CN113285623B - 一种安全控制方法及交通设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提出一种安全控制方法及交通设备。其中，在发生断线工况时，先把控制器功率器件断开，以使第一电流通过续流二极管衰减，当第一电流与0的差值小于第一阈值时，控制器执行母线电压控制策略，以使电机对母线电容进行充能，保持母线电容电压值稳定。持续一定时间后，电机的转速小于安全值，同时，不能再保障母线电容的电压值稳定，就发生自动掉电，整车安全停车且不存在安全隐患。

Description

一种安全控制方法及交通设备
技术领域
本申请涉及交通设备领域，具体而言，涉及一种安全控制方法及交通设备。
背景技术
电摩将是未来电动车发展主流与趋势之一，电动车市场格局可能会以电摩为主。随着电摩政策的明朗化，电摩会进一步放量增长。许多电动车企和零部件供应商纷纷进入该行业。
在开发新能源电摩电机控制器过程中，为了使电摩在各种不同的工况下出现电池回路意外断线时，均能安全的把电摩转速降至低速，同时保证驾乘人员的安全。
新能源电摩包含三电系统：电机，电池，电控。其中，电控部件运用电力电子控制技术驱动电摩运行在驾乘者希望的工况下，同时该部件还需要应对各种故障工况，能够安全停机保证驾乘者的安全。故障工况包括电摩的电池系统断线。当电池系统意外断线时，可能电机处于高速运转，存在很大的安全隐患。当电池系统意外断线时，如何保障电摩的安全性能，成为了困扰本领域技术人员的难题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种安全控制方法及交通设备，以至少部分改善上述问题。
为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供一种安全控制方法，应用于交通设备中的控制器，所述交通设备还包括目标功率器件、母线电容、电机以及电池系统，所述电池系统、所述母线电容、所述目标功率器件以及所述电机依次电连接，所述控制器与目标功率器件电连接，所述方法包括：
所述控制器判断是否发生断线工况，其中，所述断线工况表示所述控制器与所述电池系统断开电连接；
若是，则所述控制器控制所述目标功率器件断开，以使第一电流通过续流二极管衰减，其中，所述目标功率器件包括所述续流二极管，所述第一电流为流过所述电机的电流；
当所述第一电流与0的差值小于第一阈值时，所述控制器执行母线电压控制策略，以使所述电机对所述母线电容进行充能，保持所述母线电容电压值稳定。
可选地，所述控制器判断是否发生断线工况的步骤，包括：
所述控制器获取所述电池系统的当前输出电压和所述母线电容的当前输入电压；
当所述当前输出电压和所述当前输入电压的差大于第二阈值时，则所述控制器确定发生断线工况。
可选地，在所述控制器获取所述电池系统的当前输出电压和所述母线电容的当前输入电压之后，还包括：
依据所述控制器的功率确定所述第二阈值。
可选地，所述控制器判断是否发生断线工况的步骤，包括：
按照预设时间间隔获取所述控制器的母线电压；
当相邻两次的母线电压的差大于第三阈值时，所述控制器确定发生断线工况。
可选地，在按照预设时间间隔获取所述控制器的母线电压之后，所述方法还包括：
依据相邻两次的母线电压、母线电容容值以及预设时间间隔获取母线的流入流出功率；
依据所述流入流出功率，确定所述第三阈值。
可选地，所述流入流出功率的表达式为：
Figure BDA0003081849200000031
其中，C表征母线电容容值，U1表征前次母线电压，U2表征当前母线电压，P表征流入流出功率，ΔT表征预设时间间隔。
第二方面，本申请实施例提供一种交通设备，所述交通设备包括控制器、目标功率器件、母线电容、电机以及电池系统，所述电池系统、所述母线电容、所述目标功率器件以及所述电机依次电连接，所述控制器与目标功率器件电连接；
所述控制器用于判断是否发生断线工况，其中，所述断线工况表示所述控制器与所述电池系统断开电连接；
若是，则所述控制器还用于控制所述目标功率器件断开，以使第一电流通过续流二极管衰减，其中，所述目标功率器件包括所述续流二极管，所述第一电流为流过所述电机的电流；
当所述第一电流与0的差值小于第一阈值时，所述控制器还用于执行母线电压控制策略，以使所述电机对所述母线电容进行充能，保持所述母线电容电压值稳定。
可选地，所述控制器还用于获取所述电池系统的当前输出电压和所述母线电容的当前输入电压；
当所述当前输出电压和所述当前输入电压的差大于第二阈值时，则所述控制器还用于确定发生断线工况。
