关的导通状态一示意图；

图9为本发明第二实施例的电机系统的逆变器的各桥臂在预设脉冲信号一个运行周期内的上下桥臂开关的导通状态又一示意图；

图10为本发明第二实施例的电机系统的逆变器的各桥臂在预设脉冲信号一个运行周期内的上下桥臂开关的导通状态又再示意图；

图11为本发明第三实施例的电机系统的逆变器的各桥臂在预设脉冲信号一个运行周期内的上下桥臂开关的导通状态一示意图；

图12为本发明第三实施例的电机系统的逆变器的各桥臂在预设脉冲信号一个运行周期内的上下桥臂开关的导通状态又一示意图；

图13为本发明第三实施例的电机系统的逆变器的各桥臂在预设脉冲信号一个运行周期内的上下桥臂开关的导通状态再一示意图；

图14为本发明第四实施例的电机系统的逆变器的各桥臂在预设脉冲信号一个运行周期内的上下桥臂开关的导通状态一示意图；

图15为本发明第四实施例的电机系统的逆变器的各桥臂在预设脉冲信号一个运行周期内的上下桥臂开关的导通状态再示意图；

图16为本发明一实施例中的电机系统短路检测设备的示意简框图。

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为解决上述技术问题，本实施例提出一种电机系统短路检测方法，参照图1，图1为本发明一实施例中一种电机系统短路检测方法的流程示意图，该方法可应用于新能源汽车的电机运行过程的实时场景中。

具体地，参考图2，图2是本发明实施例提供的电机系统短路检测方法的电路原理示意图，如图2也是新能源汽车动力系统结构框图，所述电机系统短路检测方法应用于新能源汽车，如图2所示，包括动力电池1、PN线缆、EMC滤波单元3、母线支撑电容4、逆变桥5、AC霍尔6、AC线缆7(需要说明的是，AC线缆7为图2中线缆71、线缆72…线缆7n组成)、电机8、车身9。其中PN线缆由母线正线缆21、母线负线缆22组成。EMC滤波单元3由母线正侧Y电容31、母线负侧Y电容32、Y电容接地端33组成，其中Y电容为安规电容。逆变桥5由电机控制器外壳51、上桥开关管52、下桥开关管53、输出端口54(需要说明的是，图2中的输出端口54仅示出了其所在的一般位置，所述的输出端口54由图2中输出端子541、输出端子542…输出端子54n组成)、电机控制器外壳接地端55组成，其中由上桥开关管52、下桥开关管53分别由n个开关管组成(n≥2)，上桥开关管52编号依次为521到52n，下桥开关管53编号依次为531到53n；其中输出端口54由n个输出端子组成，编号依次为541到54n。AC线缆7由n条线缆组成，一端接逆变桥5输出端口54、一端接电机8端口83，编号依次为831到83n(需要说明的是，图2中的电机端口83并未示出，这里的电机端口83为图2中电机端口831、电机端口832…电机端口83n组成)。电机8由电机外壳81、绕组、电机端口83、电机外壳接地端84组成，其中绕组分为n相，编号依次为821到82n；其中电机端口83由n个端子组成，编号依次为831到83n。Y电容接地端33、电机控制器外壳51接地端55、电机外壳81接地端84分别连接到车身9。

具体地连接方式为：动力电池1正极连接母线正线缆21，动力电池1负极连接母线负线缆22。母线正侧Y电容31两端分别连接母线正线缆21和车身9，母线负侧Y电容32两端分别连接母线负线缆22和车身9。母线支撑电容4两端分别连接母线正线缆21和母线负线缆22。逆变桥5上桥52的集电极C共同连接到母线正线缆21上，逆变桥5下桥53的发射极E共同连接到母线负线缆22上，逆变桥5上桥52的发射极E、逆变桥5下桥53的集电极C、AC线缆7分别一一对应接到一起。AC线缆7一端对应连接于逆变桥5的输出端口54，另一端对应连接于电机端口83。霍尔6依次跨接于AC线缆7。

