CN113504801B - 油冷电机在线热管理方法、存储介质、电机控制器和管理系统 - Google Patents

油冷电机在线热管理方法、存储介质、电机控制器和管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种油冷电机在线热管理方法，包括：电机运行；获取实时转速、电机输出功率、当前转速下允许的最大冷却油进出口温差和能承载的最大损耗值；根据冷却油流量、冷却油入口和冷却油出口的油温，实时计算冷却油带走的电机损耗；基于当前时刻冷却油入口和出口温度、冷却油带走的电机损耗、当前允许的最大冷却油进出口温差和能承载的最大损耗值，实时调整电机允许最大输出功率，使电机处于热安全状态。本发明采用极小的成本实现精准的油冷电机温度控制，能避免过温运行造成的电机损毁，能降低电机运行风险，提高使用电机使用寿命和安全性。

Description

油冷电机在线热管理方法、存储介质、电机控制器和管理系统
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种能在线实时避免油冷电机过温运行的油冷电机在线热管理方法。本发明还涉及一种用于执行所述油冷电机热管理方法，中步骤的计算机可读存储介质和电机控制器，以及一种能避免油冷电机过温运行的油冷电机在线热管理系统。
背景技术
随着新能源汽车的逐步普及，车用电机的应用也越来越广泛。工作温度是判断电机是否正常运行的重要指标，温度过高会影响新能源车用电机功能安全和绝缘寿命，进而影响乘客安全。传统的车用水冷却电机的温度最高点通常出现在绕组端部，故在定子端部绕组上简单布置温度传感器即可来监控电机温度，其结构参考图1所示。
对于用冷却油直接喷淋绕组端部实现冷却的油冷电机而言，由于绕组端部直接和冷却油接触冷却效果较好，导致该处温度会比较低，温度传感器无法检测到最高温度，造成温度传感器无法准确表达电机实际工作温度，易造成电机过温运行工况不被发现。同时，对于槽满率较高的电机而言(特别是扁铜线电机)，在定子槽内布置温度传感器工艺复杂，难以实现量产，不利于降低生产成本。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明要解决的技术问题是提供一种能实时准确控制电机工作热负荷，避免电机过温运行的油冷电机热管理方法。
相应的，本发明还提供了一种用于执行所述油冷电机热管理系统方法中步骤的计算机可读存储介质和电机控制器，以及一种能避免油冷电机过温运行的油冷电机热管理系统。
为解决上述技术问题，本发明提供的油冷电机热管理方法，包括以下步骤：
S1，电机运行；
S2，获取实时转速n，并在线实时计算电机输出功率P；
S3，基于实时转速n，获得当前转速下允许的最大冷却油进出口温差ΔT和能承载的最大损耗值ploss；
电机当前转速下能承载最大损耗值ploss表示该转速下电机长时间(即设计寿命)运行且不发生过温时能够承载的最大损耗值；
S4，根据当前时刻冷却油流量s、当前时刻冷却油入口和冷却油出口的油温Tin和Ti，实时计算冷却油带走的电机热量损耗pi；
S5，基于当前时刻冷却油入口和出口温度Tin和Ti、冷却油带走的电机热量损耗pi、当前允许的最大冷却油进出口温差ΔT和能承载的最大损耗值ploss，实时调整电机允许最大输出功率，使电机处于热安全状态。
所述热安全状态，是指电机不会因为过温运行，导致电机的内部温度过高,烧坏电机内部线路,发生安全事故。
可选择的，进一步改进所述的油冷电机在线热管理方法，所述电机当前转速下电机冷却油允许的最大进出口温差ΔT和电机当前转速下能承载最大损耗值ploss能通过电机样机测试标定获取。
电机样机开发阶段，需要基于在电机绕组和转子最热点布置了温度传感器的特殊样机，测试电机在各转速下达到最高允许热平衡温度时能够承载的损耗和冷却油进出口温差ΔT。电机运行时，转速由转速传感器实时测试得到，电机当前转速下能承载最大损耗值ploss可以通过测试电机效率计算得到，进出口冷却油的温度由温度传感器测试得到，进而完成所需数据的标定。