可选地，所述控制器还用于按照预设时间间隔获取所述控制器的母线电压；
当相邻两次的母线电压的差大于第三阈值时，所述控制器还用于确定发生断线工况。
可选地，所述控制器还用于依据相邻两次的母线电压、母线电容容值以及预设时间间隔获取母线的流入流出功率；
所述控制器还用于依据所述流入流出功率，确定所述第三阈值。
相对于现有技术，本申请实施例所提供的一种安全控制方法及交通设备中，在发生断线工况时，先控制器控制目标功率器件断开，以使第一电流通过续流二极管衰减，当第一电流与0的差值小于第一阈值时，控制器执行母线电压控制策略，以使电机对母线电容进行充能，保持母线电容电压值稳定。持续一定时间后，电机的转速小于安全值，同时，不能再保障母线电容的电压值稳定，就发生自动掉电，且不存在安全隐患。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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它相关的附图。
图1为本申请实施例提供的电子设备的架构示意图；
图2为本申请实施例提供的安全控制方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的电子设备的架构示意图之一；
图4为本申请实施例提供的S101的子步骤示意；
图5为本申请实施例提供的S101的子步骤示意之一。
图中：10-控制器；20-电池系统；30-母线电容；40-目标功率器件；50-电机。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在本文中，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。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
电池系统断线包含电池管理系统(bms)控制板异常和直流动力电缆断开等情况。当处于电池系统断线的工况下，若电机处于高速运行工况，产生的反电势高于直流侧母线电压，会通过电机控制器三相桥上的功率器件中的续流二极管回馈到电机控制器的直流侧母线电容，容易造成电机控制器中相关器件的烧毁。同时，这种回馈模式的制动扭矩属于不可控制的扭矩，容易对驾乘人员造成伤害。
目前常见的新能源四轮车发生该故障情况时，主要是通过三相桥的功率器件下管或者上管全部导通，把电机三相短路，让电机能量通过电机线圈中的阻抗通过发热的形式消耗。该方式不需要额外的硬件电路，但是电机三相短路电流大，功率器件发热大，对功率器件是一种考验。同时，通过短路产生的制动扭矩不可控，4轮车体积大，体重大，在4轮车上能起到保护驾乘者；但是电摩体重轻，不一定能够安全的保护驾乘者。还有一种策略是在直流侧加制动电阻，通过制动电阻来吸收回馈能量保护器件，该策略所产生的制动扭矩也不可控制，同时还需要增加额外的成本。
为了克服以上问题，本申请实施例提供了一种安全控制方法，应用于交通设备中的控制器。如图1所示，交通设备还包括目标功率器件40、母线电容30、电机50以及电池系统20，电池系统20、母线电容30、目标功率器件40以及电机50依次电连接，控制器10与目标功率器件40电连接。
应当理解的是，图1所示的结构仅为交通设备的部分的结构示意图，交通设备还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
本申请实施例提供的一种安全控制方法，可以但不限于应用于图1所示的控制器，具体的流程，请参考图2，安全控制方法包括：
S101，控制器判断是否发生断线工况。若是，则执行S102；若否，则执行S104。
其中，断线工况表示控制器10与电池系统20断开电连接，或者，母线电容30与电池系统20断开电连接。断线工况包含电池管理系统(bms)控制板异常和直流动力电缆断开。
若发生断线工况，则需要紧急处理，以避免出现“当处于电池系统断线的工况下，若电机处于高速运行工况，产生的反电势高于直流侧母线电压，会通过电机控制器三相桥上的功率器件中的续流二极管回馈到电机控制器的直流侧母线电容，容易造成电机控制器中相关器件的烧毁”的事故。此时，执行S102；反之，则等待下一个检测周期，重复进行判断，即执行S104。
S102，控制器控制目标功率器件断开，以使第一电流通过续流二极管衰减。
其中，目标功率器件40包括续流二极管，第一电流为流过电机的电流。
