CN112666461B - 逆变器直流侧的电流估算方法、电机控制器、电流检测装置及电动汽车 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及电机控制领域,尤其涉及一种逆变器直流侧的电流估算方法、电机控制器、电流检测装置及电动汽车。
背景技术
近年来,新能源汽车大量投入市场应用中,对于传统能源的节省、用户经济成本的降低要求提出了更深层次的期望。
电机系统作为新能源汽车尤其是纯电动汽车的核心部件,其性能优劣决定了整车的运行性能。因此,对于电机系统的设计、监测、维护是决定新能源汽车是否可完全代替传统汽车的根本性因素。
在对电机系统的监测过程中,对于电机内逆变器直流侧的电流估算是验证电机工作状态的关键性指标。因此,需要对该电流进行简易的、快速的、精准的检测。现有技术中,直流电流的估算方式受温度、工作时间、检测数据量等影响,无法做到对某些影响因素的修正和补偿,导致检测结果具有较大的误差。
因此,需要一种新型的逆变器直流侧的电流估算方法,可消除电流估算时可因素影响,提高逆变器直流侧的电流估算精准度。
发明内容
为了克服上述技术缺陷,本发明的目的在于提供一种逆变器直流侧的电流估算方法、电机控制器、电流检测装置及电动汽车,可补偿如开通关断开关器件时的占空比误差、电流纹波、死区等造成的估算误差。
本发明公开了一种逆变器直流侧的电流估算方法,包括以下步骤:
获取三相占空比、、的高电平下的三相高电平起始时刻、、和三相高电平结束时刻、、,以及三相输出电流、、的三相上升沿起始
时刻、、、三相上升沿结束时刻、、、三相下降沿起始时刻、、、三
相下降沿结束时刻、、;
根据:
基于:
(驱动信号/三相占空比的高电平)*修正系数,或;
[1 -(电压降落/直流母线电压)]*修正系数。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现如上所述的电流估算方法。
本发明还公开了一种电机控制器,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,处理器执行计算机程序时,实现如上所述的电流估算方法。
本发明还公开了一种电机控制器的电流检测装置,包括:
计算模块,分别与电流检测模块和占空比检测模块连接,根据三相输出电流、、,计算第个检测周期下第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的三相平均输出电流、、,及根据任意检测周期下的三相占空比、、,计算第个检测周期下第
一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的三相平均占空比、、,且计算模块根据三相平均
输出电流、、、三相平均占空比、、及三相修正算法、、,基
于计算第个检测周期时的平均直流
电流。
本发明又公开了一种电动汽车,包括如上所述的电机控制器。
采用了上述技术方案后,与现有技术相比,具有以下有益效果:
1. 可消除如温度、开通关断的时间滞后、电流正弦变化率等对直流侧输出电流的影响,提高直流侧电流的估算结果准确度;
2. 估算方式更为稳定和快速,提高估算效率。
附图说明
图1为符合本发明一优选实施例中电流估算方法的流程示意图;
图2为符合本发明一优选实施例中三相修正算法的示意图。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解,本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解,尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息,但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如,在不脱离本公开范围的情况下,第一信息也可以被称为第二信息,类似地,第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境,如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。
在本发明的描述中,除非另有规定和限定,需要说明的是,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是机械连接或电连接,也可以是两个元件内部的连通,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,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的具体含义。
在后续的描述中,使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明,其本身并没有特定的意义。因此,“模块”与“部件”可以混合地使用。
逆变器直流侧由三相逆变电路组成,一般而言,定义直流电流的正方向为从电池流向逆变器;定义逆变器桥臂上侧开关器件的电流正方向为从正直流母线流向桥臂中点,定义逆变器桥臂下侧开关器件的电流正方向为从桥臂中点流向负直流母线,定义逆变器桥臂输出电流正方向为从逆变器流向电机,则直流侧电流等于逆变器所有桥臂上侧开关器件电流之和,或直流侧电流等于逆变器所有桥臂下侧开关器件电流之和的负数。