相应地动力电池1负责提供电能和回馈存储电能。PN线缆负责连接动力电池1和逆变桥5，作为电能传输的路径。Y电容(31、32)为系统共模干扰提供低阻抗路径。母线支撑电容4起到平滑母线电压、存储能量、为逆变桥5提供最小路径作用。逆变桥5作用是将直流电变换成交流电，用来驱动电机8，或者交流电变换成直流电，用来将电机8产生的能量回馈到动力电池1。霍尔6作用是采样输出绕组中电流，用于逆变桥5的控制。AC线缆7负责连接逆变桥5和电机8，为电能传输提供路径。电机8实现能量转换转置，将电能转换成机械能或者将机械能转换成电能。车身9用于安装动力总成设备，并起到电气连接作用。

本实施例中，对应图2所示的结构框图，所述电机系统包括电机控制器及电机；所述电机控制器包括逆变器，所述逆变器包括n个桥臂，且每一桥臂包括上桥开关管和下桥开关管，所述电机包括n个电机绕组，且所述n个电机绕组与所述n个桥臂一一对应连接，所述n为正整数，电机系统短路的检测方法包括在所述电机停机状态执行的以下步骤：

步骤S10：向所述逆变器中各个桥臂的控制端输入预设脉冲信号，以使得所述逆变器中的第一桥臂组的上桥开关管和第二桥臂组的下桥开关管互补动作，所述第一桥臂组和第二桥臂组分别包括至少一个桥臂；

步骤S20：检测所述电机绕组的电流，并根据检测获得的电流值，按预设方式调整所述预设脉冲信号作用下的第一桥臂组和/或第二桥臂组，直到确认所述电机系统未短路或找到所述电机系统的短路相。

可理解的是，所述第一桥臂组对应图2中的上桥开关管52，所述第一桥臂组的上桥开关管52的编号依次为521到52n；所述第二桥臂组对应图2中的下桥开关管53，所述第二桥臂组的下桥开关管53的编号依次为531到53n；

需要说明的是，本实施例的预设脉冲信号PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)信号，所述预设脉冲信号包括第一预设脉冲信号和第二预设脉冲信号，所述第一预设脉冲信号用于控制所述逆变器中同一桥臂的上桥开关管导通、下桥开关管闭合，所述第二预设脉冲信号用于控制所述逆变器中同一桥臂的下桥开关管导通、上桥开关管闭合。

具体地，参见图3，图3为所述预设脉冲信号的一个开关周期的波形示意图，在一个开关周期内共执行4种开关状态，其中状态1为上桥开关导通，状态3为下桥开关导通，状态2和状态4为死区。为了叙述方便，一个桥臂在一个开关周期内只有上桥动作称为“上桥”，只有下桥动作称为“下桥”。

在具体实现中，逆变器由n个桥臂组成，持续进行NN个开关周期，在每个开关周期内任意i个桥臂上桥和任意j个桥臂下桥互补动作；其中n≥2，i、j为正整数并满足1≤i≤n、1≤j＜n，或者满足1≤i＜n、1≤j≤n，NN分别为正整数；

其中，所述步骤S20具体会通过两种不同的判断方式来确认所述电机系统未短路或找到所述电机系统的短路相：

本实施例提供的第一种判断电机系统是否短路的方式，其总体构思为先通过桥臂的特定开关方式来识别系统是否短地现象，然后缩小桥臂的开关动作范围，直至找到短地点位置。

具体地，在第一种判断方式的具体实现过程中，将所述逆变器的桥臂分为第一桥臂组和第二桥臂组，本方法中的第一桥臂组的桥臂的用于执行上桥开关管导通动作，第二桥臂组的桥臂的用于执行下桥开关管导通动作。

具体地，请参考图4a，所述步骤S20具体包括：

S011：获取所述电机的电机绕组的最大电流，将所述最大电流与预设电流阈值进行比较；

在所述最大电流不大于所述预设电流阈值时，确认所述电机系统未短路；

在所述最大电流大于所述预设电流阈值时，判定所述电机系统发生对地短路故障，并执行以下步骤S012：

S012：在所述第一桥臂组包括两个以上桥臂时，从所述第一桥臂组中选取一第一目标桥臂，并将所述第一目标桥臂从所述第一桥臂组中移除(形成新的第一桥臂组)；向所述(新的)第一桥臂组中的所有桥臂输入所述第一预设脉冲信号，同时向所述第二桥臂组中的所有桥臂输入所述第二预设脉冲信号，并检测所述电机绕组的最大电流；