可选地，请参考图3，目标功率器件40包括N1、N2、N3、N4、N5以及N6，N1、N2、N3、N4、N5以及N6均为功率管，每一个功率管均包括续流二极管。
S103，当第一电流与0的差值小于第一阈值时，控制器执行母线电压控制策略，以使电机对母线电容进行充能，保持母线电容电压值稳定。
可选地，持续一定时间后，电机50的转速小于安全值，同时，不能再保障母线电容30的电压值稳定，就发生自动掉电，且不存在安全隐患。母线电压控制策略具体为调节目标功率器件40的开关状态和电机50的运行状态。
S104，等待下一个检测周期。
综上所述，本申请实施例提供的安全控制方法中，在发生断线工况时，先控制器控制目标功率器件断开，以使第一电流通过续流二极管衰减，当第一电流与0的差值小于第一阈值时，控制器执行母线电压控制策略，以使电机对母线电容进行充能，保持母线电容电压值稳定。持续一定时间后，电机的转速小于安全值，同时，不能再保障母线电容的电压值稳定，就发生自动掉电，且不存在安全隐患。
在图2的基础上，对于S101中的内容，本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考图4，S101包括：
S101-1，控制器获取电池系统的当前输出电压和母线电容的当前输入电压。
其中，控制器的当前输入电压为母线电压。
S101-2，依据控制器的功率确定第二阈值。
可选地，第二阈值可根据控制器的功率来分档设计，控制器功率大于第一功率标准值时，发生器件烧毁的时间更短，第二阈值小于第一差标准值，增加判断的快速性；控制器功率小于第一功率标准值时，发生器件烧毁的时间更长，第二阈值大于第一差标准值，增加判断的准确性。
S101-3，控制器判断当前输出电压和当前输入电压的差是否大于第二阈值。若是，执行S101-8；若否，则执行S104。
当未发生断线工况，电池系统20正常时，电池包和母线为同一电位点(不考虑线路压降)，因此电池系统20的当前输出电压和控制器10的母线电容的当前输入电压应该相同。当电池系统20断线时，在没有检测到异常时，控制器10还在继续控制扭矩，该扭矩产生的能量会通过改变母线电容电压来体现。而电池系统20和控制器10断开时，电池系统20不在提供能量，因此电池系统20的电压维持不变。若当前输出电压和当前输入电压的差大于第二阈值时，表示发生断线工况，执行S101-8；反之，则执行S104。
S101-8，控制器确定发生断线工况。
在图2的基础上，对于S101中的内容，本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考图5，S101包括：
S101-4，按照预设时间间隔获取控制器的母线电压。
可选地，母线电压为母线电容30当前的电压值。
S101-5，依据相邻两次的母线电压、母线电容容值以及预设时间间隔获取母线的流入流出功率。
可选地，流入流出功率的表达式为：
Figure BDA0003081849200000101
其中，C表征母线电容容值，U1表征前次母线电压，U2表征当前母线电压，P表征流入流出功率，ΔT表征预设时间间隔。
S101-6，依据流入流出功率确定第三阈值。
可选地，流入流出功率大于第二功率标准值时，发生器件烧毁的时间更短，第三阈值小于第二差标准值，增加判断的快速性；流入流出功率小于第二功率标准值时，发生器件烧毁的时间更长，第三阈值大于第二差标准值，增加判断的准确性。
S101-7，控制器判断相邻两次的母线电压的差是否大于第三阈值。若是，执行S101-8；若否，则执行S104。
可选地，当电池系统20正常时，根据能量的流入流出平衡的原理，流入母线电容的能量基本为0，直流母线电压应该维持基本不变。当电池系统20断线时，在没有检测到异常时，控制器10还在继续控制扭矩，该扭矩产生的能量会通过母线电容电压的变化量来体现，因此母线电压会出现增量变化量，根据暂态的功率P，电容容值和前后2次母线电压值，当母线电压值增量变化量不在阈值范围内时，则可判断出电池断线。即相邻两次的母线电压的差大于第三阈值时，确定发生断线工况，则执行S101-8；反之，则执行S104。
S101-8，控制器确定发生断线工况。
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种交通设备的架构示意图，可选的，该交通设备可以实施上文所述的安全控制方法。
交通设备包括控制器10、目标功率器件40、母线电容30、电机50以及电池系统20，电池系统20、母线电容30、目标功率器件40以及电机50依次电连接，控制器10与目标功率器件40件电连接。
