CN114524048A - 一种预防电动自行车自燃的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种预防电动自行车自燃的控制方法，涉及电动自行车领域，该方法当根据电机控制器的正电源连接端子的电压以及逻辑电路电源端子的电压检测到正电源连接端子与动力电池断开时，和/或，当检测到满足预定电流波形条件的d轴电流和q轴电流而确定相线连接端子与电机的相线断开时，电机控制器关闭输出以切断动力。该方法通过控制算法可以有效地检测电机控制器中存在大电流的连接端子的松动现象，并在检测到出现松动现象时快速输出以切断动力，从而有效防止因为接触电阻上升产生局部过热而导致绝缘失败所引起的，从而有效预防电动自行车自燃，提高了安全性。

Description

一种预防电动自行车自燃的控制方法
技术领域
本发明涉及电动自行车领域，尤其是一种预防电动自行车自燃的控制方法。
背景技术
电动自行车自燃事件呈逐年上升趋势，已经对社会和行业构成一定危害，严重的还会造成重大财产损失和人身伤亡。
为解决这一重大质量问题，部分生产企业成立了专题小组，对自燃的电动自行车的社会调查统计、分析和研究，从实物现场调查、理论分析、模拟试验、企业产品设计、生产现场和售后维修等环节着手，现已基本查明了电动自行车发生自燃的各类原因，并提出了为防止自燃，电动自行车整车线路及电器应具备的电器安全及可靠性技术要求。电动自行车发生自燃的一个很大的原因是由于大电流接触连接件存在松动，导致接触电阻上升，产生局部过热，绝缘失败，引起短路而产生燃烧，尤其在中、大功率的高端车型上电流更大。因此如何从这一原因出发预防电动自行车发生自燃，成为了提高电动自行车使用安全性的重要环节。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种预防电动自行车自燃的控制方法，本发明的技术方案如下：
一种预防电动自行车自燃的控制方法，该电动自行车中的电机控制器执行的方法包括：
采集电机控制器的正电源连接端子的电压以及逻辑电路电源端子的电压，电机控制器的正电源连接端子连接电动自行车中的动力电池的电池正极、负电源连接端子连接动力电池的电池负极，电机控制器的逻辑电路电源端子通过电门锁连接动力电池的电池正极，逻辑电路电源端子是电机控制器内的逻辑电路的电源输入端；
采集电机控制器的相线连接端子处的电机相电流，并将电机相电流转换得到dq坐标系下的d轴电流和q轴电流，电机控制器的相线连接端子用于连接电动自行车中的电机的相线；
当根据正电源连接端子的电压以及逻辑电路电源端子的电压检测到正电源连接端子与动力电池断开时，和/或，当检测到满足预定电流波形条件的d轴电流和q轴电流而确定相线连接端子与电机的相线断开时，电机控制器关闭输出以切断动力。
其进一步的技术方案为，当检测到d轴电流和q轴电流是电流幅值均高于预设幅值、且频率为预定频率的交流值时，确定d轴电流和q轴电流满足预定电流波形条件。
其进一步的技术方案为，预定频率为电机相电流的基波的两倍。
其进一步的技术方案为，该方法还包括：
在采集到相线连接端子处的电机相电流后，依次经过Clarke和Park变换得到d轴电流和q轴电流，并分别利用高通滤波器对d轴电流和q轴电流进行高通滤波。
其进一步的技术方案为，当检测到逻辑电路电源端子的电压与正电源连接端子的电压之间的电压差大于预定阈值时，确定正电源连接端子与动力电池断开。
其进一步的技术方案为，采集电机控制器的正电源连接端子的电压以及逻辑电路电源端子的电压，包括：
通过两个模数转换通道同步采集电机控制器的正电源连接端子的电压以及逻辑电路电源端子的电压。
其进一步的技术方案为，电机控制器连续检测到正电源连接端子与动力电池断开和/或相线连接端子与电机的相线断开的次数达到次数阈值时，关闭输出以切断动力。
本发明的有益技术效果是：
本申请公开了一种预防电动自行车自燃的控制方法，该方法通过控制算法可以有效地检测电机控制器中存在大电流的连接端子的松动现象，并在检测到出现松动现象时快速输出以切断动力，从而有效防止因为接触电阻上升产生局部过热而导致绝缘失败所引起的，从而有效预防电动自行车自燃，提高了安全性。
附图说明
图1是一个实施例中的预防电动自行车自燃的控制方法的流程示意图。
图2是电机控制器的各个连接端子与其他器件之间的连接关系。
图3是对未缺相和缺相的两个电机模型的建模示意图。
图4是对图3中未缺相的电机模型1进行仿真是采样到的d轴电流和q轴电流。
