CN114655019A - 电机功率器件的故障检测方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电机功率器件的故障检测方法、装置、用电设备及存储介质，该方法包括：确定电机控制器的功率器件发生故障，控制动力电池停止为功率器件供电；控制低压电源向与功率器件并联的母线电容充电；根据母线电容两端的电压，确定功率器件的故障类型。本申请基于用电设备原有的高压拓扑结构，无需增加新部件，在电机控制器出现故障时，只需利用低压电源，通过电压转换器将低压电转换为高压电，为母线电容充电，并依据是否充电成功来自动诊断电机控制器的故障类型，节省拆机时间和维修成本，降低用电设备的维护成本。

Description

电机功率器件的故障检测方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本申请属于电机控制技术领域，具体涉及一种电机功率器件的故障检测方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

目前，电动汽车、电动飞机等电动设备中通常具有动力电池和电机，动力电池为电机供电，电机将电能转换为机械能，从而驱动电动设备运行。

在电动设备运行过程中，若电机对应的电机控制器中的功率器件发生故障，会影响电动设备的正常运行，甚至引发安全事故。因此在功率器件发生故障时，需要及时检测故障类型，并针对故障类型进行相应地维修。

而相关技术中，在功率器件发生故障时无法自动检测故障类型，只能拆开电机控制器来检查故障类型，需要较长时间才能确定故障类型，维护成本较高。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提出一种电机功率器件的故障检测方法、装置、设备及存储介质。

第一方面，本申请提供了一种电机功率器件的故障检测方法，包括：

确定电机控制器的功率器件发生故障，控制动力电池停止为所述功率器件供电；

控制低压电源向与所述功率器件并联的母线电容充电；

根据所述母线电容两端的电压，确定所述功率器件的故障类型。

在第一方面的实施例中，确定电机控制器的功率器件发生故障后，停止动力电池为功率器件供电，一方面能够避免功率器件在故障状态下继续通电造成的进一步损坏。另一方面确定电机控制器的功率器件发生故障之后，再进行后续检测故障类型的流程，避免在功率器件正常的情况下执行故障类型检测的过程。检测故障类型的技术手段为通过后续步骤利用低压电源为母线电容充电，进而依据充电是否成功来诊断功率器件的故障类型。动力电池停止供电能够避免动力电池对故障类型诊断的影响。

通过低压电源向与功率器件并联的母线电容充电。由于母线电容与功率器件并联，因此可以依据能否成功为母线电容充电，来反映功率器件的故障类型是否为短路故障。实现了在用电设备原有的电路结构的基础，通过简单的控制方式实现自动诊断功率器件的故障类型，节省故障后的拆机时间和维修成本，降低用电设备的维护成本。

由于若功率器件短路，形成桥臂直通，则从电压转换器流出的充电电流会从短路处流走，从而导致母线电容充电失败。而若功率器件断路等非短路故障，则从电压转换器流出的充电电流能够流向母线电容，成功对母线电容充电。而母线电容充电成功与否可以通过母线电容两端的电压来衡量。进而基于母线电容两端的电压来确定功率器件的故障类型，实现在不拆机的情况下自动诊断功率器件的故障类型，且诊断速度快，准确性高。

在一些实施例中，所述控制低压电源向与所述功率器件并联的母线电容充电，包括：

通过电压转换器将低压电源输出的低压电能转换为高压电能，利用所述高压电能向与所述功率器件并联的母线电容充电。

在该实施例中，通过用电装置原有的电压转换器和低压电源，将低压电源输出的低压电转化为高压电为母线电容充电，没有增加用电设备的硬件成本，仅通过简单地控制过程即可实现，控制方式简单，能实现自动诊断功率器件的故障类型。

在该实施例中，所述通过电压转换器将低压电源输出的低压电能转换为高压电能，利用所述高压电能向与所述功率器件并联的母线电容充电，包括：

发送控制指令给所述电压转换器，所述控制指令包括预设电流大小；

通过所述电压转换器响应于所述控制指令，将低压电源输出的低压电能转换为高压电能，以所述预设电流大小为与所述功率器件并联的母线电容充电。

该实施例中通过在控制指令中指定充电的电流大小为预设电流大小，可以实现利用低压电源，以该预设电流大小为母线电容充电。该预设电流大小可以设置为不会造成器件损坏的电流大小。从而有效避免过大的充电电流对母线电容、功率器件或电机绕组等器件造成损坏。

在一些实施例中，所述根据所述母线电容两端的电压，确定所述功率器件的故障类型，包括：

采集所述母线电容两端的电压；

若采集的电压大于预设阈值，则确定所述功率器件的故障类型为非短路故障；

若采集的电压小于或等于所述预设阈值，则确定所述功率器件的故障类型为短路故障。

该实施例通过电机控制器MCU中原有的高压采样电路来采集母线电容两端的电压，通过采集的电压与预设阈值的大小关系，来判断功率器件的故障类型是否为短路故障。故障类型的诊断过程简单，能够快速准确地确定出故障类型，无需拆机即可自动识别是否为短路故障，节省了拆机时间和维护成本。

