CN112428823B - 一种电动车永磁同步电机反电动势抑制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动车永磁同步电机反电动势抑制方法及系统，涉及电动车技术领域，该方法包括以下步骤：若电动车处于电机高速掉电或故障高速拖车状态，且电机的当前转速大于预设转速，则根据母线电容的电压调节励磁电流和转矩电流，控制三相桥式电路中的开关器件的通断，使母线电容的电压在预设的电压范围内，直至电机的当前转速不大于预设转速。本发明中的电动车永磁同步电机反电动势抑制方法及系统，在保护母线电容和三相桥式电路中的开关器件不受损坏的同时，使整车有足够的时间利用制动系统将车速降为零，不会降低电机效率，不会导致电机过热，也不会增加维护成本。

Description

一种电动车永磁同步电机反电动势抑制方法及系统
技术领域
本发明涉及电动车技术领域，特别涉及一种电动车永磁同步电机反电动势抑制方法及系统。
背景技术
随着社会的发展，电动车作为新能源汽车符合节能环保的发展趋势。永磁同步电机以其高功率/扭矩密度、高效率等优点成为电动车驱动电机的首要选择。但永磁同步电机采用永磁体励磁，当车辆高速行驶非正常掉电或需要保持高速故障拖车时，电机绕组上产生的反电动势。由于该反电动势与电机转速成正比，当反电动势大于三相桥式电路的开关器件(主要采用IGBT)及主电路母线电容能承受的最大电压时，会导致开关器件及母线电容的损坏。
相关技术中，针对电动车永磁同步电机反电动势可能会给开关器件及母线电容造成的损坏问题，目前主要有2种技术方案：
方案1：电机设计时，通过磁路设计减小永磁磁链值，将高速非正常掉电或高速故障拖车的电机空载反电动势的值控制在合适的范围。
方案2：高速行车时，若电机突然掉电，通过三相主动短路避免因反电势过高对开关器件及母线电容造成损坏；故障拖车时，通过限定拖车车速或者断开动力系统连接比如挂空挡或拆除传动轴等方式，从而避免因反电动势过高对开关器件及母线电容造成损坏。
但是，方案1中将永磁磁链值设计过低，一方面会降低电机功率因数、功率密度等特性参数，另一方面同样的扭矩输出，低永磁磁链值会导致输出电流增大，影响开关器件的选型，也会增加电机铁耗和电路损耗，进而影响电机效率。
方案2中电动车高速运行时电机掉电，采用主动短路保护降低反电动势危害的策略，不能长时间运行，否则反电动势产生的持续短路电流可能会引起电机过热，电机过热导致转子磁钢退磁风险，也可能会引起开关器件过热导致损坏。当故障拖车时采用的拖车限速或拆传动轴会延长维修时间，增加维修工作量，进而增加售后维护成本。
发明内容
本发明实施例提供一种电动车永磁同步电机反电动势抑制方法及系统，以解决现有电动车永磁同步电机反电动势抑制方法及系统，存在降低电机效率、导致电机过热或增加维护成本的技术问题。
第一方面，提供了一种电动车永磁同步电机反电动势抑制方法，包括以下步骤：
若电动车处于电机高速掉电或故障高速拖车状态，且电机的当前转速大于预设转速，则根据母线电容的电压调节励磁电流和转矩电流，控制三相桥式电路中的开关器件的通断，使母线电容的电压在预设的电压范围内，直至电机的当前转速不大于预设转速。
一些实施例中，根据母线电容的电压调节励磁电流和转矩电流，控制三相桥式电路中的开关器件的通断，使母线电容的电压在预设的电压范围内，具体步骤如下：
获取母线电容的电压；
判断母线电容的电压是否大于预设的第一电压：
若是，调节励磁电流Id和转矩电流Iq，其中励磁电流Id的调节区间为[-2Ψf/(3Ld)，-Ψf/(3Ld)]，转矩电流Iq＝Id/20，Ψf为电机的永磁磁链，Ld为电机的直轴电感；
若否，判断母线电容的电压是否小于预设的第二电压，其中预设的第二电压小于预设的第一电压：若是，调节励磁电流Id和转矩电流Iq，其中励磁电流Id的调节区间为[-Ψf/(20Ld)，0]，转矩电流Iq＝Id；若否，调节励磁电流Id和转矩电流Iq维持当前电流值。
一些实施例中，预设的第一电压U1为电动车电池电压Ub的120％；预设的第二电压U2为电动车电池电压Ub的80％。
一些实施例中，：根据公式nt＝60U1/(2πΨf)，计算得到预设转速nt。
一些实施例中，获取整车控制器的报文信息和电机的当前转速；根据报文信息判断电动车是否处于电机高速掉电或电动车处于故障高速拖车状态，并判断电机的当前转速是否大于预设转速。
第二方面，提供了一种电动车永磁同步电机反电动势抑制系统，包括：
三相桥式电路，其与电机连接；