三相逆变电路中,当上侧开关器件开通,而下侧开关器件关断时,上侧开关器件的电流等于桥臂输出电流;当上侧开关器件关断,而下侧开关器件开通时,上侧开关器件的电流等于零;当上侧开关器件关断,而下侧开关器件关断时:若桥臂输出电流小于零,则上侧开关器件的电流等于桥臂输出电流;若桥臂输出电流大于零,则上侧开关器件的电流等于零;若桥臂输出电流等于零,则上侧开关器件的电流等于零;当上侧开关器件处于开通和关断状态之间的过渡状态时,其电流在输出电流和零之间变化;桥臂下侧开关器件的电流等于桥臂上侧开关器件的电流减去桥臂输出电流。也正是由于开关器件处于开通和关断状态之间的过渡状态时,电流因过渡而与实际检测结果滞后,导致直流侧电流估算出现误差。
参阅图1,在一优选实施例中,电流估算方法,其特征在于,包括以下步骤:
对三相逆变电路的三组桥臂——第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂上的输出电流进
行检测,且检测时不限于上侧开关器件或下侧开关器件。在电机控制器内可预设一检测周
期,检测周期的时长可以是100us等,每间隔该检测周期将对第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂
的输出电流进行检测,以形成第个检测周期下的三相输出电流、、。由于检测过
程持续进行,因此,值的具体大小可由实际工况中的用户确定,在确定一检测起始时刻
时,不断增多的检测周期即为对值的不断增加。此外,可以理解的是,通常为正整数,或
代表某一具体的检测周期,但不特指某一检测周期。
在每一检测周期内,也同时将对三相逆变电路的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的
占空比进行检测,占空比表示开关器件在一个开关周期内的开通时间占比,在每一检测周
期内,电机控制器可内部计算得到对于开关器件的控制占空比,从而形成第个检测周期
下的三相占空比、、。
由于单个检测周期内,直流侧的电流因开关器件的开通或关断而不断发生变化,
且检测周期所检测的三相输出电流、、为某一时刻下的瞬时电流值,因此,为估算
所得直流侧电流的平均大小,将根据三相输出电流、、,计算第个检测周期下第
一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的三相平均输出电流、、,也可理解为单个检测周期
的中间时刻或接近于中间时刻时的瞬时电流,亦或是单个监测周期下,不断变化的三相电
流的均值。
考虑到占空比通常是一个平均化的特征量。例如,对于开关器件而言,其接收到的
驱动信号为高电平时,开关器件处于开通状态;驱动信号为低电平时,开关器件处于关断状
态;驱动信号处于高低电平之间时,认为开关器件在开通和关断状态之间过渡;驱动信号通
过采样得到。也就是说,对驱动信号滤波后,可以得到平均化的驱动信号,以用作为第个
检测周期下第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的三相平均占空比、、。
在三相平均输出电流、、、三相平均占空比、、的基础上,配
合一三相修正算法、、。该三相修正算法、、可基于不同的影响因素
形成,例如用于补偿电流正弦变化率、电流纹波、死区、功率器件开通关断过程等非理想因
素造成的误差,亦或是根据对应相电流大小和方向、直流电压、功率器件的温度来确定,亦
或是由理论推导得出,也可以由实验标定得到。不同实施例中,三相修正算法、、可以是一个常数,也可以是一个多输入单输出的表格或算法。根据不同的需求和影响
因素的考虑,借助于修正算法、、的补偿,并基于:
通过上述电流估算方法,可快速地、精准地获取直流电流,且该所得的直流电流去除了如相电流的线性斜率、电流纹波、开通关断过渡时间对直流电流的影响。
由于三相逆变器处于稳态时,桥臂输出电流平均值和电流的驱动指令值之间,存
在一定误差(幅值和相位),因此,在该实施例中,三相平均输出电流、、的计算基
础依据于两个电流瞬时值,分别为第个检测周期下的三相输出电流、、和
第个检测周期下的三相输出电流、、,通过引入估算时的前一周期三相输出电流、、,去除因相位差造成的误差。
由于驱动信号的占空比对输出电流的影响跨检测周期实现,因此,在该实施例中,
一方面为节省计算负载,另一方面出于提高估算精度的目的,将直接选定第个检测周
期下的三相占空比、、为第个检测周期下第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂
的三相平均占空比、、。可以理解的是,不同实施例中,也可选择第个检测
周期下的三相占空比、、为第个检测周期下第一桥臂、第二桥臂、第三桥
臂的三相平均占空比、、,但该实施例中三相平均占空比、、的确
定,更具有估算性质,精准地略差。
S510:获取三相占空比、、的高电平下的三相高电平起始时刻、、和三相高电平结束时刻、、,以及三相输出电流、、的三相上升沿
起始时刻、、、三相上升沿结束时刻、、、三相下降沿起始时刻、、、三相下降沿结束时刻、、;