在一些实施例中，所述控制动力电池停止为所述功率器件供电，包括：

控制连接在动力电池与所述功率器件之间的主正开关和/或主负开关断开。

该实施例通过控制主正开关或主负开关断开，能够控制动力电池的高压电输出，仅需控制一个开关，控制方式简单快捷。也可以同时控制主正开关和主负开关同时断开，避免在利用低压电源为母线电容充电的过程中，动力电池的正极或负极侧存在较高电势而对动力电池形成影响。

在一些实施例中，所述确定电机控制器的功率器件发生故障之后，还包括：

控制所述低压电源为整车控制器及电机控制器供电，停止所述低压电源为低压负载供电。

该实施例考虑到低压电源的电量有限，在确定电机控制器的功率器件发生故障之后，停止低压电源为低压负载供电，避免低压负载消耗电量，节省更多地电量供给整车控制器及电机控制器等控制模块，以通过这些控制模块控制低压电源为母线电容充电，从而实现对功率器件的故障类型的自动诊断。

在一些实施例中，所述确定所述功率器件的故障类型之后，还包括：

通过显示设备显示确定的所述故障类型。

该实施例通过显示设备将故障类型提示给用户，以便用于依据该故障类型快速地确定维修方案，提高故障维修效率，降低设备维护成本。

在一些实施例中，所述方法还包括：

获取所述故障类型对应的维修建议信息；

通过所述显示设备显示所述维修建议信息。

该实施例将维修建议信息显示给用户，为用户解决当前功率器件的故障提供一定的维修指导，能够提高故障维修效率，降低设备维护成本。

在一些实施例中，所述确定电机控制器的功率器件发生故障，包括：

在电机控制器运行过程中，采集所述功率器件的状态参数，所述状态参数包括所述功率器件的电压、电流、温度中的至少之一；

根据所述状态参数，确定所述功率器件是否发生故障。

在该实施例中，电机控制器运行过程中功率器件的状态参数能够准确地反映功率器件的运行状态，依据状态参数来确定功率器件是否发生故障，准确性很高。且状态参数中包括功率器件的电流、电压、温度等多种参数，依据多种参数，能够从多个角度衡量功率器件的运行状态，进而能够更加准确地确定功率器件是否发生故障。

在一些实施例中，所述根据所述状态参数，确定所述功率器件是否发生故障，包括：

根据所述功率器件的电压波动异常，和/或，所述功率器件的电流波动异常，和/或，所述功率器件的温度大于预设阈值，确定所述功率器件发生故障。

该实施例依据功率器件的电压波动、电流波动以及温度变化中的一种或多种组合的形式，能够有效地确定出功率器件是否发生故障。不同确定方式之间还可以相互印证，进一步提高准确性。

在一些实施例中，所述确定电机控制器的功率器件发生故障，包括：

在电机控制器运行过程中，分别采集电机控制器每相功率器件的电流；

判断第一相功率器件的电流是否与除第一相外剩余各相功率器件的电流之间的差异满足预设差异条件；所述第一相为所述每相功率器件中的任一相；

如果是，则确定所述第一相功率器件发生故障。

在该实施例中，仅采集各相功率器件的电流，依据各相功率器件的电流之间的差异情况，即可定位出具体是哪相功率器件出现故障。无需采集功率器件的其他参数，仅通过电流即可定位出现故障的功率器件，操作简便，定位出现故障的功率器件，便于后续直接对出现故障的功率器件进行维修处理，提高了故障诊断的准确性，以及提高了故障维修效率。

在一些实施例中，所述根据所述母线电容两端的电压，确定所述功率器件的故障类型，包括：

采集所述母线电容两端的电压；

若采集的电压大于预设阈值，则确定所述第一相功率器件的故障类型为非短路故障；

若采集的电压小于或等于所述预设阈值，则确定所述第一相功率器件的故障类型为短路故障。

在该实施例中，采集母线电容两端的电压，通过采集的电压与预设阈值的大小关系，来判断出现故障的功率器件的故障类型是否为短路故障。故障类型的诊断过程简单，能够快速准确地确定故障相功率器件的故障类型，无需拆机即可自动识别故障相功率器件是否为短路故障，若为短路故障，则可以直接替换故障相的功率器件，节省了拆机时间和维护成本。

第二方面，本申请提供了一种电机功率器件的故障检测装置，所述装置包括：

动力电池停止模块，用于确定电机控制器的功率器件发生故障，控制动力电池停止为所述功率器件供电；

电容充电模块，用于控制低压电源向与所述功率器件并联的母线电容充电；

故障类型确定模块，用于根据所述母线电容两端的电压，确定所述功率器件的故障类型。

第三方面，本申请提供了一种用电设备，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，所述处理器运行所述计算机程序以实现上述第一方面所述的方法。

第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时，实现上述第一方面所述的方法。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本申请一实施例所提供的用电设备的高压拓扑的结构示意图；

