CN114514138A - 控制多相电动机的制动的方法 - Google Patents

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Abstract

一种电动车辆中的制动方法，所述电动车辆包括驱动系统，所述驱动系统包括多相电动机，所述电动机包括至少一个定子组；所述定子组包括第一定子装置和与所述第一线圈装置成角度地偏移的第二定子装置，所述第一定子装置包括三个线圈(e2，e4，e6)，所述第二定子装置包括三个线圈(e2*，e4*，e6*)，并且其中，所述第一定子装置连接到相应的低压侧和/或高压侧电路，所述低压侧电路和/或所述高压侧电路分别包括用于所述线圈中的每个线圈的低压侧开关(32，34，36)和/或高压侧开关(31，33，35)，所述低压侧开关和/或所述高压侧开关适于选择性地允许电流从电源流过所述第一定子装置的相应的所述线圈，并且其中，所述第二定子装置连接到相应的低压侧电路和/或高压侧电路，所述低压侧电路和/或所述高压侧电路分别包括用于所述线圈中的每个线圈的低压侧开关(32*，34*，36*)和/或高压侧开关(31，33，35)，所述低压侧开关和/或所述高压侧开关适于选择性地允许电流从电源流过所述第二定子装置的相应的所述线圈，所述方法包括：对于每个定子组中的一个或多个：对于所述第二定子装置或所述第一定子装置中的任一者或两者，i)将所述低压侧电路中的所述开关中的任何两个设定为闭合状态且将另一开关设定为打开状态，并且将所述高压侧中的所有开关设定为打开状态；和/或ii)将所述高压侧电路中的所述开关中的任何两个设定为闭合状态且将另一开关设定为打开状态，并且将所述低压侧的所有开关设定为打开状态。

Description

控制多相电动机的制动的方法
技术领域
本发明涉及包括电驱动系统的车辆，该电驱动系统包括电动机。本发明涉及一种控制这种电动机的制动的方法，并且特别适用于六相电动机。
背景技术
在电动车辆或混合动力车辆的违约模式(故障安全)模式中，电动机系统的逆变器被控制以提供有源短路(ASC)。目的是保护逆变器电路的栅极的续流二极管免受过电流的影响。然而，这种ASC模式由于感应电流而在电机(电动机)上产生制动转矩。这种不希望的制动转矩可能非常高，并且可能违反关于车辆的非预期减速的ISO262262标准。本发明的目的是减少和消除这种可能性。
在用于电动车辆(EV)或混合动力车辆(HEV)的违约模式(故障安全)中，配备有例如六相电动机(电机)逆变器的车辆被命令进入有源短路。问题是PM电机呈现反电动势(即使当未被命令时)。在高速时，超过DC总线电压的反电动势将产生流过电路的二极管的电流并对电池充电(即使在没有命令适当的开关的情况下)。
对此的解决方案是提供有源短路。
发明内容
在一个方面，提供了一种电动车辆中的制动方法，所述电动车辆包括驱动系统，所述驱动系统包括多相电动机，所述电动机包括至少一个定子组；所述定子组包括第一定子装置和与所述第一线圈装置成角度地偏移的第二定子装置，所述第一定子装置包括三个线圈(e2，e4，e6)，所述第二定子装置包括三个线圈(e2*e4*e6*)，并且
其中，所述第一定子装置连接到相应的低压侧电路和/或高压侧电路，所述低压侧电路和/或所述高压侧电路分别包括用于所述线圈中的每个线圈的低压侧开关(32，34，36)和/或高压侧开关(31，33，35)，所述低压侧开关和/或所述高压侧开关适于选择性地允许电流从电源流过所述第一定子装置的相应的所述线圈，并且
其中，所述第二定子装置连接到相应的低压侧电路和/或高压侧电路，所述低压侧电路和/或所述高压侧电路分别包括用于所述线圈中的每个线圈的低压侧开关(32*，34*，36*)和/或高压侧开关(31*，33*，35*)，所述低压侧开关和/或所述高压侧开关适于选择性地允许电流从电源流过所述第二定子装置的对应的所述线圈，所述方法包括：对于每个定子组中的一个或多个：