在所述电机绕组的最大电流小于预设电流阈值时，判定所述第一目标桥臂所在的相线为所述电机系统的短路相；

而在所述最大电流大于所述预设电流阈值时，判定所述电机系统发生对地短路故障，并执行以下步骤S013：

S013：在所述第一桥臂组包括一个桥臂时，从所述第二桥臂组中选取一第二目标桥臂，并将所述第二目标桥臂从所述第二桥臂组中移除；向所述第一桥臂组中的所有桥臂输入所述第一预设脉冲信号，同时向所述第二桥臂组中的所有桥臂输入所述第二预设脉冲信号；并检测所述电机绕组的最大电流；

在所述电机绕组的最大电流小于预设电流阈值时，判定所述第二目标桥臂所在的相线为所述电机系统的短路相；

而在所述最大电流大于所述预设电流阈值时，判定所述电机系统发生对地短路故障，并执行以下步骤S014：

S014：在所述第一桥臂组和所述第二桥臂组中的桥臂数量均为1时，从所述逆变器中选取任一除所述第一桥臂组和第二桥臂组中的桥臂之外的一待测桥臂；向所述第一桥臂组中的桥臂输入所述第一预设脉冲信号，以及向所述待测桥臂输入所述第二预设脉冲信号，并检测所述电机绕组的最大电流；

在所述电机绕组的最大电流小于所述预设电流阈值时，判定所述第二桥臂组中的桥臂所在的相线为所述电机系统的短路相；

在所述电机绕组的最大电流大于所述预设电流阈值时，判定所述第一桥臂组中的桥臂所在的相线为所述电机系统的短路相。

可理解的是，参考图4a1并结合图4a，图4a1为本方法的电机系统短路检测方法的逻辑框图，包括四个步骤：

步骤1：将n个桥臂任意分为两部分，包括第一桥臂组和第二桥臂组，按照图3状态执行桥臂的开关管动作，持续NN个开关周期，然后根据当前的绕组最大电流判断，如果绕组最大电流未超过预设电流阈值ITH，则表明电机系统未发生短地故障，退出检测；如果绕组最大电流超过预设电流阈值ITH，则表明电机系统发生短地故障，在检测到发生短地故障时执行步骤2。

步骤2：判断第一桥臂组的上桥是否为一相，如果是，则执行步骤3，否则继续执行步骤2，在所述步骤2中，将第一桥臂组的上桥任意减少一相，然后按照图3状态执行桥臂的开关动作，持续NN个开关周期，根据当前的绕组最大电流继续判断，如果绕组最大电流小于预设电流阈值ITH，则表明去掉的桥臂所对应的输出相短地，如果绕组最大电流超过预设电流阈值ITH，继续执行步骤2。

步骤3：当所述第一桥臂组的上桥仅为一相时，判断所述第二桥臂组的下桥是否只有一相，如果是，则执行步骤4，否则继续执行步骤3。在步骤3中，将第二桥臂组的下桥任意减少一相，然后按照图3状态执行桥臂的开关动作，持续NN个开关周期。根据当前的绕组最大电流继续判断，如果绕组最大电流小于预设电流阈值ITH，则表明去掉的桥臂对应输出相短地。如果绕组最大电流超过预设电流阈值ITH，继续执行步骤3。

步骤4：当所述第一桥臂组的上桥和所述第二桥臂组的下桥都仅为一相时，执行步骤4，为了便于理解，在此将上桥和下桥对应桥臂编号分别标记为NX、NY。将下桥NY任意换一相桥臂(除去桥臂NX、桥臂NY以外的桥臂)，然后按照图3状态执行桥臂的开关动作，持续NN个开关周期。然后根据当前的绕组最大电流继续判断，如果绕组最大电流小于预设电流阈值ITH，则表明桥臂NY对应输出相短地。如果绕组最大电流超过预设电流阈值ITH，则表明桥臂NX对应输出相短地；或者将上桥NX任意换一相桥臂(除去桥臂NX、桥臂NY以外的桥臂)，然后按照图3状态执行桥臂的开关动作，持续NN个开关周期,然后根据当前的绕组最大电流继续判断，如果绕组最大电流小于预设电流阈值ITH，则表明桥臂NY对应输出相短地,如果绕组最大电流超过预设电流阈值ITH，则表明桥臂NX对应输出相短地