图2示出了本申请一实施例所提供的利用三相电机的用电设备的高压拓扑结构示意图；

图3示出了本申请一实施例所提供的一种电机功率器件的故障检测方法的流程图；

图4示出了本申请一实施例所提供的一种电机功率器件的故障检测装置的结构示意图；

图5示出了本申请一实施例所提供的一种用电设备的结构示意图；

图6示出了本申请一实施例所提供的一种存储介质的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上（包括两个），同理，“多组”指的是两组以上（包括两组），“多片”指的是两片以上（包括两片）。

在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”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申请实施例和简化描述，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实施例的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，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或两个元件的相互作用关系。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在本申请实施例中的具体含义。

目前，从市场形势的发展来看，动力电池的应用越加广泛。动力电池不仅被应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，而且还被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。在电动交通供给、军事装备、航空航天等领域中，通常通过动力电池来提供动力，具体是通过电机控制器将动力电池输出的直流电逆变为交流电，电机将逆变成的交流电的电能转换为机械能，从而驱动用电设备运行。

本发明人注意到，在用电设备运行过程中，若电机控制器中的功率器件发生故障，会影响用电设备的正常运行，可能会造成其他器件的损坏，甚至引发安全事故。因此在功率器件发生故障时，需要及时检测故障类型，并针对故障类型进行相应地维修。而相关技术中，在功率器件发生故障时无法自动检测故障类型，只能拆开电机控制器来检查故障类型，需要较长时间才能确定故障类型，维护成本较高。

基于此，发明人进行深入研究，设计出一种电机功率器件的故障检测方法，该方法基于用电设备原有的高压拓扑结构，未对电路结构进行改进，仅通过控制方法的改进实现自动诊断电机控制器的故障类型，不会造成额外的成本。

具体地,该方法确定电机控制器的功率器件发生故障后，控制动力电池停止为电机控制器中的功率器件供电，控制用电设备中的低压电源向与功率器件并联的母线电容充电。根据母线电容两端的电压，确定功率器件的故障类型。

利用用电设备中原有的低压电源为母线电容充电,若电机控制器中的功率器件的故障为非短路故障，则低压电源能够成功地为该母线电容充电，此时采集母线电容两端的电压，能够采集到较高的电压，进而确定电机控制器中出现的故障是非短路故障。而若电机控制器中功率器件出现的故障为短路故障，则短路后的功率器件相当于导线，会将低压电源为母线电容充电的电能从短路的功率器件引走，使得母线电容充电失败，此时采集母线电容两端的电压，采集到的电压趋近于0，此时确定电机控制器中出现的故障是短路故障。

通过上述方式能够在电机控制器中的功率器件出现故障时，自动诊断出故障类型，节省拆机时间和维修成本，从而降低用电设备的维护成本。且利用用电设备原有的电路结构来实现自动诊断故障类型，降低了用电设备的使用成本，提高了用电设备使用的便捷性和舒适性。

本申请实施例公开的电机功率器件的故障检测方法可以应用于对任意相数的电机对应的电机控制器的功率器件进行故障检测，包括但不限于对单相电机、双相电机、三相电机、四相电机、五相电机、六相电机或其他更多相电机对应的电机控制器的功率器件进行故障检测。

可以应用本申请实施例提供的故障检测方法的用电设备可以为但不限于，具有动力电池、电机、电机控制器及低压电源的电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。

图1示出了用电设备中的高压拓扑结构示意图，如图1所示该电路结构包括动力电池1、电机控制器2、电机3、电压转换器4、母线电容5和低压电源6。

其中，动力电池1、电机控制器2和母线电容5并联连接。电机3的绕组数目与电机控制器2的功率器件的数目可以相等，也可以不相等。在数目相等的情况下，电机3的绕组与电机控制器2的功率器件一一对应连接。在不相等的情况下，电机控制器2的功率器件的数目可以大于电机3的绕组数目，电机3的绕组与电机控制器2中与绕组数目相等的功率器件一一对应连接，电机3的所有绕组相连的中性点引出一条中性线，通过该中性线连接电机控制器2中剩余的功率器件。

例如，三相电机对应的电机控制器2可以包括4个功率器件。三相电机的3个绕组与电机控制器2中的3个功率器件一一对应连接，3个绕组相连的中性点处引出的中性线与第4个功率器件连接。

电压转换器4的高压正极端与动力电池1的正极连接，电压转换器4的高压负极端与动力电池1的负极连接，低压电源6的正极与电压转换器4的低压正极端连接，低压电源6的负极与电压转换器4的低压负极端连接。

电压转换器4用于在用电设备正常运行过程将动力电池1的高压电转换成低压电源6的额定电压的低压电，从而利用低压电为用电设备中的低压负载供电，以及利用转换成的低压电为低压电源6充电，确保低压电源6达到满电状态。其中，低压负载为用电设备中需要用电且额定电压较低的负载。例如，假设用电设备为电动车辆，则低压负载可以为电动车辆中的音响、中控屏、车灯等。