对于所述第二定子装置或所述第一定子装置中的任一者或两者，i)将所述低压侧电路中的所述开关中的任何两个设定为闭合状态且将另一开关设定为打开状态，并且将所述高压侧中的所有开关设定为打开状态；和/或ii)将所述高压侧电路中的所述开关中的任何两个设定为闭合状态且将另一开关设定为打开状态，并且将所述低压侧的所有开关设定为打开状态。
所述电动机可以是星形连接的电机，对于每个定子组，所述星形连接的电机包括第一节点N和第二节点N*并且包括所述节点之间的节点开关，所述第一节点提供所述第一定子装置的所述线圈e2，e4和e6的相应端子的公共连接点，所述第二节点提供所述第二定子装置的线圈e2*，e4*和e6*的相应端子的公共连接点，其中，在制动期间，所述节点开关闭合。
所述电动机可以是具有一个定子组的六相电动机，所述定子组包括两个线圈装置，每个线圈装置包括三个线圈，所述线圈装置彼此偏移。
所述电动机可以是具有两个定子组的十二相电动机，并且每个定子组包括两个线圈装置，每个线圈装置包括三个线圈，所述线圈装置彼此偏移。
附图说明
现在将参照附图通过示例描述本发明，其中：
图1示出了已知的三相电动机系统的示意图；
图2示出了针对现有技术系统和根据本发明的示例的系统的所产生的转矩相对于发动机速度的曲线；
图3示出了具有相关控制电路的六相电动机；
图4a示出了根据另一实施例的六相电机中的定子线圈的电路布置；
图4b示出了通过闭合所示出的开关组合所提供的制动的示例性表格；
图5示出了具有相关控制电路的十二相电机的示意图；
图6示出了示出用于十二相电机的开关逻辑的两个表格。
具体实施方式
使用例如三相电动机的电动车辆是已知的。图1示出了在车辆应用中使用的已知三相电动机系统连同用于控制电动机的相关联电路的示意图。由包括三个线圈e2，e4和e6的定子线圈装置示出的三相电动机由所示装置中的六个开关的适当切换来控制。开关是S1，S2，S3，S4，S5和S6。开关S1，S3和S5是高压侧开关，所述高压侧开关可供选择来分别控制从电源通过定子线圈e2，e4，e6的电流。相应的低压侧开关为S2，S4和S6。
在具有制动转矩的三相电机控制中，通过将开关S2，S4，S6(低压侧)一起闭合同时保持其他开关打开来提供有源短路模式。或者，开关S1，S3和S5闭合，而其他开关保持打开。这使得电机(这里是三相电动机)的三相短路。结果，电流将被感应到产生不希望的制动转矩的相位中，从而导致违反ISO262262中设定的条件。
图2示出了在这种情况下所产生的转矩相对于发动机速度的曲线A。
发明
如上所述，现有技术是使用常规的三相控制器，要么使3个高压侧栅极短路要么使3个低压侧栅极短路(相当于六相6ASC)。
在本发明的方面中，六相或十二相电机用作车辆的系统中的电动机，所述电动机适于提供减小的制动转矩。因此，示例提供了减小ASC模式中的制动转矩的方法和硬件。
根据一个方面，在车辆中使用六相电机(电动机)和控制器装置(包括两个三相控制器)，并且在制动模式/ASC模式中，每个控制器的两相被短路。
在六相电机中，有两个定子装置，每个定子装置包括三个线圈。每个装置的一个线圈相对于另一个装置上的相应线圈偏移一设定(偏移)角。在这种角度偏移的布置中，相应的线圈(相)优选地被选择为在两个控制器之间偏移90电角度(以减小转矩脉动)。这种电动机可以具有星形连接或三角形连接的布置，并且本发明的各方面适用于二者。