本实施例在前述所提供的电机系统短路检测方法，其实质上是由整体到部分进行逐步排查逆变器的短路故障位置，即首先通过开关方式来识别系统是否短地现象。然后缩小开关动作范围，直至找到短地点位置或判定电机系统未短地。在不增加成本的情形下，改变在车辆运行阶段进行实时检测的方法，在电机控制器上、下电阶段进行检测，并且通过控制开关管按照一定的方式动作，将Y电容储存的能量转移到电机绕组中，进而通过检测电机绕组中的电流对电机控制器输出短地或者电机绕组绝缘异常进行检测，成本低且能够定位短地点位置。

本实施例还提供了第二种判断电机系统是否短路的方式，其总体构思为首先选择逆变器的一部分桥臂，按照前述的电机系统短路的检测方法判断是否短地，如果短地则缩小范围，直至找到短地点位置；如果未短地则扩大范围，直至全部桥臂投入运行，然后找到短地点位置，否则判定电机系统未短地。

具体地，在第二种判断方式的具体实现过程中，所述第一桥臂组和第二桥臂组中仅构成所述逆变器中的部分桥臂，所述第一桥臂组和第二桥臂组中未包含的桥臂定义为未使用桥臂组；

相应地，参考图4b，在第二种判断方式中，图1中的所述步骤S20具体包括：

S021：获取所述电机的电机绕组的最大电流，将所述最大电流与预设电流阈值进行比较；

在所述最大电流大于所述预设电流阈值时，则判定所述电机系统发生对地短路故障，并执行前述方法中的步骤2至步骤4的步骤(即所述S012、所述S013和所述S014)，以最终确定所述电机系统的短路相；

在所述最大电流不大于所述预设电流阈值，且所述未使用桥臂组包括一个或一个以上桥臂时，执行以下步骤S025(步骤5)：

步骤S025：从所述未使用桥臂组中选取目标待测桥臂，将所述目标待测桥臂从所述未使用桥臂组中移除(形成新的未使用桥臂组)，以及将所述目标待测桥臂添加至所述第一桥臂组；向所述(新的)第一桥臂组中的所有桥臂输入所述第一预设脉冲信号，同时向所述第二桥臂组中的所有桥臂输入所述第二预设脉冲信号，并检测所述电机绕组的最大电流；

在所述电机绕组的最大电流大于预设电流阈值时，判定所述目标待测桥臂所在的相线为所述电机系统的短路相；

而在所述最大电流不大于所述预设电流阈值，且所述未使用桥臂组的桥臂数量为0时，判断所述电机系统未短路。

可理解的是，参考图4b1(与图4b相对应)，图4b1为电机系统短路检测方法的第二种判断电机系统是否短路的方式的逻辑框图，包括五个步骤：

步骤1：在n个桥臂任意选择NX1个桥臂作为第一桥臂，任意选择NY1个桥臂作为第二桥臂，按照图3状态执行桥臂的开关管动作，持续NN个开关周期。然后根据当前的绕组最大电流判断，如果绕组最大电流超过预设电流阈值ITH，则表明系统发生短地故障，执行步骤2。如果绕组最大电流未超过预设电流阈值ITH，进行步骤5。

步骤2：判断第一桥臂的上桥是否只有一相，如果是，则执行步骤3，否则继续执行步骤2。将第一桥臂组的上桥任意减少一相，并按照图3状态执行桥臂的开关动作，持续NN个开关周期。然后根据当前的绕组最大电流继续判断，如果绕组最大电流小于预设电流阈值ITH，则表明去掉的桥臂对应输出相短地，如果绕组最大电流超过预设电流阈值ITH，执行步骤2。

步骤3：当所述第一桥臂组的上桥仅为一相时，判断所述第二桥臂组的下桥是否只有一相，如果是，则执行步骤4，否则继续执行步骤3。在步骤3中，将第二桥臂组的下桥任意减少一相，然后按照图3状态执行桥臂的开关动作，持续NN个开关周期。根据当前的绕组最大电流继续判断，，如果绕组最大电流小于预设电流阈值ITH，则表明去掉的桥臂对应输出相短地。如果绕组最大电流超过预设电流阈值ITH，执行步骤3。

步骤4：当所述第一桥臂组的上桥和所述第二桥臂组的下桥都仅为一相时，执行此步骤4，为了便于理解，在此将将所述上桥、所述下桥对应桥臂编号分别标记为NX、NY。将下桥NY任意换一相桥臂(除去桥臂NX、桥臂NY以外的桥臂)，然后按照图3状态执行桥臂的开关动作，持续NN个开关周期。然后根据当前的绕组最大电流继续判断，如果绕组最大电流小于预设电流阈值ITH，则表明NYi桥臂对应输出相短地。如果绕组最大电流超过预设电流阈值ITH，则表明NXi桥臂对应输出相短地。