电压转换器4还用于在用电设备的高压供电系统出现故障的情况下，将低压电源6输出的低压电转换成高压电，通过转换成的高压电为用电设备的高压负载供电。例如，在出现故障时，通过电压转换器4将低压电源6输出的低压电转换成高压电为电机3供电，从而支撑用电设备能够继续运行一段时间。例如，在电动车辆的动力电池1电量不足的情况下，可以通过电压转换器4将低压电源6输出的低压电转换成高压电为电机3供电，从而驱动电动车辆继续行驶至充电桩处，以为动力电池1充电。电压转换器4可以为双向DC/DC（DirectCurrent，直流变换器）或其他任意能够将低压电转换为高压电以及将高压电转换为低压电的部件。

在本申请实施例中，动力电池1可以为三元动力电池、磷酸铁锂电池、钛酸锂电池、镍酸锂电池等。动力电池1可以为单个电芯、多个电芯组成的电池组，或者为多个电池组构成的更大规模的电池包，等等。

低压电源6可以为低压蓄电池、低压锂电池、低压铁电池，等等。低压电源6的额定电压可以为12V、24v或48v等。本申请实施例对低压电源6采用何种电池以及其额定电压的具体数值不作特殊限制。例如，低压电源6可以采用24V的铅酸蓄电池。

在动力电池1的正极与电压转换器4的高压正极端连接的母线上还设置有主正开关，在动力电池1的负极与电压转换器4的高压负极端连接的母线上还设置有主负开关。主正开关和主负开关均可以为继电器或开关管等具有开关功能的器件。

在用电设备的高压拓扑结构中，还可以包括预充电阻与预充开关的串联支路，该串联支路可以并联在上述主正开关的两端，也可以并联在上述主负开关的两端。在需要动力电池1为电机3中的绕组进行预充电时可以控制预充开关闭合，在不需要为电机3中的绕组进行预充电时可以控制预充开关断开。

基于用电设备原有的上述高压拓扑结构，本申请在电机控制器2出现故障时，可以控制主正开关和/或主负开关断开，从而断开动力电池1的高压输出，以便利用低压电源6为母线电容充电，并依据是否充电成功来自动诊断电机控制器2的故障类型，节省拆机时间和维修成本，降低用电设备的维护成本。

作为一种具体示例，图2示出了包括三相电机的用电设备的高压拓扑结构的示意图。如图2所示，动力电池1的正极、电压转换器4的高压正极端、母线电容C1的一端以及电机控制器2中三个功率器件的一端共线连接。动力电池1的负极、电压转换器4的高压负极段、母线电容C1的另一端以及电机控制器2中三个功率器件的另一端共线连接。三相电机的三个绕组La、Lb、Lc与电机控制器2的三个功率器件一一对应连接。低压电源6采用24V铅酸蓄电池，该24V铅酸蓄电的正极与电压转换器4的低压正极端连接，该24V铅酸蓄电的负极与电压转换器4的低压负极端连接。如图2所示，动力电池1的正极侧还连接有主正开关K1，主正开关K1的两端并联有预充电阻R与预充开关K3的串联支路。动力电池1的负极侧还连接有主负开关K2。

在电机控制器2中的一个或多个功率器件出现故障时，可以控制主正开关K1和/或主负开关K2断开，从而断开动力电池1的高压输出，以便利用24V铅酸蓄电池为母线电容C1充电，并依据是否充电成功来自动诊断电机控制器2的故障类型，节省拆机时间和维修成本，降低用电设备的维护成本。

本申请实施例提供了一种电机功率器件的故障检测方法，该方法为了提升电动汽车的安全性，当用电设备正常运行过程中，电机控制器中功率器件发生故障，通过低压电源对电压转换器斩波充电，对母线电容能否充电来判断功率器件的故障类型，从而提出电机控制器的功率器件的新型诊断方法。节省拆机时间和维修成本，从而降低电动装置的维护成本，提升电动装置的接受程度，降低电动装置使用成本，从而提供便捷性和舒适性。

参见图3所示的故障检测方法的流程图，该方法具体包括以下步骤：

步骤101:确定电机控制器的功率器件发生故障，控制动力电池停止为功率器件供电。

本申请实施例的执行主体为用电设备中的控制模块，该控制模块可以包括电机控制器MCU（Motor Control Unit）、整车控制器VCU（Vehicle control unit）、域控制器DC（Domain Controller）等。

在电动装置的供电系统中，动力电池的高压电通过预充电路、主正开关和主负开关的控制，把高压电供给电机控制器和电压转换器。

在电机控制器正常工作模式下，电机控制器通过功率器件变换产生交流电来驱动电机控制器运行。电压转换器在用电设备运行过程中将高压电转换成低压电给低压负载和电压电源供电。

在需要检测电机控制器的功率器件的故障类型的情况下，如确定电机控制器的功率器件发生故障时，首先控制动力电池停止为功率器件供电。再通过后续步骤利用低压电源为母线电容充电，进而依据充电是否成功来诊断功率器件的故障类型。动力电池停止供电能够避免动力电池对故障类型诊断的影响。