示例性的，形成标定数据后，通过当前转速查询如下述表1电机热平衡时的能承载最大损耗值与冷却油温差表，就能获得需要的数据。相应的，该表1能利用计算机编程技术手段集成于控制器中实时调取。
表1
Figure GDA0003645109940000031
可选择的，进一步改进所述的油冷电机在线热管理方法，实施步骤S5包括以下子步骤：
S5.1，若(Ti-Tin)＜ΔT，则判断电机热状态安全，电机正常运行，不调整电机输出功率；否则实时计算冷却油带走的电机热量损耗Pi；
S5.2，若Pi＜(ploss×fac)，则判断电机热状态安全，电机正常运行，不调整电机输出功率；否则闭环动态调节电机输出功率P，降低电机的最大输出功率，fac是指定修正系数。
可选择的，进一步改进所述的油冷电机在线热管理方法，所述冷却油带走的电机热量损耗Pi采用以下公式(1)计算获得；
Pi＝C*ρ*s*(Ti-Tin_i) 公式(1)；
C为油比热容，ρ为油的密度，s为当前冷却油流量，Tin_i是前一采样时刻冷却油入口油温。
可选择的，进一步改进所述的油冷电机在线热管理方法，实施步骤S5.2时，按预设百分比逐次闭环动态调节电机输出功率P直至电机正常运行。
本发明提供一种用于执行上述任意一项所述油冷电机热管理方法，中步骤的计算机可读存储介质。
本发明提供一种用于执行上述任意一项所述油冷电机热管理方法，的电机控制器。
本发明提供一种油冷电机在线热管理系统，其特征在于，包括：
温度传感器，其用于采集当前采样时刻电机底部冷却油出口处油温Ti和冷却油入口处油温Tin；
电机控制器，其根据当前时刻的转速信号n、电机输出功率P、该转速下允许的最大冷却油进出口温差ΔT、能承载的最大损耗值ploss、冷却油流量s、冷却油出口处油温Ti、冷却油入口处油温Tin和冷却油带走的电机热量损耗Pi电机控制器基于，实时调整电机允许的最大输出功率，使电机处于热安全状态。
可选择的，进一步改进所述的油冷电机在线热管理系统，所述电机当前转速下电机冷却油允许的最大进出口温差ΔT和电机当前转速下能承载最大损耗值ploss能通过电机样机测试标定获取。
可选择的，进一步改进所述的油冷电机在线热管理系统，若(Ti-Tin)＜ΔT，则判断电机热状态安全，电机正常运行，不调整电机输出功率；否则实时计算冷却油带走的电机热量损耗Pi；
若Pi＜(ploss×fac)，则判断电机热状态安全，电机正常运行，不调整电机输出功率；否则闭环动态调节电机输出功率P，降低电机的最大输出功率，fac是指定修正系数。
可选择的，进一步改进所述的油冷电机在线热管理系统，所述冷却油带走的电机热量损耗Pi采用以下公式(1)计算获得；
Pi＝C*ρ*s*(Ti-Tin_i) 公式(1)；
C为油比热容，ρ为油的密度，s为当前冷却油流量，Tin_i是前一采样时刻冷却油入口油温。
可选择的，进一步改进所述的油冷电机在线热管理系统，按预设百分比逐次闭环动态调节电机输出功率P直至电机正常运行。
可选择的，进一步改进所述的油冷电机在线热管理系统，其能集成在车辆控制器。
进一步的，对本发明的原理和实现的技术效果说明如下：
本发明的主要设计思路是基于电机的实时转速获取电机当前转速下电机冷却油进出口温差ΔT和电机当前转速下能承载最大损耗值ploss。根据实时量测的电机底部储油槽内油温Ti和冷却油入口处油温Tin与标定电机冷却油进出口温差ΔT初步判断是否需要调整电机功率，若初步判断需要调整，再根据电机当前转速能承载最大损耗值ploss与冷却油携带的电机热量损耗Pi进一步判断是否需要调整电机功率，进而避免电机过温运行。
本发明的当前转速下电机冷却油进出口温差ΔT和电机当前转速下能承载最大损耗值ploss来源于电机样机标定，在硬件结构上只需在电机底部储油槽内增加一个温度传感器，采用极小的成本实现精准的油冷电机温度控制。