参阅图2,驱动信号的占空比与开关器件实际开通和关断过渡期下对输出电流的影响不匹配,因此,三相输出电流的实际表现具有滞后性。为修改该滞后性的误差,将获取三相的6个时刻点。
S520:根据:
继而,在上述三相的6个时刻下,分别计算三相高电平滞后的时段、、,过渡期下三相上升的实际耗时、、,三相低电平滞后的时段、
、,以及过渡期下三相下降的实际耗时、、,因此可将滞后下各实际时间
计算入估算方法。
在该实施例中,三相修正算法为对过渡期的时间补偿,因此,将去除三相低电平延
迟时段、、,和三相上升沿时段、、下的虚拟三相输出电流,及
补偿三相高电平延迟时段、、,和三相下降沿时段、、下的实
际三相输出电流,从而实现估算方法中对实际的三相平均输出电流、、的精准计
算。
S531:基于:
另一优选实施例中,对于三相平均输出电流、、和三相平均占空比、、的计算,可基于预估的算法而非实时的算法,例如,根据三相输出电流、、,计算第个检测周期下第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的三相平均输出电流、、的步骤S300还包括:
在该实施例中,将以下一检测周期的三相输出电流、、为基础,即将来
时刻的电流。在该实施例中,三相输出电流、、可以是下一检测周期检测所得,
也可由当前检测周期下三相输出电流、、和前一检测周期下的三相输出电流、、计算所得(计算基础可以是:三相输出电流、、是前一检测周期下的三相
输出电流、、和后一检测周期的三相输出电流、、的均值)。具体
地,一优选实施例中,以三相输出电流为例,其估算可以是:,其中是直流电压,是本周期计算出来的占空比,是电机A相反电动势,是开关周期,是电机A相电感。
也就是说,预估方式计算中,将统一延后检测周期的检测结果,以另一种方式预估。
其他实施例中,若以其他影响因素决定三相修正算法、、,则该三相修
正算法、、包括:(驱动信号/三相占空比的高电平)*修正系数或[1-(电压降落/
直流母线电压)]*修正系数,修正系数可由测试者划定或测定。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现如上所述的电流估算方法。
本发明又公开了一种电机控制器,包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并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,实现如上所述的电流估算方法。
本发明又公开了一种电机控制器的电流检测装置,包括:电流检测模块,基于一检
测周期对电机控制器的三相逆变电路的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的输出电流进行检
测,以形成第个检测周期下的三相输出电流、、;占空比检测模块,基于所述检测
周期对电机控制器的三相逆变电路的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的占空比进行检测,以
形成第个检测周期下的三相占空比、、;计算模块,分别与所述电流检测模块
和占空比检测模块连接,根据所述三相输出电流、、,计算第个检测周期下第一
桥臂、第二桥臂、第三桥臂的三相平均输出电流、、,及根据任意检测周期下的三
相占空比、、,计算第个检测周期下第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的三相平
均占空比、、,且所述计算模块根据所述三相平均输出电流、、、三相
平均占空比、、及三相修正算法、、,基于计算第个检测周期时的平均直流电
流。
本发明还公开了一种电动汽车,包括如上所述的电机控制器。
应当注意的是,本发明的实施例有较佳的实施性,且并非对本发明作任何形式的限制,任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例,但凡未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种逆变器直流侧的电流估算方法,其特征在于,包括以下步骤:
3.如权利要求2所述的电流估算方法,其特征在于,
获取所述三相占空比、、的高电平下的三相高电平起始时刻、、和三相高电平结束时刻、、,以及所述三相输出电流、、的三相上升沿
起始时刻、、、三相上升沿结束时刻、、、三相下降沿起始时刻、、、三相下降沿结束时刻、、;
根据:
7.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的电流估算方法。
8.一种电机控制器,其特征在于,包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并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1-6中任一项所述的电流估算方法。
9.一种电机控制器的电流检测装置,其特征在于,包括:
10.一种电动汽车,其特征在于,包括如权利要求8所述的电机控制器。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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