在本申请的另一些实施例中，在电机控制器的运行过程中，实时检测功率器件是否发生故障，在确定功率器件发生故障之后，控制动力电池停止为功率器件供电。

如此，一方面能够避免功率器件在故障状态下继续通电造成的进一步损坏。另一方面确定电机控制器的功率器件发生故障之后，再进行后续检测故障类型的流程，避免在功率器件正常的情况下执行故障类型检测的过程。

在电机控制器运行过程中，实时采集功率器件的状态参数，该状态参数包括功率器件的电压、电流、温度中的至少之一。根据采集的状态参数，确定功率器件是否发生故障。

本申请实施例中，在电机控制器的每个功率器件输出处均可设置用于采集流经功率器件的电流的电流传感器，设置用于采集功率器件两端电压的电压传感器，利用功率器件内置的温度传感器来采集功率器件的温度，等等。功率器件的电流也可以采用电流采样电路来采集，功率器件两端的电压也可以采用电压采样电路来采集。

具体地，可以通过上述各种传感器、电流采样电路、电压采样电路等采集装置实时采集电机控制器运行过程中电机控制器中每个功率器件的电流、电压、温度等状态参数。这些采集装置将采集到的状态参数传输给控制模块。控制模块依据接收到的状态参数来确定电机控制器中的功率器件是否发生故障。

电机控制器运行过程中功率器件的状态参数能够准确地反映功率器件的运行状态，依据状态参数来确定功率器件是否发生故障，准确性很高。且状态参数中包括功率器件的电流、电压、温度等多种参数，依据多种参数，能够从多个角度衡量功率器件的运行状态，进而能够更加准确地确定功率器件是否发生故障。

在一些实施例中，具体可以根据功率器件的电压波动异常，和/或，功率器件的电流波动异常，和/或，功率器件的温度大于预设阈值，则确定功率器件发生故障。

依据功率器件的电压波动、电流波动以及温度变化中的一种或多种组合的形式，能够有效地确定出功率器件是否发生故障。不同确定方式之间还可以相互印证，进一步提高准确性。

若控制模块依据功率器件的电流、电压、温度等状态参数，确定出电机控制器的功率器件发生了故障，则首先控制动力电池停止为功率器件供电。

在确定功率器件发生故障后停止动力电池为功率器供电，一方面能够避免功率器件在故障状态下继续通电造成的进一步损坏。另一方面动力电池停止供电之后，再通过后续步骤利用低压电源为母线电容充电，进而依据充电是否成功来诊断功率器件的故障类型。动力电池停止供电能够避免动力电池对故障类型诊断的影响。

在一些实施例中，控制动力电池停止为功率器件供电，具体可以控制连接在动力电池与功率器件之间的主正开关和/或主负开关断开。

通过控制主正开关或主负开关断开，能够控制动力电池的高压电输出，仅需控制一个开关，控制方式简单快捷。也可以同时控制主正开关和主负开关同时断开，避免在利用低压电源为母线电容充电的过程中，动力电池的正极或负极侧存在较高电势而对动力电池形成影响。

步骤102:控制低压电源向与功率器件并联的母线电容充电。

控制模块确定电机控制器的功率器件出现故障，且停止动力电池为功率器件供电后，通过低压电源向与功率器件并联的母线电容充电。由于母线电容与功率器件并联，因此可以依据能否成功为母线电容充电，来反映功率器件的故障类型是否为短路故障。实现了在用电设备原有的电路结构的基础，通过简单的控制方式实现自动诊断功率器件的故障类型，节省故障后的拆机时间和维修成本，降低用电设备的维护成本。

为母线电容的充电过程，如图1或2所示，低压电源对电压转换器斩波充电，通过电压转换器将低压电源输出的低压电能转换为高压电能，利用转成的高压电能向与功率器件并联的母线电容充电。

具体地，控制模块发送控制指令给电压转换器。触发低压电源对电压转换器斩波充电，电压转换器依据该控制指令将低压电源输出的低压电转换成高压电，通过电压转换器的高压正极端和高压负极端，将转换成的高压电输出到母线上，实现通过该高压电为母线电容充电。

通过用电装置原有的电压转换器和低压电源，将低压电源输出的低压电转化为高压电为母线电容充电，没有增加用电设备的硬件成本，仅通过简单地控制过程即可实现，控制方式简单，能实现自动诊断功率器件的故障类型。

在另一些实施例中，为母线电容充电时可以限制充电的电流大小。具体地，控制模块发送控制指令给电压转换器，该控制指令包括预设电流大小。通过电压转换器响应于该控制指令，将低压电源输出的低压电能转换为高压电能，并以控制指令包括的预设电流大小为与功率器件并联的母线电容充电。

通过在控制指令中指定充电的电流大小为预设电流大小，可以实现利用低压电源，以该预设电流大小为母线电容充电。该预设电流大小可以设置为不会造成器件损坏的电流大小。从而有效避免过大的充电电流对母线电容、功率器件或电机绕组等器件造成损坏。