图3示出了具有相关控制电路的六相电动机。六相电动机包括两个定子装置37和38，每个定子装置包括三个线圈。第一定子装置包括线圈e2，e4和e6，并且第二定子装置对应于相应的线圈e2*，e4*和e6*，线圈e2*，e4*和e6*分别与线圈e2，e4和e6偏移角度α(例如90°)。到相应的线圈e2，e4，e6的电流分别由高压侧的开关31，33和35控制和/或分别由低压侧的开关32，34和36控制。
因此，对六相电动机的控制是经由用于线圈装置37的第一低压侧半桥(开关)和/或第二低压侧半桥(开关)以及用于线圈装置38的另一第一高压侧半桥和/或第二高压侧半桥。
如根据本发明的方法所提及的，每个控制器或每个线圈的两相被短路。因此，在多方面中，通过闭合以下开关组合来提供制动：
a)i)开关31，33，35中的任何两个闭合；其他开关32，34，36打开。这些组合在图4a的表中在粗线上方的列#1至#3中示出。
ii)优选地，在这种情况下，开关31*33*35*分别处于与相应的开关31，33和35相同的状态，并且开关32，34，36全部打开。这些组合在图4b的表中在粗线的上方和下方的列#1到#3中示出。
b)i)开关31*，33*，35*中的任何两个闭合；其他开关32*，34*，36*打开。这些组合在表中在粗线下方示出。
ii)优选地，在这种情况下，开关31，33，35分别处于与相应的开关31*，33*和35*相同的状态，并且开关32，34，36全部打开。这些组合在列#1至#3中示出；因此与上述a)ii)的组合相同。
c)i)开关32，34，36中的任何两个闭合；其他开关31，33，35打开。这些组合在表中在粗线上方的列#4，#5，#6中示出。
ii)优选地，在这种情况下，开关32*34*36*分别处于与相应的开关32，34和36相同的状态，并且开关31，33，35全部闭合。这些组合在粗线上方和下方的列#4至#6示出。
d)i)开关32*，34*，36*中的任何两个闭合；其他开关31*，33*，35*打开。这些组合在表中在粗线下方的列#4至#6中示出。
ii)优选地，在这种情况下，开关32，34，36分别处于与相应的开关32*，34*和36*相同的状态，并且开关31，33，35全部闭合。这些组合在列#4至#6中示出；因此与以上c)ii)的组合相同。
因此，总之，在示例中，开关32，34，36中的任何两个闭合，并且相应的开关32*，34*，36*中的任何两个闭合(关于90°移位条件)，其他开关打开。也就是说，对于高压侧驱动器ASC，在图4b的表中，允许的组合是从#1到#3，并且低压侧驱动器ASC是从#4到#6。
为此提供了一种电动车辆中的制动方法，所述电动车辆包括驱动系统，所述驱动系统包括六相电动机，所述电动机包括至少一个定子组；所述定子组包括第一定子装置和与所述第一线圈装置成角度地偏移的第二定子装置，所述第一定子装置包括三个线圈(e2，e4，e6)，所述第二定子装置包括三个线圈(e2*，e4*，e6*)，并且其中，所述第一定子装置连接到相应的低压侧电路和/或高压侧电路，所述低压侧电路和/或所述高压侧电路分别包括用于所述线圈中每个线圈的低压侧开关(32，34，36)和/或高压侧开关(31，33，35)，所述低压侧开关和/或所述高压侧开关适于选择性地允许电流从电源流过所述第一定子装置的相应的所述线圈，并且其中，所述第二定子装置连接到相应的低压侧电路和/或高压侧电路，所述低压侧电路和/或所述高压侧电路分别包括用于所述线圈中的每个线圈的低压侧开关(32*，34*，36*)和/或高压侧开关(31*，33*，35*)，所述低压侧开关和/或所述高压侧开关适于选择性地允许电流从电源流过所述第二定子装置的相应的所述线圈，所述方法包括：对于每个定子组中的一个或多个：对于所述第二定子装置或所述第一定子装置中的任一者或两者，将所述低压侧电路中的所述开关中的任何两个设定为闭合状态且将另一开关设定为打开状态，并且将所述高压侧中的所有开关设定为打开状态；和/或将所述高压侧电路中的所述开关中的任何两个设定为闭合状态且将另一开关设定为打开状态，并且将所述低压侧的所有开关设定为打开状态。