步骤5：当步骤1电流未超过阈值ITH时，执行此步骤5。判断是否有剩余桥臂，如果没有则退出步骤5，表明输出系统未短地信号。如果有剩余相，则从剩下桥臂中增加一相为上(下)桥，下(上)桥不变，按照图3状态执行桥臂的开关动作，持续NN个开关周期。然后根据当前的绕组最大电流判断，如果绕组最大电流大于预设电流阈值ITH，则表明增加的桥臂对应输出相短地。如果绕组最大电流未超过预设电流阈值ITH，则继续执行步骤5。

本发明实施例前述的电机系统短路检测方法，其实质上是由部分到整体进行逐步排查逆变器中的短路的故障位置，即首先选择一部分桥臂按照上述开关方式判断是否短地，如果短地则缩小范围，直至找到短地点位置。如果未短地则扩大范围，直至全部开关投入运行，然后找到短地点位置或系统未短地。在不增加成本的情形下，改变在车辆运行阶段进行实时检测的方法，在电机控制器上、下电阶段进行检测，并且通过控制开关管按照一定的方式动作，能够将Y电容储存的能量转移到电机绕组中，进而通过检测电机绕组中的电流对电机控制器输出短地或者电机绕组绝缘异常进行检测，成本低且能够定位短地点位置。

基于上述两种检测方法，本发明在具体实施方式中引入以下仿真实施例进行更详细地说明，在具体实现中，以下仿真实施例中使用的逻辑参数为：

载波频率fs是12kHz；

占空比D为50％，上下桥脉冲互补，脉冲数NN共30个；

预设电流阈值ITH为20A；

短地次数阈值NIT为10次，在超过阈值情况下积累10次才报出短地故障。

具体地，参考图5、图6、及图7，图5/图6/图7为本发明第一实施例的电机系统的逆变器的各桥臂在预设脉冲信号一个运行周期内的上下桥臂开关的导通状态示意图；

本实施例中，以n＝6作为实施例进行分析，假设桥臂2对应输出相对地短路。按照第一种判断电机系统是否短路的方式进行短地点位置识别。

步骤1：将6个桥臂任意分为两部分，比如桥臂1、2、3为上桥动作，桥臂4、5、6为下桥动作。按照图3状态执行，持续30个开关周期，如图5所示。绕组最大电流超过电流阈值20A，则表明系统发生短地故障，执行步骤2。

步骤2：判断上桥不为一相，任意上桥减少一相，假设桥臂3(为被减去的一相)，按照图3状态执行，持续30个开关周期，如图6所示。绕组最大电流超过电流阈值20A，继续执行步骤2。

步骤2续：任意上桥动作桥臂减少一相，假设桥臂2，按照图3状态执行，持续30个开关周期，如图7所示。绕组最大电流未超过电流阈值20A，则判断桥臂2对应输出相短地(排除法)。

进一步地，参考图8、图9、及图10，图8/图9/图10为本发明第二实施例的电机系统的逆变器的各桥臂在预设脉冲信号一个运行周期内的上下桥臂开关的导通状态示意图；

本实施例中，以n＝6作为实施例进行分析，假设桥臂2对应输出相对地短路。按照第二种判断电机系统是否短路的方式进行短地点位置识别。

步骤1：任意分配桥臂作为上桥动作和下桥动作开关，比如桥臂3为上桥动作，桥臂4、5、6为下桥动作。按照图3状态执行，持续30个开关周期，如图8所示。绕组最大电流未超过电流阈值20A，执行步骤5。

步骤5：判断是否有剩余桥臂，结果有剩余桥臂1、2。任意上桥增加一相，比如桥臂1，按照图3状态执行，持续30个开关周期，如图9所示。绕组最大电流未超过电流阈值20A，继续执行步骤5。

步骤5续：判断是否有剩余桥臂，结果有剩余桥臂2。上桥动作桥臂增加一相，如桥臂2，按照图3状态执行，持续30个开关周期，如图10所示。绕组最大电流超过电流阈值20A，则判断桥臂2对应输出相短地。