步骤103:根据母线电容两端的电压，确定功率器件的故障类型。

由于若功率器件短路，形成桥臂直通，则从电压转换器流出的充电电流会从短路处流走，从而导致母线电容充电失败。而若功率器件断路等非短路故障，则从电压转换器流出的充电电流能够流向母线电容，成功对母线电容充电。而母线电容充电成功与否可以通过母线电容两端的电压来衡量。进而基于母线电容两端的电压来确定功率器件的故障类型，实现在不拆机的情况下自动诊断功率器件的故障类型，且诊断速度快，准确性高。

可以通过电机控制器MCU中的高压采样电路来采集母线高压，该母线高压即为母线电容两端的电压。根据母线电容两端的电压，来确定功率器件的故障类型。

具体地，控制模块中预先设置了预设阈值，该预设阈值为功率器件短路时母线电容两端电压的最大值。控制模块通过电机控制器MCU的高压采样电路采集母线电容两端的电压。判断采集的电压是否大于该预设阈值。若确定采集的电压大于预设阈值，则确定功率器件的故障类型为非短路故障。若确定采集的电压小于或等于预设阈值，则确定功率器件的故障类型为短路故障。

上述预设阈值可以为趋近于0的数值，如预设阈值为0.5、0.3或0.1等。本申请实施例对预设阈值的具体取值不作特殊限制。

通过电机控制器MCU中原有的高压采样电路来采集母线电容两端的电压，通过采集的电压与预设阈值的大小关系，来判断功率器件的故障类型是否为短路故障。故障类型的诊断过程简单，能够快速准确地确定出故障类型，无需拆机即可自动识别是否为短路故障，节省了拆机时间和维护成本。

在本申请的另一些实施例中，确定电机控制器的功率器件发生故障之后，控制模块还可以控制低压电源为整车控制器及电机控制器供电，停止低压电源为低压负载供电。

由于低压电源的电量有限，在确定电机控制器的功率器件发生故障之后，停止低压电源为低压负载供电，避免低压负载消耗电量，节省更多地电量供给整车控制器及电机控制器等控制模块，以通过这些控制模块控制低压电源为母线电容充电，从而实现对功率器件的故障类型的自动诊断。

在本申请的另一些实施例中，还可以定位出故障相功率器件，进而确定出故障相功率器件的故障类型。具体地，在电机控制器运行过程中，分别采集电机控制器每相功率器件的电流。具体可以在每相功率器件的支路上设置电流传感器，通过电流传感器采集每相功率器件的电流。判断第一相功率器件的电流是否与除第一相外剩余各相功率器件的电流之间的差异满足预设差异条件。第一相为每相功率器件中的任一相。如果是，则确定第一相功率器件发生故障。

其中，预设差异条件可以为第一相功率器件的电流与剩余各相功率器件的电流之间的差异超过一定比值，一定比值可以为20%、25%或30%等。本申请实施例并不限制该一定比值的具体取值。

例如，三相电机控制器的U、V、W三相对应的功率器件的电流分别为112、120和150，则W相功率器件的电流与U相功率器件和V相功率器件的电流之间的差异超过了20%，则确定W相功率器件出现故障。

仅通过电流传感器采集各相功率器件的电流，依据各相功率器件的电流之间的差异情况，即可定位出具体是哪相功率器件出现故障。无需采集功率器件的其他参数，仅通过电流即可定位出现故障的功率器件，操作简便，定位出现故障的功率器件，便于后续直接对出现故障的功率器件进行维修处理，提高了故障诊断的准确性，以及提高了故障维修效率。

确定出故障相功率器件后，采用步骤101-103的操作来确定故障相功率器件的故障类型。具体地，采集母线电容两端的电压。若采集的电压大于预设阈值，则确定第一相功率器件的故障类型为非短路故障。若采集的电压小于或等于预设阈值，则确定第一相功率器件的故障类型为短路故障。

通过采集的电压与预设阈值的大小关系，来判断出现故障的功率器件的故障类型是否为短路故障。故障类型的诊断过程简单，能够快速准确地确定故障相功率器件的故障类型，无需拆机即可自动识别故障相功率器件是否为短路故障，若为短路故障，则可以直接替换故障相的功率器件，节省了拆机时间和维护成本。

在另一些实施例中，控制模块确定功率器件的故障类型之后，还可以通过显示设备显示确定的故障类型。

该显示设备可以用电设备自带的显示屏，或者为用户的手机、电脑等用户终端，此处用户可以为用电设备的所有者、管理者或维修人员等。例如，假设用电设备为电动车辆，则可以在电动车辆的车载中控屏上显示该故障类型。或者整车控制器VCU或域控制器等控制模块将该故障类型发送给驾驶员或维修工的手机上，通过手机显示该故障类型。