回到图2，曲线B示出了通过使用上述六相电机和上述制动技术获得的高达33％的制动转矩的减小。
图4a示出了根据另一实施例的六相电机中的定子线圈的电路布置。该布置与布置30相同，其中相同的附图标记表示相同的部件。该电机具有如图所示的星形布置，该布置包括第一节点N和第二节点N*，第一节点N提供线圈e2，e4和e6的相应端子的公共连接点，第二节点N*提供线圈e2，e4，e6的相应端子的公共连接点。然而，提供了经由节点连接在第一定子(线圈装置)和第二定子(线圈装置)之间的附加开关40，即在节点N和N*之间存在附加开关。这里，开关连接在线圈e2，e4和e6的公共连接点与线圈e2*，e4*和e6*的公共连接点之间。
在方法中，当制动时，开关40闭合。此外，或可选地，开关31至36和31*至36*被设置为在上述情况a)，b)，c)或d)中的状态。通过增加附加开关(连接空挡)，与曲线A相比，制动转矩甚至可以进一步减小达66％(六相2ASC)。这种六相结构尤其适用于已经并联使用多个栅极的高电流应用。
回到图2，曲线C示出了当增加空挡之间的附加开关时制动转矩的进一步减小。如图所示，可以进一步显著地减小制动转矩。
因此，所述六相电机可以是星形连接的电机，所述星形连接的电机包括第一节点N和第二节点N*并且包括所述节点之间的节点开关，所述第一节点N提供第一定子装置的线圈e2，e4和e6的相应端子的公共连接点，所述第二节点N*提供所述第二定子装置的线圈e2*，e4*和e6*的相应端子的公共连接点，其中，在制动期间，所述节点开关闭合。
十二相
这些方面也适用于十二相电机。图5示出了具有相关控制电路的十二相电机100的图示。十二相电机本质上是六相电机的加倍版本，并且具有十二相电机100可以被认为包括两个定子(装置)组，即定子#1和定子#2；在第一组中，相对于定子#1，存在两个定子线圈装置(Sal和Sal*)，每个定子线圈装置包括彼此偏移例如90度的三个线圈/绕组(例如以三角形/星形布置)；在第二组定子#2中，也存在两个定子线圈装置(Sa2和Sa2*)，每个定子线圈装置包括彼此偏移例如90度的三个线圈/绕组(例如，以三角形/星形布置)。第一组和第二组可以以如上所述的对称方式彼此偏移。因此十二相系统可以由十二相电机组成，所有相组之间具有90°电角度：定子装置/子组1和1*的相之间的90°电角度；定子装置/子组1*和2的相之间的90°电角度；定子装置/子组2和2*的相之间的90°电角度；定子装置/子组2*和1的相之间的90°电角度。
在图中，每个组具有用于每个子组定子装置的两个桥。因此，附图标记101，102，103和104分别表示用于与定子装置Sa1，Sa1*，Sa2，Sa2*相关的桥的桥。每个桥在高压侧和低压侧都具有3个开关；对应地用于绕组/定子装置中的三个线圈中的每一个。
因此，图5可以认为包括图3所示的两批相同的电路，每个定子组一个。
根据示例，ASC/制动原理与申请人应用2次的六相(子组1和1*和/或子组2和2*)相同。这提供了与六相相同的制动转矩改进。
换句话说，上述关于六相电机的状态应用于十二相电机的定子组中的一个或两个。图6示出了两个表，其示出了十二相电机的开关逻辑，并且分别示出了针对每个定子组#1和#2的两个X1和X2。
对于第一定子组#1，该表显示了针对第一定子子组的标为“高压侧定子1”和“低压侧定子1”的高压侧和低压侧定子子组；以及针对第二子组的“高压侧定子1*”和“低压侧定子1*”。
对于第二定子组#1，该表显示了针对第一定子子组的标为“高压侧定子2”和“低压侧定子2”的高压侧和低压侧定子子组；以及针对第二子组的“高压侧定子2*”和“低压侧定子2*”。