本发明提供的油冷电机在线热管理方法、存储介质、电机控制器和管理系统能应用于各种油冷降温的电机，包括但不限于新能源汽车使用的油冷电机。本发明能避免过温运行造成的电机损毁，能降低电机运行风险，提高使用电机使用寿命和安全性。
附图说明
本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有油冷电机温度管理系统结构示意图。
图2是本发明油冷电机在线热管理方法。
图3是本发明油冷电机管理系统结构示意图。
附图标记说明
1表示温度传感器
2表示电机定子铁心
3表示铜绕组
4表示转子总成
5表示套在定子铁心外部的冷却壳体
6表示冷却油。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。
第一实施例；
本发明提供一种油冷电机热管理方法，包括以下步骤：
S1，电机运行；
S2，获取实时转速n，并在线实时计算电机输出功率P；
S3，基于实时转速n，获得当前转速下允许的最大冷却油进出口温差ΔT和能承载的最大损耗值ploss；
电机当前转速下能承载最大损耗值ploss表示该转速下电机长时间(即设计寿命)运行且不发生过温时能够承载的最大损耗值；
S4，根据当前时刻冷却油流量s、冷却油入口和冷却油出口的油温Tin和Ti，实时计算冷却油带走的电机热量损耗pi；
S5，基于当前时刻冷却油入口和出口温度Tin和Ti、冷却油带走的电机热量损耗pi、当前允许的最大冷却油进出口温差ΔT和能承载的最大损耗值ploss，实时调整电机允许最大输出功率，使电机处于热安全状态。
第二实施例；
如图2所示，以本发明的技术方案应用于新能源汽车的车载油冷电机为例，本发明提供一种油冷电机热管理方法，包括以下步骤：
S1，车辆起动，电机运行；
S2，电机控制器接收电机位置传感器发出的实时转速n，并基于当前油门在线实时计算电机输出功率P；
S3，电机控制器基于实时转速n，获得当前转速下允许的最大冷却油进出口温差ΔT和能承载的最大损耗值ploss；
S4，电机控制器接收冷却油泵发出当前时刻冷却油流量s，以及冷却油入口和冷却油出口的处温度传感器发出的当前时刻油温Tin和Ti，实时计算冷却油带走的电机热量损耗pi；
S5，电机控制器基于当前时刻冷却油入口和出口温度Tin和Ti、冷却油带走的电机热量损耗pi、当前允许的最大冷却油进出口温差ΔT和能承载的最大损耗值ploss，实时管理电机的热负荷调整电机允许最大输出功率，包括：
S5.1，若(Ti-Tin)＜ΔT，则判断电机正常运行，不调整电机输出功率；否则实时计算冷却油携带的电机热量损耗Pi；所述冷却油携带的电机热量损耗Pi采用以下公式(1)计算获得；
Pi＝C×ρ×s×(Ti-Ti-1)公式(1)；
C为油比热容，ρ为油的密度，s为当前冷却油流量，Tin_i是前一采样时刻冷却油入口油温；
S5.2，若Pi＜(ploss×fac)，则判断电机正常运行，不调整电机输出功率；否则按预设百分比逐次闭环动态调节电机输出功率直至电机正常运行(不处于过温工况)。例如，每次降低0.1％-5％的电机输出功率，fac是指定修正系数；
其中，所述电机当前转速下电机冷却油进出口温差ΔT和电机当前转速下能承载最大损耗值ploss能通过电机样机标定获取。
第三实施例；
本发明提供一种用于第一或第二实施例任意一项所述油冷电机热管理方法中步骤的计算机可读存储介质。
第四实施例；
本发明提供一种用于第一或第二实施例任意一项所述油冷电机热管理方法的电机控制器。
第五实施例；
本发明一种油冷电机热管理系统，包括：
温度传感器，其用于采集当前采样时刻电机底部冷却油出口处油温Ti和冷却油入口处油温Tin；
电机控制器，其根据当前时刻的转速信号n、电机输出功率P、该转速下允许的最大冷却油进出口温差ΔT、能承载的最大损耗值ploss、冷却油流量s、冷却油出口处油温Ti、冷却油入口处油温Tin和冷却油带走的电机热量损耗Pi电机控制器基于，实时调整电机允许的最大输出功率，使电机处于热安全状态。
可选择的，进一步改进所述的油冷电机在线热管理系统，所述电机当前转速下电机冷却油允许的最大进出口温差ΔT和电机当前转速下能承载最大损耗值ploss能通过电机样机测试标定获取。