母线电容，其与所述三相桥式电路连接；
电机控制器，其被配置为：
若电动车处于电机高速掉电或故障高速拖车状态，且电机的当前转速大于预设转速，则所述电机控制器用于根据母线电容的电压调节励磁电流和转矩电流，控制三相桥式电路中的开关器件的通断，使母线电容的电压在预设的电压范围内，直至电机的当前转速不大于预设转速。
一些实施例中，所述电机控制器用于获取母线电容的电压；
所述电机控制器用于判断母线电容的电压是否大于预设的第一电压：
若是，所述电机控制器用于调节励磁电流Id和转矩电流Iq，其中励磁电流Id的调节区间为[-2Ψf/(3Ld)，-Ψf/(3Ld)]，转矩电流Iq＝Id/20，Ψf为电机的永磁磁链，Ld为电机的直轴电感；
若否，所述电机控制器用于判断母线电容的电压是否小于预设的第二电压，其中预设的第二电压小于预设的第一电压：若是，所述电机控制器用于调节励磁电流Id和转矩电流Iq，其中励磁电流Id的调节区间为[-Ψf/(20Ld)，0]，转矩电流Iq＝Id；若否，所述电机控制器用于调节励磁电流Id和转矩电流Iq维持当前电流值。
一些实施例中，预设的第一电压U1为电动车电池电压Ub的120％；预设的第二电压U2为电动车电池电压Ub的80％。
一些实施例中，预设转速nt＝60U1/(2πΨf)。
一些实施例中，所述电机控制器用于获取整车控制器的报文信息和电机的当前转速；所述电机控制器用于根据报文信息判断电动车是否处于电机高速掉电或故障高速拖车状态，并判断电机的当前转速是否大于预设转速。
本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
本发明实施例提供了一种电动车永磁同步电机反电动势抑制方法及系统，在电动车处于电机高速掉电或故障高速拖车状态、且电机的当前转速大于预设转速的条件下，根据母线电容的电压调节励磁电流和转矩电流，控制三相桥式电路中的开关器件的通断，使母线电容的电压在预设的电压范围内波动，直至电机的当前转速不大于预设转速。在保护母线电容和三相桥式电路中的开关器件不受损坏的同时，使整车有足够的时间利用制动系统将车速降为零，不会降低电机效率，不会导致电机过热，也不会增加维护成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电动车永磁同步电机反电动势抑制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的图1中步骤105的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的根据励磁电流Id和转矩电流Iq计算给定电流Is的示意图；
图4为本发明实施例提供的根据励磁电流Id和转矩电流Iq计算给定电流Is的另一个示意图；
图5为本发明实施例提供的一种电动车永磁同步电机反电动势抑制系统的结构示意图；
图中：1、三相桥式电路；2、母线电容；3、电机控制器；4、接触器；5、电池。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。
本发明实施例提供了一种电动车永磁同步电机反电动势抑制方法，其能解决现有电动车永磁同步电机反电动势抑制方法，存在降低电机效率、导致电机过热或增加维护成本的技术问题。
一种电动车永磁同步电机反电动势抑制方法，包括以下步骤：
若电动车处于电机高速掉电或故障高速拖车状态，且电机的当前转速大于预设转速，则根据母线电容的电压调节励磁电流和转矩电流，控制三相桥式电路中的开关器件的通断，使母线电容的电压在预设的电压范围内，直至电机的当前转速不大于预设转速。
参见图1所示的流程图，本发明实施例中电动车永磁同步电机反电动势抑制方法的具体步骤如下。
步骤101，该方法流程开始。
步骤102，获取整车控制器的报文信息和电机的当前转速。
步骤103，根据报文信息判断电动车是否处于电机高速掉电或故障高速拖车状态。若是，则执行步骤104；若否，则执行步骤106结束。
步骤104，判断电机的当前转速n是否大于预设转速nt，若是，则执行步骤105，若否，则执行步骤106结束。其中，预设转速nt可根据公式nt＝60U1/(2πΨf)计算得到，U1为预设的第一电压，U1可为电动车电池电压Ub的120％，Ψf为电机的永磁磁链。
步骤105，根据母线电容的电压调节励磁电流和转矩电流，控制三相桥式电路中的开关器件的通断，在预设的电压范围内调整母线电容的电压。执行步骤105之后，返回步骤104继续执行。