除上述通过显示设备显示该故障类型的方式外，还可以通过用电设备上的提示灯来提示故障类型，或者通过语音播放器来播放该故障类型的语音信息。

上述通过显示设备、提示灯或语音播放器等将故障类型提示给用户，以便用于依据该故障类型快速地确定维修方案，提高故障维修效率，降低设备维护成本。

在另一些实施例中，控制模块确定出故障类型之后，还获取该故障类型对应的维修建议信息，通过显示设备显示该维修建议信息。

例如，若故障类型为短路故障，则维修建议信息可以为“替换短路的功率管”。若故障类型为非短路故障，则维修建议信息可以为“可能为断路故障，请拆机进行进一步检查”。

上述维修建议信息也可以采用语音播放器播放语音信息的形式实现。

将维修建议信息显示给用户，为用户解决当前功率器件的故障提供一定的维修指导，能够提高故障维修效率，降低设备维护成本。

在本申请实施例中，基于用电设备原有的高压拓扑结构，无需增加新部件，在电机控制器出现故障时，只需利用低压电源，通过电压转换器将低压电转换为高压电，为母线电容充电，并依据是否充电成功来自动诊断电机控制器的故障类型，节省拆机时间和维修成本，降低用电设备的维护成本。

为了便于理解本申请诊断电机控制器的功率器件的故障类型的具体过程，下面结合图2进行具体说明。

功率器件的故障诊断过程：

1.当电机控制器功率开关管发生故障，整车主正继电器K1和主负继电器K2断开，切断动力电池的输入高压电。

2.关断整车低压负载用电，只保留整车VCU和MCU控制器供电。将24V铅酸蓄电池低压电通过整车电压转换器，转化成高压电。

3.用整车电压转换器转换后的高压电对DCLINK(直流链滤波电容器)电容C1充电，同时限制充电电流大小。

4.通过MCU的高压采样电路来采集母线高压，母线电容充电失败，则诊断功率开关管短路，造成桥臂直通，从而无法给电容充电。

5.通过MCU的高压采样电路来采集母线高压，母线电容充电成功，则诊断功率开关管非短路故障，从而电容可以正常充电。

通过上述方式实现了在不拆机的情况下，自动诊断功率开关管的故障类型，节省了拆机时间和维修成本，降低了用电设备的维护成本。

本申请实施例提供了一种电机功率器件的故障检测装置，该装置用于执行上述任一实施例所提供的电机功率器件的故障检测方法。如图4所示，该装置包括：

动力电池停止模块201，用于确定电机控制器的功率器件发生故障，控制动力电池停止为功率器件供电；

电容充电模块202，用于控制低压电源向与功率器件并联的母线电容充电；

故障类型确定模块203，用于根据母线电容两端的电压，确定功率器件的故障类型。

电容充电模块202，用于通过电压转换器将低压电源输出的低压电能转换为高压电能，利用高压电能向与功率器件并联的母线电容充电。

电容充电模块202，用于发送控制指令给电压转换器，控制指令包括预设电流大小；通过电压转换器响应于控制指令，将低压电源输出的低压电能转换为高压电能，以预设电流大小为与功率器件并联的母线电容充电。

故障类型确定模块203，用于采集母线电容两端的电压；若采集的电压大于预设阈值，则确定功率器件的故障类型为非短路故障；若采集的电压小于或等于预设阈值，则确定功率器件的故障类型为短路故障。

动力电池停止模块201，用于控制连接在动力电池与功率器件之间的主正开关和/或主负开关断开。

动力电池停止模块201，还用于控制低压电源为整车控制器及电机控制器控制器供电，停止低压电源为低压负载供电。

该装置还包括：显示模块，用于通过显示设备显示确定的故障类型。

显示模块，还用于获取故障类型对应的维修建议信息；通过显示设备显示维修建议信息。

动力电池停止模块201，具体用于在电机控制器运行过程中，实时采集功率器件的状态参数，状态参数包括功率器件的电压、电流、温度中的至少之一；根据状态参数，确定功率器件是否发生故障。

动力电池停止模块201，用于根据功率器件的电压波动异常，和/或，功率器件的电流波动异常，和/或，功率器件的温度大于预设阈值，确定功率器件发生故障。

动力电池停止模块201，用于在电机控制器运行过程中，分别采集电机控制器每相功率器件的电流；判断第一相功率器件的电流是否与除第一相外剩余各相功率器件的电流之间的差异满足预设差异条件；第一相为每相功率器件中的任一相；如果是，则确定第一相功率器件发生故障。

故障类型确定模块203，用于采集母线电容两端的电压；若采集的电压大于预设阈值，则确定第一相功率器件的故障类型为非短路故障；若采集的电压小于或等于预设阈值，则确定第一相功率器件的故障类型为短路故障。

本申请的上述实施例提供的电机功率器件的故障检测装置与本申请实施例提供的电机功率器件的故障检测方法出于相同的发明构思，具有与其存储的应用程序所采用、运行或实现的方法相同的有益效果。

本申请实施方式还提供一种用电设备，以执行上述电机功率器件的故障检测方法。该用电设备可以为具有动力电池、电机、电机控制器、电压转换器、低压电源和母线电容等部件的电动车辆、电动玩具、船舶、航天器，等等。请参考图5，展示出了本申请的一些实施方式所提供的一种用电设备的示意图。如图5所示，用电设备40包括：处理器400，存储器401，总线402和通信接口403，所述处理器400、通信接口403和存储器401通过总线402连接；所述存储器401中存储有可在所述处理器400上运行的计算机程序，所述处理器400运行所述计算机程序时执行本申请前述任一实施方式所提供的电机功率器件的故障检测方法。

