CN112636619A - 逆变器母线电流计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种逆变器母线电流计算方法，通过累积逆变器交流侧上下两个半桥的电荷量，根据电荷守恒原理，直流母线正极的电荷量等于上桥电荷量，直流母线负极的电荷量等于下桥电荷量。由此，根据一计算周期内逆变器交流侧所累积的上桥或下桥的电荷量，以及该计算周期所经历的时长即可计算出母线侧的直流电流。该母线电流计算方案避免了物理传感器的散差特性，以及传感器的故障失效，节省了直流电流传感器，降低了产品成本。另外，计算精度与物理传感器相当，且精度稳定，在故障情况下精度无下降，避免了功率平衡法中对损耗的复杂计算。

Description

逆变器母线电流计算方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，特别涉及一种逆变器母线电流计算方法。

背景技术

新能源汽车电驱动系统中，电压电流等信号是电机控制器需要的重要输入。逆变器直流侧电流即是其中之一，其可用于逆变器的控制与降额保护、功率计算，又可用于与电池管理系统的电流信号进行相互校验保证系统的安全。直流母线电流的获取可以直接采用放置直流电流传感器，但这样增加了硬件成本，且存在物理传感器失效和故障情况下精度下降问题。采用软件计算的方式代替物理传感器既可降低产品成本又可避免传感器的散差及故障等问题。一种可行的计算方法为利用逆变器输入输出功率平衡的方法，根据交流侧功率和直流电压以及逆变器损耗计算出直流电流。但该方法需要标定不同工况下的逆变器损耗，标定工作繁杂。且逆变器损耗与直流电压、交流电流、开关频率、功率因数、调制度等多个因数相关，在应用时很难把这些因数全部考虑，导致计算的母线电流精度受限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种逆变器母线电流计算方法，以实现一种应用简单且精度较高的获取直流母线电流的软件计算方案。

为解决上述技术问题，本发明提供一种逆变器母线电流计算方法，所述逆变器具有上桥与下桥，所述逆变器母线电流计算方法包括：

累积一计算周期内上桥电荷量与下桥电荷量之和，并得到一平均电荷和；

以所述平均电荷和除以所述计算周期得到所述计算周期内的平均母线电流。

可选的，所述以所述平均电荷和除以所述计算周期得到所述计算周期内的平均母线电流之前，所述逆变器母线电流计算方法还包括：

对所述上桥电荷量和所述下桥电荷量进行修正，减去母线侧电容电荷量。

可选的，所述累积一计算周期内上桥电荷量与下桥电荷量之和的过程包括：

采集逆变器交流侧电流及对应的PWM占空比；

根据所采集得到的逆变器交流侧电流及对应的PWM占空比累积得到所述上桥电荷量与所述下桥电荷量。

可选的，根据所采集得到的逆变器交流侧电流及对应的PWM占空比累积得到所述上桥电荷量与下桥电荷量的步骤包括：

根据PWM的开通时刻及关断时刻，对逆变器交流侧上桥与下桥的电流进行积分，以得到上桥电荷量与下桥电荷量。

可选的，所述逆变器为三相逆变器，所述累积一计算周期内上桥电荷量与下桥电荷量之和，并得到一平均电荷和的过程包括：分别累积U相上桥、V相上桥及W相上桥的电荷量，以及分别累积U相下桥、V相下桥及W相下桥的电荷量：

Q_T＝∑(Qu_T+Qv_T+Qw_T)

Q_B＝∑(Qu_B+Qv_B+Qw_B)

其中：Q_T为三相半桥的上桥电荷量，Q_B为三相半桥的下桥电荷量，Q_dc为平均电荷和，Qu_T为U相上桥的电荷量，Qv_T为V相上桥的电荷量，Qw_T为W相上桥的电荷量，Qu_B为U相下桥的电荷量，Qv_B为V相下桥的电荷量，Qw_B为W相下桥的电荷量。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种逆变器母线电流计算方法，所述逆变器具有上桥与下桥，所述逆变器母线电流计算方法包括：