控制器用于判断是否发生断线工况，其中，断线工况表示控制器与电池系统断开电连接；
若是，则控制器还用于控制目标功率器件断开，以使第一电流通过续流二极管衰减，其中，目标功率器件包括续流二极管，第一电流为流过电机的电流；
当第一电流与0的差值小于第一阈值时，控制器还用于执行母线电压控制策略，以使电机对母线电容进行充能，保持母线电容电压值稳定。
可选地，控制器还用于获取电池系统的当前输出电压和母线电容的当前输入电压；
当当前输出电压和当前输入电压的差大于第二阈值时，则控制器还用于确定发生断线工况。
可选地，控制器还用于按照预设时间间隔获取控制器的母线电压；
当相邻两次的母线电压的差大于第三阈值时，控制器还用于确定发生断线工况。
可选地，控制器还用于依据相邻两次的母线电压、母线电容容值以及预设时间间隔获取母线的流入流出功率；
控制器还用于依据流入流出功率，确定第三阈值。
需要说明的是，本实施例所提供的交通设备，其可以执行上述方法流程实施例所示的方法流程，以实现对应的技术效果。为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。
本申请实施例提供的控制器10可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，安全控制方法的各步骤可以通过控制器10中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的控制器10可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－ProgrammableGate Array，简称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。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (3)

1.一种安全控制方法，其特征在于，应用于交通设备中的控制器，所述交通设备还包括目标功率器件、母线电容、电机以及电池系统，所述电池系统、所述母线电容、所述目标功率器件以及所述电机依次电连接，所述控制器与目标功率器件电连接，所述方法包括：
所述控制器判断是否发生断线工况，其中，所述断线工况表示所述控制器与所述电池系统断开电连接；
若是，则所述控制器控制所述目标功率器件断开，以使第一电流通过续流二极管衰减，其中，所述目标功率器件包括所述续流二极管，所述第一电流为流过所述电机的电流；
当所述第一电流与0的差值小于第一阈值时，所述控制器执行母线电压控制策略，以使所述电机对所述母线电容进行充能，保持所述母线电容电压值稳定；
所述控制器判断是否发生断线工况的步骤，包括：
按照预设时间间隔获取所述控制器的母线电压；
当相邻两次的母线电压的差大于第三阈值时，所述控制器确定发生断线工况；
在按照预设时间间隔获取所述控制器的母线电压之后，所述方法还包括：
依据相邻两次的母线电压、母线电容容值以及预设时间间隔获取母线的流入流出功率；
依据所述流入流出功率，确定所述第三阈值。
2.如权利要求1所述的安全控制方法，其特征在于，所述流入流出功率的表达式为：
Figure FDA0003591765660000021
其中，C表征母线电容容值，U1表征前次母线电压，U2表征当前母线电压，P表征流入流出功率，ΔT表征预设时间间隔。
3.一种交通设备，其特征在于，所述交通设备包括控制器、目标功率器件、母线电容、电机以及电池系统，所述电池系统、所述母线电容、所述目标功率器件以及所述电机依次电连接，所述控制器与目标功率器件电连接；
所述控制器用于判断是否发生断线工况，其中，所述断线工况表示所述控制器与所述电池系统断开电连接；
若是，则所述控制器还用于控制所述目标功率器件断开，以使第一电流通过续流二极管衰减，其中，所述目标功率器件包括所述续流二极管，所述第一电流为流过所述电机的电流；
当所述第一电流与0的差值小于第一阈值时，所述控制器还用于执行母线电压控制策略，以使所述电机对所述母线电容进行充能，保持所述母线电容电压值稳定；
所述控制器还用于按照预设时间间隔获取所述控制器的母线电压；
当相邻两次的母线电压的差大于第三阈值时，所述控制器还用于确定发生断线工况；
所述控制器还用于依据相邻两次的母线电压、母线电容容值以及预设时间间隔获取母线的流入流出功率；
所述控制器还用于依据所述流入流出功率，确定所述第三阈值。
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