可选择的，进一步改进所述的油冷电机在线热管理系统，若(Ti-Tin)＜ΔT，则判断电机热状态安全，电机正常运行，不调整电机输出功率；否则实时计算冷却油带走的电机热量损耗Pi；
若Pi＜(ploss×fac)，则判断电机热状态安全，电机正常运行，不调整电机输出功率；否则闭环动态调节电机输出功率P，降低电机的最大输出功率，fac是指定修正系数。
参考图3所示，本实施例相对现有技术只需要在电机底部储油槽内出油口处增加一个温度传感器，量测电机底部储油槽内油温Ti，增加极少的成本即能实现精准的油冷电机温度控制，能避免过温运行造成的电机损毁，能降低电机运行风险，提高使用电机使用寿命和安全性。
第六实施例；
以本发明的技术方案应用于新能源汽车的车载油冷电机为例，本发明提供一种油冷电机热管理系统，包括：
温度传感器，其用于采集当前采样时刻电机底部冷却油出口处油温Ti和冷却油入口处油温Tin；
电机控制器，通过电机传感器采集当前采样时刻电机输出功率P和转速n，其根据电机当前时刻转速n，基于当前车辆油门在线实时计算电机输出功率P，计算电机当前转速下冷却油进出口温差ΔT，调取电机当前转速能承载最大损耗值ploss(例如通过在线查询表1)；
其根据当前时刻的转速信号n、电机输出功率P、该转速下允许的最大冷却油进出口温差ΔT、能承载的最大损耗值ploss、冷却油流量s、冷却油出口处油温Ti、冷却油入口处油温Tin和冷却油带走的电机热量损耗Pi，电机控制器实时调整电机允许的最大输出功率，包括：
若(Ti-Tin)＜ΔT，则判断电机热状态安全，电机正常运行，不调整电机输出功率；否则实时计算冷却油带走的电机热量损耗Pi；所述冷却油带走的电机热量损耗Pi采用以下公式(1)计算获得；
Pi＝C*ρ*s*(Ti-Tin_i) 公式(1)；
C为油比热容，ρ为油的密度，s为当前冷却油流量，Tin_i是前一采样时刻冷却油入口油温；
若Pi＜(ploss×fac)，则判断电机热状态安全，电机正常运行，不调整电机输出功率；按预设百分比逐次闭环动态调节电机输出功率P直至电机正常运行，fac是指定修正系数。
可选择的，第五或第六实施例任意一项所述的油冷电机在线热管理系统，其能集成在车辆控制器。
除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种油冷电机在线热管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，电机运行；
S2，获取实时转速，并在线实时计算电机输出功率；
S3，基于实时转速，获得当前转速下允许的最大冷却油进出口温差和能承载的最大损耗值；
S4，根据当前时刻冷却油流量、冷却油入口和冷却油出口的油温，实时计算冷却油带走的电机热量损耗；
S5，若，
Figure DEST_PATH_IMAGE001
则判断电机热状态安全，电机正常运行，不调整电机输出功率；否则实时计算冷却油带走的电机热量损耗；
若，
Figure 809536DEST_PATH_IMAGE002
则判断电机热状态安全，电机正常运行，不调整电机输出功率；否则闭环动态调节电机输出功率，降低电机的最大输出功率；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
公式（1）；
Figure 929939DEST_PATH_IMAGE004
为油比热容，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为油的密度，
Figure 303151DEST_PATH_IMAGE006
为当前冷却油流量，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
是前一采样时刻冷却油入口油温；
其中，
Figure 26257DEST_PATH_IMAGE008