累积一计算周期内上桥电荷量或下桥电荷量；

以所述上桥电荷量或所述下桥电荷量除以所述计算周期得到所述计算周期内的平均母线电流。

可选的，所述以所述上桥电荷量或所述下桥电荷量除以所述计算周期得到所述计算周期内的平均母线电流之前，所述逆变器母线电流计算方法还包括：

对所述上桥电荷量或所述下桥电荷量进行修正，减去母线侧电容电荷量。

可选的，所述累积一计算周期内上桥电荷量或下桥电荷量的过程包括：

采集逆变器交流侧电流及对应的PWM占空比；

根据所采集得到的逆变器交流侧电流及对应的PWM占空比累积得到所述上桥电荷量或所述下桥电荷量。

可选的，根据所采集得到的逆变器交流侧电流及对应的PWM占空比累积得到所述上桥电荷量或所述下桥电荷量的步骤包括：

根据PWM的开通时刻及关断时刻，对逆变器交流侧上桥或下桥的电流进行积分，以得到上桥电荷量或下桥电荷量。

可选的，所述逆变器为三相逆变器，所述累积一计算周期内上桥电荷量或下桥电荷量的过程包括：分别累积U相上桥、V相上桥及W相上桥的电荷量，或者分别累积U相下桥、V相下桥及W相下桥的电荷量；

Q_T＝∑(Qu_T+Qv_T+Qw_T)

Q_B＝∑(Qu_B+Qv_B+Qw_B)

其中：Q_T为三相半桥的上桥电荷量，Q_B为三相半桥的下桥电荷量，Qu_T为U相上桥的电荷量，Qv_T为V相上桥的电荷量，Qw_T为W相上桥的电荷量，Qu_B为U相下桥的电荷量，Qv_B为V相下桥的电荷量，Qw_B为W相下桥的电荷量。

综上所述，在本发明提供的逆变器母线电流计算方法中，通过累积逆变器交流侧上下两个半桥的电荷量，根据电荷守恒原理，直流母线正极的电荷量等于上桥电荷量，直流母线负极的电荷量等于下桥电荷量。由此，根据一计算周期内逆变器交流侧所累积的上桥或下桥的电荷量，以及该计算周期所经历的时长即可计算出母线侧的直流电流。该母线电流计算方案避免了物理传感器的散差特性，以及传感器的故障失效，节省了直流电流传感器，降低了产品成本。另外，计算精度与物理传感器相当，且精度稳定，在故障情况下精度无下降，避免了功率平衡法中对损耗的复杂计算。

附图说明

本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：

图1是本发明一实施例提供的逆变器的拓扑示意图；

图2是本发明一优选实施例提供的逆变器母线电流计算方法的示意图；

图3是本发明另一优选实施例提供的逆变器母线电流计算方法的示意图；

图4是本发明一实施例提供的逆变器结构示意图；

附图中：

01-上桥；02-下桥；

10-算法模块；20-计算模块；30-传感模块；40-功率驱动模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书和所附权利要求中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。

本发明的核心思想在于提供一种逆变器母线电流计算方法，以实现一种应用简单且精度较高的获取直流母线电流的软件计算方案。

为实现上述思想，本发明提供了一种逆变器母线电流计算方法，所述逆变器具有上桥与下桥，所述逆变器母线电流计算方法包括：累积一计算周期内上桥电荷量与下桥电荷量之和，并得到一平均电荷和；以所述平均电荷和除以所述计算周期得到所述计算周期内的平均母线电流。或者，累积一计算周期内上桥电荷量或下桥电荷量；以所述上桥电荷量或所述下桥电荷量除以所述计算周期得到所述计算周期内的平均母线电流。根据电荷守恒原理，直流母线正极的电荷量等于上桥电荷量，直流母线负极的电荷量等于下桥电荷量。由此，根据一计算周期内逆变器交流侧所累积的上桥或下桥的电荷量，以及该计算周期所经历的时长即可计算出母线侧的直流电流。该母线电流计算方案避免了物理传感器的散差特性，以及传感器的故障失效，节省了直流电流传感器，降低了产品成本。另外，计算精度与物理传感器相当，且精度稳定，在故障情况下精度无下降，避免了功率平衡法中对损耗的复杂计算。

以下参考附图进行描述。

请参考图1至图4，其中，图1是本发明一实施例提供的逆变器的拓扑示意图，图2是本发明一优选实施例提供的逆变器母线电流计算方法的示意图，图3是本发明另一优选实施例提供的逆变器母线电流计算方法的示意图，图4是本发明一实施例提供的逆变器结构示意图。