进一步地，参考图11、图12、及图13，图11/图12/图13为本发明第三实施例的电机系统的逆变器的各桥臂在预设脉冲信号一个运行周期内的上下桥臂开关的导通状态示意图；

以n＝3作为实施例进行分析，三个桥臂依次为UVW。假设W相桥臂对应输出相对地短路，按照第一种判断电机系统是否短路的方式进行短地点位置识别。

步骤1：将3个桥臂任意分为两部分，比如桥臂U为上桥动作，桥臂VW为下桥动作。按照图3状态执行，持续30个开关周期，如图11所示。绕组最大电流超过电流阈值20A，则表明系统发生短地故障，执行步骤2。

步骤2：判断上桥动作的桥臂为最后一相，执行步骤3。

步骤3：判断下桥动作的桥臂不是最后一相。任意下桥动作桥臂减少一相，假设桥臂V，按照图3状态执行，持续30个开关周期，如图12所示。绕组最大电流超过电流阈值20A，执行步骤4。

步骤4：当上下桥都剩一相时执行步骤4，对应桥臂分别对应桥臂UW。将下桥W换一相下桥臂V按照图3状态执行，如图13所示，持续30个开关周期。绕组最大电流小于电流阈值20A，则表明W桥臂对应输出相短地。

进一步地，参考图14以及图15，图14/图15为本发明第四实施例的电机系统的逆变器的各桥臂在预设脉冲信号一个运行周期内的上下桥臂开关的导通状态示意图；

以n＝3作为实施例进行分析，三个桥臂依次为UVW。假设W相桥臂对应输出相对地短路，按照第二种判断电机系统是否短路的方式进行短地点位置识别。

步骤1：任意分配桥臂作为上桥动作和下桥动作开关，比如桥臂U为上桥动作，桥臂V为下桥动作。按照图3状态执行，持续30个开关周期，如图14所示。绕组最大电流未超过电流阈值20A，执行步骤5。

步骤5：判断剩余相不唯一，上桥动作桥臂增加一相，比如桥臂W，按照图3状态执行，持续30个开关周期，如图15所示。绕组最大电流超过电流阈值20A，则判断桥臂W对应输出相短地。

为了解决上述问题，本发明一实施例提供一种电机系统短路检测设备，所述电机系统短路检测设备可设于新能源汽车的内部，参考图16，图16为所述电机系统短路检测设备的示意简框图。

如图16所示，所述电机系统短路检测设备包括处理器1001，即MCU(Microcontroller Unit)，该处理器可以是新能源汽车内部的电机控制器，也可以是一个独立的MCU；通讯总线1002，用于连接各个硬件设备；所述电机系统短路检测设备还包括存储器1003、以及存储在所述存储器1003上并可在所述处理器1001上运行的计算机程序。

本领域技术人员可以理解，图16中示出的结构并不构成对所述电机系统短路检测设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图16所示，作为一种计算机存储介质的存储器1003中可以包括操作系统以及计算机程序，所述计算机程序配置为实现所述电机系统短路检测方法的步骤。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的电机系统短路检测方法的步骤。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

此外，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者隐含指明所指示的技术特征的数量、或顺序。本发明的描述中，除非另有说明，“多条”、“多个”的含义是两个(两条)或两个(两条)以上。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电机系统短路检测方法，所述电机系统包括逆变器及电机；所述逆变器包括n个桥臂，且每一桥臂包括上桥开关管和下桥开关管，所述电机包括n个电机绕组，且所述n个电机绕组与所述n个桥臂一一对应连接，所述n为正整数，其特征在于，所述方法包括在所述电机停机状态执行的以下步骤：

向所述逆变器中桥臂的控制端输入预设脉冲信号，以使得所述逆变器中的第一桥臂组的上桥开关管和第二桥臂组的下桥开关管互补动作，所述第一桥臂组和第二桥臂组分别包括至少一个桥臂；

检测所述电机绕组的电流，并根据检测获得的电流值，按预设方式调整所述预设脉冲信号作用下的第一桥臂组和/或第二桥臂组，直到确认所述电机系统未短路或找到所述电机系统的短路相。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设脉冲信号包括交替执行的第一预设脉冲信号和第二预设脉冲信号，所述第一预设脉冲信号用于控制所述逆变器中同一桥臂的上桥开关管导通、下桥开关管闭合，所述第二预设脉冲信号用于控制所述逆变器中同一桥臂的下桥开关管导通、上桥开关管闭合。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据检测获得的电流值，按预设方式调整所述预设脉冲信号作用下的第一桥臂组和/或第二桥臂组，直到确认所述电机系统未短路或找到所述电机系统的短路相，包括：