是当前转速冷却油入口的油温，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
是当前转速冷却油出口的油温，
Figure 309471DEST_PATH_IMAGE010
是当 前转速下允许的最大冷却油进出口温差，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
是当前转速冷却油带走的电机热量损耗，
Figure 459829DEST_PATH_IMAGE012
是表示该转速下电机长时间即设计寿命运行且不发生过温时能够承载的最大损耗值，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
是指定修正系数。
2.如权利要求1所述的油冷电机在线热管理方法，其特征在于：所述电机当前转速下电机冷却油允许的最大进出口温差和电机当前转速下能承载最大损耗值能通过电机样机测试标定获取。
3.如权利要求1所述的油冷电机在线热管理方法，其特征在于：实施步骤S5时，按预设百分比逐次闭环动态调节电机输出功率直至电机正常运行。
4.一种用于存储权利要求1-3任意一项所述油冷电机在线热管理方法中步骤的计算机可读存储介质。
5.一种用于执行权利要求1-3任意一项所述油冷电机在线热管理方法的电机控制器。
6.一种油冷电机在线热管理系统，其特征在于，包括：
温度传感器，其用于采集当前时刻电机底部冷却油出口处油温和冷却油入口处油温；
电机控制器，其根据当前时刻的转速信号、电机输出功率、该转速下允许的最大冷却油进出口温差、能承载的最大损耗值、冷却油流量、冷却油出口处油温、冷却油入口处油温和冷却油带走的电机热量损耗，实时调整电机允许的最大输出功率，使电机处于热安全状态；
若，
Figure 195704DEST_PATH_IMAGE001
则判断电机热状态安全，电机正常运行，不调整电机输出功率；否则实时计算冷却油带走的电机热量损耗；
若，
Figure 988080DEST_PATH_IMAGE002
则判断电机热状态安全，电机正常运行，不调整电机输出功率；否则闭环动态调节电机输出功率，降低电机的最大输出功率；
Figure 391379DEST_PATH_IMAGE003
公式（1）；
Figure 119164DEST_PATH_IMAGE004
为油比热容，
Figure 732548DEST_PATH_IMAGE005
为油的密度，
Figure 203980DEST_PATH_IMAGE006
为当前冷却油流量，
Figure 461786DEST_PATH_IMAGE007
是前一采样时刻冷却油入口油温；
其中，
Figure 626051DEST_PATH_IMAGE008
是当前转速冷却油入口的油温，
Figure 481660DEST_PATH_IMAGE009
是当前转速冷却油出口的油温，
Figure 491204DEST_PATH_IMAGE010
是当 前转速下允许的最大冷却油进出口温差，
Figure 869096DEST_PATH_IMAGE011
是当前转速冷却油带走的电机热量损耗，
Figure 63317DEST_PATH_IMAGE012
是表示该转速下电机长时间即设计寿命运行且不发生过温时能够承载的最大损耗值，
Figure 261080DEST_PATH_IMAGE013
是指定修正系数。
7.如权利要求6所述的油冷电机在线热管理系统，其特征在于：所述电机当前转速下电机冷却油允许的最大进出口温差和电机当前转速下能承载最大损耗值能通过电机样机测试标定获取。
8.如权利要求6所述的油冷电机在线热管理系统，其特征在于：
按预设百分比逐次闭环动态调节电机输出功率直至电机正常运行。
9.如权利要求6-8任意一项所述的油冷电机在线热管理系统，其特征在于：其能集成在车辆控制器。
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