本发明实施例提供一种逆变器母线电流计算方法，所述逆变器具有上桥与下桥。一般的，逆变器均具有上桥和下桥，在一个示例中，所述逆变器为三相逆变器，如图1所示，所述逆变器包括U相上桥UT，U相下桥UB、V相上桥VT、V相下桥VB、W相上桥WT和W相下桥WB，上桥01具体包括UT、VT及WT，下桥02具体包括UB、VB及WB。其中：所述U相上桥UT的一端连接逆变器直流侧正极，另一端与所述U相下桥UB相连，所述U相下桥UB的另一端连接逆变器直流侧负极，逆变器交流侧U相PU由U相上桥和U相下桥的连接处引出；所述V相上桥VT的一端连接逆变器直流侧正极，另一端与所述V相下桥VB相连，所述V相下桥VB的另一端连接逆变器直流侧负极，逆变器交流侧V相PV由V相上桥和V相下桥的连接处引出；所述W相上桥WT的一端连接逆变器直流侧正极，另一端与所述W相下桥WB相连，所述W相下桥WB的另一端连接逆变器直流侧负极，逆变器交流侧W相PW由W相上桥和W相下桥的连接处引出；直流侧母线电容C1连接在所述逆变器直流侧正极和所述逆变器直流侧负极之间，电池Vbat向所述逆变器直流侧供电。

如图2所示，所述逆变器母线电流计算方法包括：

步骤S1：累积一计算周期内上桥电荷量与下桥电荷量之和，并得到一平均电荷和；

步骤S2：以所述平均电荷和除以所述计算周期得到所述计算周期内的平均母线电流。

逆变器在工作中，电流从电池Vbat的正极起始，流经上桥后至负载端，进而由负载端始，流经下桥后回到电池Vbat的负极。因此根据电荷守恒原理，在一时刻下，直流母线正极的电荷量等于三相半桥的上桥电荷，直流母线负极的电荷量等于三相半桥的下桥电荷。因此，通过累积一计算周期内上桥电荷量与下桥电荷量之和，并得到一平均电荷和，进而以所述平均电荷和除以计算周期即可得到该计算周期内的平均母线电流。该方法利用现有逆变器的传感器并通过软件计算的方法获得直流侧的母线电流，不需另外增设物理传感器，既没有增加成本，且检测性能可靠，能避免物理传感器的散差及故障等问题。

优选的，所述以所述平均电荷和除以所述计算周期得到所述计算周期内的平均母线电流之前，所述逆变器母线电流计算方法还包括：对所述上桥电荷量和所述下桥电荷量进行修正，减去母线侧电容电荷量。一般的，在逆变器直流侧的正负极之间还设有母线侧电容，该母线侧电容在逆变器运行中不断进行充放电，以形成缓冲。母线侧电容正负波动电流在一定时期内电荷流动正负抵消，但若计算周期较短，则该母线侧电容的出力可能处于不平衡状态(即有可能整个计算周期内电容处于放电不等于充电的状态)。此外，三相负载可能有不平衡的情况，综合上述情况，可对上桥电荷量和下桥电荷量进行修正，减去母线侧电容电荷量，以使累积得到的上桥电荷量与下桥电荷量之和更准确地反映母线电荷量。

进一步，所述累积一计算周期内上桥电荷量与下桥电荷量之和的过程包括：

步骤S1a：采集逆变器交流侧电流及对应的PWM占空比；

步骤S1b：根据所采集得到的逆变器交流侧电流及对应的PWM占空比累积得到所述上桥电荷量与所述下桥电荷量。

一般的，逆变器均具有PWM模块，通过PWM模块控制各桥的输出。由此，通过采集逆变器交流侧电流以及其对应的PWM占空比，即可实时得到每个桥的电荷量，进而对其分别进行累积即可得到上桥电荷量与下桥电荷量。

较佳的，根据所采集得到的逆变器交流侧电流及对应的PWM占空比累积得到所述上桥电荷量与下桥电荷量的步骤包括：根据PWM的开通时刻及关断时刻，对逆变器交流侧上桥与下桥的电流进行积分，以得到上桥电荷量与下桥电荷量。具体的，在所述的逆变器母线电流计算方法中，可采集逆变器交流侧三相电流及对应的PWM占空比，根据三相交流电流及对应的PWM的开通时刻及关断时刻，对时间进行积分，计算三相半桥的上桥电荷量及三相半桥的下桥电荷量：