获取所述电机绕组的最大电流，将所述最大电流与预设电流阈值进行比较；

在所述最大电流不大于所述预设电流阈值时，确认所述电机系统未短路。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一桥臂组和第二桥臂组构成所述逆变器中的所有桥臂，所述根据检测获得的电流值，按预设方式调整所述预设脉冲信号作用下的第一桥臂组和/或第二桥臂组，直到确认所述电机系统未短路或找到所述电机系统的短路相，包括：

获取所述电机的电机绕组的最大电流，将所述最大电流与预设电流阈值进行比较；

在所述最大电流大于所述预设电流阈值时，判定所述电机系统发生对地短路故障，并执行以下步骤：

在所述第一桥臂组包括两个以上桥臂时，从所述第一桥臂组中选取一第一目标桥臂，并将所述第一目标桥臂从所述第一桥臂组中移除；

向所述第一桥臂组中的所有桥臂输入所述第一预设脉冲信号，向所述第二桥臂组中的所有桥臂输入所述第二预设脉冲信号，并检测所述电机绕组的最大电流；

在所述电机绕组的最大电流小于预设电流阈值时，判定所述第一目标桥臂所在的相线为所述电机系统的短路相。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述最大电流大于所述预设电流阈值时，判定所述电机系统发生对地短路故障，并执行以下步骤：

在所述第一桥臂组仅包括一个桥臂时，从所述第二桥臂组中选取一第二目标桥臂，并将所述第二目标桥臂从所述第二桥臂组中移除；

向所述第一桥臂组中的所有桥臂输入所述第一预设脉冲信号，向所述第二桥臂组中的所有桥臂输入所述第二预设脉冲信号，并检测所述电机绕组的最大电流；

在所述电机绕组的最大电流小于预设电流阈值时，判定所述第二目标桥臂所在的相线为所述电机系统的短路相。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述最大电流大于所述预设电流阈值时，判定所述电机系统发生对地短路故障，并执行以下步骤：

在所述第一桥臂组和所述第二桥臂组中的桥臂数量均为1时，从所述逆变器中选取任一除所述第一桥臂组和第二桥臂组中的桥臂之外的一待测桥臂；

向所述第一桥臂组中的桥臂输入所述第一预设脉冲信号，以及向所述待测桥臂输入所述第二预设脉冲信号，并检测所述电机绕组的最大电流；

在所述电机绕组的最大电流小于所述预设电流阈值时，判定所述第二桥臂组中的桥臂所在的相线为所述电机系统的短路相；在所述电机绕组的最大电流大于所述预设电流阈值时，判定所述第一桥臂组中的桥臂所在的相线为所述电机系统的短路相。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一桥臂组和第二桥臂组中构成所述逆变器中的部分桥臂，所述第一桥臂组和第二桥臂组中未包含的桥臂为未使用桥臂组；

所述根据检测获得的电流值，按预设方式调整所述预设脉冲信号作用下的第一桥臂组和/或第二桥臂组，直到确认所述电机系统未短路或找到所述电机系统的短路相，包括：

获取所述电机的电机绕组的最大电流，将所述最大电流与预设电流阈值进行比较；

在所述最大电流不大于所述预设电流阈值，且所述未使用桥臂组包括一个或一个以上桥臂时，执行以下步骤：

从所述未使用桥臂组中选取目标待测桥臂，将所述目标待测桥臂从所述未使用桥臂组中移除，以及将所述目标待测桥臂添加至所述第一桥臂组或者所述第二桥臂组；

向所述第一桥臂组中的所有桥臂输入所述第一预设脉冲信号，向所述第二桥臂组中的所有桥臂输入所述第二预设脉冲信号，并检测所述电机绕组的最大电流；

在所述电机绕组的最大电流大于预设电流阈值时，判定所述目标待测桥臂所在的相线为所述电机系统的短路相。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述最大电流不大于所述预设电流阈值，且所述未使用桥臂组的桥臂数量为0时，判断所述电机系统未短路。

9.一种电机系统短路检测设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有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如权利要求1至8中任一项所述的电机系统短路检测方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至8中任一项所述的电机系统短路检测方法的步骤。

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