同样，每个定子组将具有用于第一子组的低压侧开关31，33，35，用于第一子组的高压侧开关32，34，36以及用于第二子组的低压侧开关31*，33*，35*以及用于第二子组的高压侧开关32*，34*和36*，(每个主组的)这些子组彼此偏移。
该表显示了制动时开关的状态。
对于十二相，关于在车辆中使用这些电机用于制动，开关设置的有效组合可以是相对于第一定子组在表X1中示出的列#1至#6中所示的任何组合和/或相对于第二定子组在表X2的列#7至#12中所示的任何组合。
基本上可以类似于六相电机中的单个组来控制定子组中的任一个或两个；也就是说，对于该组的一个或两个线圈装置，在低压侧或高压侧，两个开关闭合，另一个打开；在适当的其他低/高压侧，相应的开关打开。
本发明的各方面特别适用于商用车辆电动化应用，尤其与高功率应用相关(即，Pmax/Vdc超过～250kW/320V)。

Claims (4)

1.一种电动车辆中的制动方法，所述电动车辆包括驱动系统，所述驱动系统包括多相电动机，所述电动机包括至少一个定子组；所述定子组包括第一定子装置和与所述第一线圈装置成角度地偏移的第二定子装置，所述第一定子装置包括三个线圈(e2，e4，e6)，所述第二定子装置包括三个线圈(e2*e4*e6*)，并且
其中，所述第一定子装置连接到相应的低压侧电路和/或高压侧电路，所述低压侧电路和/或所述高压侧电路分别包括用于所述线圈中的每个线圈的低压侧开关(32，34，36)和/或高压侧开关(31，33，35)，所述低压侧开关和/或所述高压侧开关适于选择性地允许电流从电源流过所述第一定子装置的相应的所述线圈，并且
其中，所述第二定子装置连接到相应的低压侧电路和/或高压侧电路，所述低压侧电路和/或所述高压侧电路分别包括用于所述线圈中的每个线圈的低压侧开关(32*，34*，36*)和/或高压侧开关(31*，33*，35*)，所述低压侧开关和/或所述高压侧开关适于选择性地允许电流从电源流过所述第二定子装置的相应的所述线圈，所述方法包括：对于每个定子组中的一个或多个：
对于所述第二定子装置或所述第一定子装置中的任一者或两者，i)将所述低压侧电路中的所述开关中的任何两个设定为闭合状态且将另一开关设定为打开状态，并且将所述高压侧中的所有开关设定为打开状态；和/或ii)将所述高压侧电路中的所述开关中的任何两个设定为闭合状态且将另一开关设定为打开状态，并且将所述低压侧的所有开关设定为打开状态。
2.根据权利要求2所述的方法，其中，所述电动机是星形连接的电机，对于每个定子组，所述星形连接的电机包括第一节点N和第二节点N*并且包括所述节点之间的节点开关，所述第一节点提供所述第一定子装置的所述线圈e2，e4和e6的相应端子的公共连接点，所述第二节点提供所述第二定子装置的线圈e2*，e4*和e6*的相应端子的公共连接点，其中，在制动期间，所述节点开关闭合。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述电动机是具有一个定子组的六相电动机，所述定子组包括两个线圈装置，每个线圈装置包括三个线圈，所述线圈装置彼此偏移。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述电动机是具有两个定子组的十二相电动机，并且每个定子组包括两个线圈装置，每个线圈装置包括三个线圈，所述线圈装置彼此偏移。
CN202080055028.9A 2019-07-31 2020-07-03 控制多相电动机的制动的方法 Active CN114514138B (zh)

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