进一步地，参见图2所示的流程图，上述步骤105中，根据母线电容的电压调节励磁电流和转矩电流，控制三相桥式电路中的开关器件的通断，使母线电容的电压在预设的电压范围内，具体步骤如下：
步骤501，该流程开始。
步骤502，获取母线电容的电压Udc。
步骤503，判断母线电容的电压Udc是否大于预设的第一电压U1，若是，则执行步骤504；若否，则执行步骤505；
步骤504，调节励磁电流Id和转矩电流Iq，其中励磁电流Id的调节区间为[-2Ψf/(3Ld)，-Ψf/(3Ld)]，转矩电流Iq＝Id/20，Ld为电机的直轴电感。参见图3所示，假设用于控制电机的给定电流为Is，Is满足关系式Is 2＝Id 2+Iq 2，此时由于Id较大，必然极大削弱或抵消电机永磁体产生的磁场，尽管此时电机转速较高，但产生的反电动势ε还是会低于母线电容的电压Udc，此时母线电容处于放电状态，使母线电容的电压Udc降低。
步骤505，判断母线电容的电压Udc是否小于预设的第二电压U2，其中预设的第二电压U2小于预设的第一电压U1。若是，则执行步骤506；若否，则执行步骤507。其中，预设的第二电压U2可为电动车电池电压Ub的80％。
步骤506，调节励磁电流Id和转矩电流Iq，其中励磁电流Id的调节区间为[-Ψf/(20Ld)，0]，转矩电流Iq＝Id。参见图4所示，此时由于Id较小，对电机永磁体产生的磁场削弱作用较小，而此时电机转速较高，产生的反电动势ε会高于母线电容电压Udc，从而利用反电动势对母线电容进行充电，使母线电容的电压Udc升高。
步骤507，调节励磁电流Id和转矩电流Iq维持当前电流值。
综合上述，本发明实施例中的电动车永磁同步电机反电动势抑制方法，在电动车处于电机高速掉电或故障高速拖车状态、且电机的当前转速大于预设转速的条件下，根据母线电容的电压调节励磁电流Id和转矩电流Iq，控制三相桥式电路中的开关器件的通断，使母线电容的电压Udc在预设的第一电压U1和预设的第一电压U2之间波动，直至电机的当前转速不大于预设转速。在保护母线电容和三相桥式电路中的开关器件不受损坏的同时，使整车有足够的时间利用制动系统将车速降为零，不会降低电机效率，不会导致电机过热，也不会增加维护成本。
参见图5所示，本发明实施例提供了一种电动车永磁同步电机反电动势抑制系统，包括：三相桥式电路1、母线电容2以及电机控制器3。
三相桥式电1与电机连接，母线电容2与所述三相桥式电路1连接，电机控制器3被配置为：若电动车处于电机高速掉电或故障高速拖车状态，且电机的当前转速大于预设转速，则电机控制器3根据母线电容2的电压调节励磁电流和转矩电流，控制三相桥式电路中的开关器件的通断，使母线电容的电压在预设的电压范围内，直至电机的当前转速不大于预设转速。
具体地，所述电机控制器3获取整车控制器的报文信息和电机的当前转速，根据报文信息判断电动车是否处于电机高速掉电或电动车处于故障高速拖车状态，并判断电机的当前转速是否大于预设转速。其中，预设转速nt可根据公式nt＝60U1/(2πΨf)计算得到，U1为预设的第一电压U1，可为电动车电池电压Ub的120％，Ψf为电机的永磁磁链。电动车处于电机高速掉电或电动车处于故障高速拖车状态时，图5中的接触器4是断开的，电动车电池5与母线电容2不形成回路。
进一步地，所述电机控制器3判断母线电容的电压Udc是否大于预设的第一电压U1：
若是，所述电机控制器3调节励磁电流Id和转矩电流Iq，其中励磁电流Id的调节区间为[-2Ψf/(3Ld)，-Ψf/(3Ld)]，转矩电流Iq＝Id/20，Ψf为电机的永磁磁链，Ld为电机的直轴电感。参见图3所示，假设用于控制电机的给定电流为Is，Is满足关系式Is 2＝Id 2+Iq 2，此时由于Id较大，必然极大削弱或抵消电机永磁体产生的磁场，尽管此时电机转速较高，但产生的反电动势ε还是会低于母线电容的电压Udc，此时母线电容处于放电状态，使母线电容的电压Udc降低。
若否，所述电机控制器3判断母线电容的电压Udc是否小于预设的第二电压U2，其中预设的第二电压U2小于预设的第一电压U1：若否，所述电机控制器3调节励磁电流Id和转矩电流Iq维持当前电流值；若是，所述电机控制器调节励磁电流Id和转矩电流Iq，其中励磁电流Id的调节区间为[-Ψf/(20Ld)，0]，转矩电流Iq＝Id。参见图4所示，此时由于Id较小，对永磁体产生的磁场削弱作用较小，而此时转速较高，产生的反电动势ε会高于母线电容电压Udc，从而利用反电动势对母线电容进行充电，使母线电容的电压Udc升高。