其中，存储器401可能包含高速随机存取存储器（RAM：Random Access Memory），也可能还包括非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口403（可以是有线或者无线）实现该装置网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网、广域网、本地网、城域网等。

总线402可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。其中，存储器401用于存储程序，所述处理器400在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本申请实施例任一实施方式揭示的所述电机功率器件的故障检测方法可以应用于处理器400中，或者由处理器400实现。

处理器400可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器400中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器400可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing 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(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(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。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器401，处理器400读取存储器401中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

本申请实施例提供的用电设备与本申请实施例提供的电机功率器件的故障检测方法出于相同的发明构思，具有与其采用、运行或实现的方法相同的有益效果。

本申请实施方式还提供一种与前述实施方式所提供的电机功率器件的故障检测方法对应的计算机可读存储介质，请参考图6，其示出的计算机可读存储介质为光盘30，其上存储有计算机程序（即程序产品），所述计算机程序在被处理器运行时，会执行前述任意实施方式所提供的电机功率器件的故障检测方法。

需要说明的是，所述计算机可读存储介质的例子还可以包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器 (SRAM)、动态随机存取存储器 (DRAM)、其他类型的随机存取存储器 (RAM)、只读存储器 (ROM)、电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM)、快闪记忆体或其他光学、磁性存储介质，在此不再一一赘述。

本申请的上述实施例提供的计算机可读存储介质与本申请实施例提供的电机功率器件的故障检测方法出于相同的发明构思，具有与其存储的应用程序所采用、运行或实现的方法相同的有益效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (15)

1.一种电机功率器件的故障检测方法，其特征在于，所述方法包括：

确定电机控制器的功率器件发生故障，控制动力电池停止为所述功率器件供电；

控制低压电源向与所述功率器件并联的母线电容充电；

根据所述母线电容两端的电压，确定所述功率器件的故障类型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制低压电源向与所述功率器件并联的母线电容充电，包括：

通过电压转换器将低压电源输出的低压电能转换为高压电能，利用所述高压电能向与所述功率器件并联的母线电容充电。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过电压转换器将低压电源输出的低压电能转换为高压电能，利用所述高压电能向与所述功率器件并联的母线电容充电，包括：

发送控制指令给所述电压转换器，所述控制指令包括预设电流大小；

通过所述电压转换器响应于所述控制指令，将低压电源输出的低压电能转换为高压电能，以所述预设电流大小为与所述功率器件并联的母线电容充电。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述母线电容两端的电压，确定所述功率器件的故障类型，包括：

采集所述母线电容两端的电压；

若采集的电压大于预设阈值，则确定所述功率器件的故障类型为非短路故障；

若采集的电压小于或等于所述预设阈值，则确定所述功率器件的故障类型为短路故障。

5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述控制动力电池停止为所述功率器件供电，包括：

控制连接在动力电池与所述功率器件之间的主正开关和/或主负开关断开。

6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述确定电机控制器的功率器件发生故障之后，还包括：

控制所述低压电源为整车控制器及电机控制器供电，停止所述低压电源为低压负载供电。

7.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述确定所述功率器件的故障类型之后，还包括：

通过显示设备显示确定的所述故障类型。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述故障类型对应的维修建议信息；

通过所述显示设备显示所述维修建议信息。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定电机控制器的功率器件发生故障，包括：

在电机控制器运行过程中，采集所述功率器件的状态参数，所述状态参数包括所述功率器件的电压、电流、温度中的至少之一；

根据所述状态参数，确定所述功率器件是否发生故障。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述状态参数，确定所述功率器件是否发生故障，包括：

根据所述功率器件的电压波动异常，和/或，所述功率器件的电流波动异常，和/或，所述功率器件的温度大于预设阈值，确定所述功率器件发生故障。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定电机控制器的功率器件发生故障，包括：

在电机控制器运行过程中，分别采集电机控制器每相功率器件的电流；

判断第一相功率器件的电流是否与除第一相外剩余各相功率器件的电流之间的差异满足预设差异条件；所述第一相为所述每相功率器件中的任一相；

如果是，则确定所述第一相功率器件发生故障。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述根据所述母线电容两端的电压，确定所述功率器件的故障类型，包括：

采集所述母线电容两端的电压；

若采集的电压大于预设阈值，则确定所述第一相功率器件的故障类型为非短路故障；

若采集的电压小于或等于所述预设阈值，则确定所述第一相功率器件的故障类型为短路故障。

13.一种电机功率器件的故障检测装置，其特征在于，所述装置包括：

动力电池停止模块，用于确定电机控制器的功率器件发生故障，控制动力电池停止为所述功率器件供电；

电容充电模块，用于控制低压电源向与所述功率器件并联的母线电容充电；

故障类型确定模块，用于根据所述母线电容两端的电压，确定所述功率器件的故障类型。

14.一种用电设备，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，其特征在于，所述处理器运行所述计算机程序以实现如权利要求1-12任一项所述的方法。

15.一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，所述程序被处理器执行时，实现如权利要求1-12中任一项所述的方法。

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