图5是对图3中缺相的电机模型2进行仿真是采样到的d轴电流和q轴电流。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本申请公开了一种预防电动自行车自燃的控制方法，请参考图1所示的流程图，电动自行车中的电机控制器执行的方法包括如下步骤：
步骤1，采集电机控制器的正电源连接端子B+的电压V_B+以及逻辑电路电源端子ACC的电压V_ACC。
如图2所示，电机控制器的正电源连接端子B+连接电动自行车中的动力电池Batt的电池正极、负电源连接端子B-连接动力电池Batt的电池负极。电机控制器的逻辑电路电源端子ACC通过电门锁K连接动力电池Batt的电池正极，逻辑电路电源端子是电机控制器内的逻辑电路的电源输入端。
实际应用时，通过两个模数转换通道ADC同步采集电机控制器的正电源连接端子的电压V_B+以及逻辑电路电源端子的电压V_ACC，另外还需要进行分压和滤波等常规操作。
电机控制器的正电源连接端子B+和负电源连接端子B-均有大电流通过，若这些连接端子出现松动现象，则必然有自燃的风险。当电门锁K闭合时，电机控制器内部的逻辑电路上电开始工作，若正电源连接端子B+出现松动现象，则通过比较正电源连接端子B+与逻辑电路电源端子ACC的电压差，就可以立刻判断正电源连接端子B+已断开，因此本申请采集V_B+以及V_ACC来判断B+是否断开从而判断是否会因此有自燃的风险。
步骤2，采集电机控制器的相线连接端子处的电机相电流。
如图2所示，电机控制器的相线连接端子用于连接电动自行车中的电机M的相线，以电动自行车常用的永磁同步电机为例，电机控制器的相线连接端子包括A相连接端子、B相连接端子和C相连接端子且分别用于连接永磁同步电机的A、B、C三个相线。同样的，电机控制器的相线连接端子也有大电流通过，当出现松动现象时也会导致自燃风险。
电动自行车的电机控制器常用的控制策略是FOC算法，当A、B、C相连接端子的某一个松动而导致接触电阻增大，此时若电机的相电流较大，则会产生局部过热，绝缘失败，引起短路而产生燃烧。而当多于一个相线连接端子松开时，电机中没有电流，发生燃烧的机率较小。因此本申请主要通过检测是否存在电机一相断开的情况来判断是否有自燃的风险。
当电机控制器有一个相线连接端子断开时，电机处于缺相运行状态，因此为了检测是否存在电机一相断开的情况，必须要实现电机缺相的检测，也就必须分析电机在缺相状态下运行时的相电流的谐波，分析如下：
定义A、B、C相的电机相电流IA、IB、IC经过Clarke变换后在αβ坐标系(静止坐标系)中α轴上的分量为Iα、在β轴上的分量为Iβ，再经过Park变换后在dq坐标系(同步旋转坐标系)中d轴上的分量为Id、在q轴上的分量为Iq，变换公式为：
Figure BDA0003535996570000041
Figure BDA0003535996570000042
Iq＝-Iα*sinθ+Iβ*cosθ；
Id＝Iα*cosθ+Iβ*sinθ；
通过simulink搭建电机三相电流坐标变换仿真模型，如图3所示，电机模型1不存在缺相情况，电机模型2的C相缺相，马达电频率为50HZ。对图3的仿真模型进行仿真分别采集电机模型1的电机相电流IA_1、IB_1、IC_1，并经过Clarke变换得到对应的Iα_1、Iβ_1，再经过Park变换得到Id_1、Iq_1，Id_1、Iq_1的电流波形如图4所示。同样的，采集电机模型2的电机相电流IA_2、IB_2、IC_2，并经过Clarke变换得到对应的Iα_2、Iβ_2，再经过Park变换得到Id_2、Iq_2，Id_2、Iq_2的电流波形如图5所示。
对比图4和5的仿真波形可以看出，在电机未缺相时，在dq坐标系下的d轴电流和q轴电流均为直流量。而当电机缺相时，在dq坐标系下的d轴电流和q轴电流均为交流量，且频率是基波的两倍。
基于此，本申请在采集得到电机相电流后，将其转换得到dq坐标系下的d轴电流Id和q轴电流Iq，实际应用时，如图1所示，在采集到相线连接端子处的电机相电流IA、IB、IC后，依次经过Clarke和Park变换得到d轴电流Id和q轴电流Iq，并分别利用高通滤波器对d轴电流和q轴电流进行高通滤波。然后根据Id和Iq的电流波形来检测是否存在电机缺相的现象，继而检测相线连接端子是否松动，从而判断是否有自燃风险。
需要说明的是，上述步骤1和2的采集动作没有特定的先后顺序，一般可以是同时进行的。
步骤3，当根据正电源连接端子的电压V_B以及逻辑电路电源端子的电压V_ACC检测到正电源连接端子与动力电池断开时，和/或，当检测到满足预定电流波形条件的d轴电流和q轴电流而确定相线连接端子与电机的相线断开时，电机控制器关闭输出以切断动力。