本发明实施例中的电动车永磁同步电机反电动势抑制系统，在电动车处于电机高速掉电或故障高速拖车状态、且电机的当前转速大于预设转速的条件下，电机控制器3根据母线电容的电压调节励磁电流Id和转矩电流Iq，控制三相桥式电路中的开关器件的通断，使母线电容的电压Udc在预设的第一电压U1和预设的第一电压U2之间波动，直至电机的当前转速不大于预设转速。在保护母线电容和三相桥式电路中的开关器件不受损坏的同时，使整车有足够的时间利用制动系统将车速降为零，不会降低电机效率，不会导致电机过热，也不会增加维护成本。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种电动车永磁同步电机反电动势抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
若电动车处于电机高速掉电或故障高速拖车状态，且电机的当前转速大于预设转速，则根据母线电容的电压调节励磁电流和转矩电流，控制三相桥式电路中的开关器件的通断，使母线电容的电压在预设的电压范围内，直至电机的当前转速不大于预设转速；
其中，所述根据母线电容的电压调节励磁电流和转矩电流，控制三相桥式电路中的开关器件的通断，使母线电容的电压在预设的电压范围内，具体步骤如下：
获取母线电容的电压；
判断母线电容的电压是否大于预设的第一电压：
若是，调节励磁电流Id和转矩电流Iq，其中励磁电流Id的调节区间为[-2Ψf/(3Ld)，-Ψf/(3Ld)]，转矩电流Iq＝Id/20，Ψf为电机的永磁磁链，Ld为电机的直轴电感；
若否，判断母线电容的电压是否小于预设的第二电压，其中预设的第二电压小于预设的第一电压：若是，调节励磁电流Id和转矩电流Iq，其中励磁电流Id的调节区间为[-Ψf/(20Ld)，0]，转矩电流Iq＝Id；若否，调节励磁电流Id和转矩电流Iq维持当前电流值。
2.如权利要求1所述的一种电动车永磁同步电机反电动势抑制方法，其特征在于：
预设的第一电压U1为电动车电池电压Ub的120％；
预设的第二电压U2为电动车电池电压Ub的80％。
3.如权利要求2所述的一种电动车永磁同步电机反电动势抑制方法，其特征在于：根据公式nt＝60U1/(2πΨf)，计算得到预设转速nt。
4.如权利要求1所述的一种电动车永磁同步电机反电动势抑制方法，其特征在于：
获取整车控制器的报文信息和电机的当前转速；
根据报文信息判断电动车是否处于电机高速掉电或电动车处于故障高速拖车状态，并判断电机的当前转速是否大于预设转速。
5.一种电动车永磁同步电机反电动势抑制系统，其特征在于，包括：
三相桥式电路，其与电机连接；
母线电容，其与所述三相桥式电路连接；
电机控制器，其被配置为：
若电动车处于电机高速掉电或故障高速拖车状态，且电机的当前转速大于预设转速，则所述电机控制器用于根据母线电容的电压调节励磁电流和转矩电流，控制三相桥式电路中的开关器件的通断，使母线电容的电压在预设的电压范围内，直至电机的当前转速不大于预设转速；
其中，所述电机控制器用于获取母线电容的电压；
所述电机控制器用于判断母线电容的电压是否大于预设的第一电压：
若是，所述电机控制器用于调节励磁电流Id和转矩电流Iq，其中励磁电流Id的调节区间为[-2Ψf/(3Ld)，-Ψf/(3Ld)]，转矩电流Iq＝Id/20，Ψf为电机的永磁磁链，Ld为电机的直轴电感；
若否，所述电机控制器用于判断母线电容的电压是否小于预设的第二电压，其中预设的第二电压小于预设的第一电压：若是，所述电机控制器用于调节励磁电流Id和转矩电流Iq，其中励磁电流Id的调节区间为[-Ψf/(20Ld)，0]，转矩电流Iq＝Id；若否，所述电机控制器用于调节励磁电流Id和转矩电流Iq维持当前电流值。
6.如权利要求5所述的一种电动车永磁同步电机反电动势抑制系统，其特征在于：
预设的第一电压U1为电动车电池电压Ub的120％；
预设的第二电压U2为电动车电池电压Ub的80％。
7.如权利要求6所述的一种电动车永磁同步电机反电动势抑制系统，其特征在于：预设转速nt＝60U1/(2πΨf)。
8.如权利要求5所述的一种电动车永磁同步电机反电动势抑制系统，其特征在于：
所述电机控制器用于获取整车控制器的报文信息和电机的当前转速；
所述电机控制器用于根据报文信息判断电动车是否处于电机高速掉电或故障高速拖车状态，并判断电机的当前转速是否大于预设转速。
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