其中，Ic为三相交流电流，ton为PWM的开通时刻，toff为PWM的关断时刻。

更进一步，分别累积U相上桥、V相上桥及W相上桥的电荷量，以及分别累积U相下桥、V相下桥及W相下桥的电荷量：

Q_T＝∑(Qu_T+Qv_T+Qw_T)

Q_B＝∑(Qu_B+Qv_B+Qw_B)

其中：Q_T为三相半桥的上桥电荷量，Q_B为三相半桥的下桥电荷量Qu_T为U相上桥的电荷量，Qv_T为V相上桥的电荷量，Qw_T为W相上桥的电荷量，Qu_B为U相下桥的电荷量，Qv_B为V相下桥的电荷量，Qw_B为W相下桥的电荷量。

进而，通过上桥电荷量Q_T与下桥电荷量Q_B得到平均电荷和Q_dc：

该平均电荷和Q_dc即反映了直流侧的平均母线电流。

如图3所示，在另外一些可替代的实施例中，所述逆变器母线电流计算方法包括：

步骤S3：累积一计算周期内上桥电荷量或下桥电荷量；

步骤S4：以所述上桥电荷量或所述下桥电荷量除以所述计算周期得到所述计算周期内的平均母线电流。

如前所述，根据电荷守恒原理，若逆变器的三相负载较为平均，或在其它一些对精度要求不是很高的场合下，可仅对上桥电荷量或下桥电荷量进行累积，进而仅通过上桥电荷量和下桥电荷量中的一种来计算直流侧的平均母线电流。

较佳的，以所述上桥电荷量或所述下桥电荷量除以所述计算周期得到所述计算周期内的平均母线电流之前，所述逆变器母线电流计算方法还包括：对所述上桥电荷量或所述下桥电荷量进行修正，减去母线侧电容电荷量。具体原理请参考上述实施例，此处不再赘述。

进一步，所述累积一计算周期内上桥电荷量或下桥电荷量的过程包括：

步骤S3a：采集逆变器交流侧电流及对应的PWM占空比；

步骤S3b：根据所采集得到的逆变器交流侧电流及对应的PWM占空比累积得到所述上桥电荷量或所述下桥电荷量。

由于仅需要累积上桥电荷量和下桥电荷量中的一种，故而相对应的，步骤S3a中，可仅对逆变器交流侧的上桥电流和下桥电流择一进行采集。而后根据采集得到的电流及对应的PWM占空比累积得到上桥电荷量或下桥电荷量。具体则可根据PWM的开通时刻及关断时刻，对逆变器交流侧上桥或下桥的电流进行积分，分别累积U相上桥、V相上桥及W相上桥的电荷量，或者分别累积U相下桥、V相下桥及W相下桥的电荷量，以得到上桥电荷量或下桥电荷量。

如图4所示，可选的，所述逆变器包括算法模块10、计算模块20、传感模块30和功率驱动模块40，其中：所述算法模块10用于存放所述逆变器母线电流计算方法，所述算法模块10中算法提供至所述计算模块20；所述计算模块20采集所述传感模块30中的电流传感器信号及所述功率驱动模块40中的开关时刻信号；所述计算模块20保存并运行所述逆变器母线电流计算方法，循环计算出实时的平均母线电流，并输出所述平均母线电流。

综上，在本发明提供的逆变器母线电流计算方法中，通过累积逆变器交流侧上下两个半桥的电荷量，根据电荷守恒原理，直流母线正极的电荷量等于上桥电荷量，直流母线负极的电荷量等于下桥电荷量。由此，根据一计算周期内逆变器交流侧所累积的上桥或下桥的电荷量，以及该计算周期所经历的时长即可计算出母线侧的直流电流。该母线电流计算方案避免了物理传感器的散差特性，以及传感器的故障失效，节省了直流电流传感器，降低了产品成本。另外，计算精度与物理传感器相当，且精度稳定，在故障情况下精度无下降，避免了功率平衡法中对损耗的复杂计算。

需要说明的，三相逆变器仅为一示例，本发明提供的逆变器母线电流计算方法并不局限于应用于三相逆变器，其也可应用于单相逆变器，其原理类似，本领域技术人员可根据本发明进行变通应用。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种逆变器母线电流计算方法，所述逆变器具有上桥与下桥，其特征在于，所述逆变器母线电流计算方法包括：