如上述步骤1部分介绍的，若正电源连接端子B+出现松动现象，则通过比较正电源连接端子B+与逻辑电路电源端子ACC的电压差，就可以立刻判断正电源连接端子B+已断开。具体的，当检测到逻辑电路电源端子的电压V_B与正电源连接端子的电压V_ACC之间的电压差V_ACC-V_B大于预定阈值△V时，确定正电源连接端子B+与动力电池Batt断开。预定阈值△V为自定义值，比如可以设置为10V。
如上述步骤2部分介绍的，若相线连接端子与电机的相线断开导致电机缺相，则会使得Id和Iq的电流波形发生变化，因此当检测到d轴电流Id和q轴电流Iq是电流幅值|Id|、|Iq|均高于预设幅值I0、且频率
Figure BDA0003535996570000051
为预定频率的交流值时，确定d轴电流Id和q轴电流Iq满足预定电流波形条件，从而确定相线连接端子与电机的相线断开。具体的，这里的预定频率为电机相电流的基波f0的两倍。也即当检测到|Id|>I0且|Iq|>I0且
Figure BDA0003535996570000052
时，确定相线连接端子与电机的相线断开。
由于电机控制器的B+、B-、A、B、C这五个连接端子有大电流通过，若这些连接端子出现松动现象，则存在较大的自燃风险。因此当出现上述两种情况中的至少一种情况时，表示有较大自燃风险，因此电机控制器关闭输出以切断动力，从而预防电动自行车发生自燃。
若未检测到上述两种风险，则电机控制器继续正常工作，按照上述逻辑进行电压电流信号的采集和判断。另外为了减少偶尔检测误差导致的误判，电机控制器在检测到出现上述两种情况中的至少一种情况时，并不直接关闭输出，而是继续采样监测，当电机控制器连续检测到正电源连接端子与动力电池断开和/或相线连接端子与电机的相线断开的次数达到次数阈值时，才关闭输出以切断动力。另外除了关闭输出以切断动力之外，电机控制器还可以及时发出报警提醒维修。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种预防电动自行车自燃的控制方法，其特征在于，电动自行车中的电机控制器执行的所述方法包括：
采集所述电机控制器的正电源连接端子的电压以及逻辑电路电源端子的电压，所述电机控制器的正电源连接端子连接所述电动自行车中的动力电池的电池正极、负电源连接端子连接所述动力电池的电池负极，所述电机控制器的逻辑电路电源端子通过电门锁连接所述动力电池的电池正极，所述逻辑电路电源端子是所述电机控制器内的逻辑电路的电源输入端；
采集所述电机控制器的相线连接端子处的电机相电流，并将电机相电流转换得到dq坐标系下的d轴电流和q轴电流，所述电机控制器的相线连接端子用于连接所述电动自行车中的电机的相线；
当根据所述正电源连接端子的电压以及逻辑电路电源端子的电压检测到正电源连接端子与所述动力电池断开时，和/或，当检测到满足预定电流波形条件的d轴电流和q轴电流而确定相线连接端子与所述电机的相线断开时，所述电机控制器关闭输出以切断动力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当检测到d轴电流和q轴电流是电流幅值均高于预设幅值、且频率为预定频率的交流值时，确定d轴电流和q轴电流满足所述预定电流波形条件。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预定频率为电机相电流的基波的两倍。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在采集到相线连接端子处的电机相电流后，依次经过Clarke和Park变换得到d轴电流和q轴电流，并分别利用高通滤波器对d轴电流和q轴电流进行高通滤波。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
当检测到所述逻辑电路电源端子的电压与所述正电源连接端子的电压之间的电压差大于预定阈值时，确定正电源连接端子与所述动力电池断开。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集所述电机控制器的正电源连接端子的电压以及逻辑电路电源端子的电压，包括：
通过两个模数转换通道同步采集所述电机控制器的正电源连接端子的电压以及逻辑电路电源端子的电压。
7.根据权利要求1-6任一所述的方法，其特征在于，
所述电机控制器连续检测到正电源连接端子与所述动力电池断开和/或相线连接端子与所述电机的相线断开的次数达到次数阈值时，关闭输出以切断动力。
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