累积一计算周期内上桥电荷量与下桥电荷量之和，并得到一平均电荷和；

以所述平均电荷和除以所述计算周期得到所述计算周期内的平均母线电流。

2.根据权利要求1所述的逆变器母线电流计算方法，其特征在于，所述以所述平均电荷和除以所述计算周期得到所述计算周期内的平均母线电流之前，所述逆变器母线电流计算方法还包括：

对所述上桥电荷量和所述下桥电荷量进行修正，减去母线侧电容电荷量。

3.根据权利要求1所述的逆变器母线电流计算方法，其特征在于，所述累积一计算周期内上桥电荷量与下桥电荷量之和的过程包括：

采集逆变器交流侧电流及对应的PWM占空比；

根据所采集得到的逆变器交流侧电流及对应的PWM占空比累积得到所述上桥电荷量与所述下桥电荷量。

4.根据权利要求3所述的逆变器母线电流计算方法，其特征在于，根据所采集得到的逆变器交流侧电流及对应的PWM占空比累积得到所述上桥电荷量与下桥电荷量的步骤包括：

根据PWM的开通时刻及关断时刻，对逆变器交流侧上桥与下桥的电流进行积分，以得到上桥电荷量与下桥电荷量。

5.根据权利要求1所述的逆变器母线电流计算方法，其特征在于，所述逆变器为三相逆变器，所述累积一计算周期内上桥电荷量与下桥电荷量之和，并得到一平均电荷和的过程包括：分别累积U相上桥、V相上桥及W相上桥的电荷量，以及分别累积U相下桥、V相下桥及W相下桥的电荷量：

Q_T＝∑(Qu_T+Qv_T+Qw_T)

Q_B＝∑(Qu_B+Qv_B+Qw_B)

其中：Q_T为三相半桥的上桥电荷量，Q_B为三相半桥的下桥电荷量，Q_dc为平均电荷和，Qu_T为U相上桥的电荷量，Qv_T为V相上桥的电荷量，Qw_T为W相上桥的电荷量，Qu_B为U相下桥的电荷量，Qv_B为V相下桥的电荷量，Qw_B为W相下桥的电荷量。

6.一种逆变器母线电流计算方法，所述逆变器具有上桥与下桥，其特征在于，包括：

累积一计算周期内上桥电荷量或下桥电荷量；

以所述上桥电荷量或所述下桥电荷量除以所述计算周期得到所述计算周期内的平均母线电流。

7.根据权利要求6所述的逆变器母线电流计算方法，其特征在于，所述以所述上桥电荷量或所述下桥电荷量除以所述计算周期得到所述计算周期内的平均母线电流之前，所述逆变器母线电流计算方法还包括：

对所述上桥电荷量或所述下桥电荷量进行修正，减去母线侧电容电荷量。

8.根据权利要求6所述的逆变器母线电流计算方法，其特征在于，所述累积一计算周期内上桥电荷量或下桥电荷量的过程包括：

采集逆变器交流侧电流及对应的PWM占空比；

根据所采集得到的逆变器交流侧电流及对应的PWM占空比累积得到所述上桥电荷量或所述下桥电荷量。

9.根据权利要求8所述的逆变器母线电流计算方法，其特征在于，根据所采集得到的逆变器交流侧电流及对应的PWM占空比累积得到所述上桥电荷量或所述下桥电荷量的步骤包括：

根据PWM的开通时刻及关断时刻，对逆变器交流侧上桥或下桥的电流进行积分，以得到上桥电荷量或下桥电荷量。

10.根据权利要求6所述的逆变器母线电流计算方法，其特征在于，所述逆变器为三相逆变器，所述累积一计算周期内上桥电荷量或下桥电荷量的过程包括：分别累积U相上桥、V相上桥及W相上桥的电荷量，或者分别累积U相下桥、V相下桥及W相下桥的电荷量；

Q_T＝∑(Qu_T+Qv_T+Qw_T)

Q_B＝∑(Qu_B+Qv_B+Qw_B)

其中：Q_T为三相半桥的上桥电荷量，Q_B为三相半桥的下桥电荷量，Qu_T为U相上桥的电荷量，Qv_T为V相上桥的电荷量，Qw_T为W相上桥的电荷量，Qu_B为U相下桥的电荷量，Qv_B为V相下桥的电荷量，Qw_B为W相下桥的电荷量。

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