CN114734820A - 转子温度估算方法、电动车辆及可读存储介质 - Google Patents

转子温度估算方法、电动车辆及可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种转子温度估算方法、电动车辆及可读存储介质。其中，所述转子温度估算方法应用于电动车辆，所述电动车辆基于电机和控制器实现的Boost升压方式为电池充电，所述转子温度估算方法包括：基于第一模型计算；所述第一模型的计算步骤包括：基于Boost输入侧电压、Boost输出侧电压以及Boost电流得到转子自身损耗。如此配置，一方面提供了所述电动车辆在升压充电工况下的转子温度估算方法；另一方面考虑了Boost升压方式对转子热力学模型的影响，与现实情况吻合程度高；从而解决了现有技术中缺乏针对升压充电工况下的转子温度估算方法，从而导致转子面临退磁风险以及其他工况下缺乏温度初始值的问题。

Description

转子温度估算方法、电动车辆及可读存储介质
技术领域
本发明涉及电动车辆技术领域，特别涉及一种转子温度估算方法、电动车辆及可读存储介质。
背景技术
随着新一代碳化硅功率器件在车用电机逆变器中的应用，乘用车的电池电压等级也由原先使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor绝缘栅双极晶体管)器件的400V提升到了当前的800V。而目前市面上常见的直流快充桩大多是400V等级的直流快充桩，无法直接给配备了800V高压电池的车辆进行直流快充。如果要实现400V的直流桩给800V的车辆进行充电，需要先进行一次Boost升压，基于驱动电机和逆变器可以实现该Boost功能。因为该方案利用了驱动电机自身的电感和逆变器的功率器件，相比于直接增加一个DCDC器件来实现Boost功能，成本更低。
如果无法准确获取Boost模式下的转子温度，具有以下两点危害：1.无法对转子进行过温保护，转子磁钢有退磁风险；2.如果Boost模式下无法获取转子温度，那么当系统切换到驱动模式时，驱动模式下的转子温度模型无法得到准确的初始值，会影响驱动模式下的转子温度精度，从而影响到电机磁链的修正，影响扭矩精度。
总之，现有技术中缺乏针对升压充电工况下的转子温度估算方法，从而导致转子面临退磁风险以及其他工况下缺乏温度初始值的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种转子温度估算方法、电动车辆及可读存储介质，以解决现有技术中缺乏针对升压充电工况下的转子温度估算方法，从而导致转子面临退磁风险以及其他工况下缺乏温度初始值的问题。
为了解决上述技术问题，根据本发明的第一个方面，提供了一种转子温度估算方法，应用于电动车辆，所述电动车辆基于电机和控制器实现的Boost升压方式为电池充电，所述转子温度估算方法包括：基于第一模型计算；所述第一模型的计算步骤包括：基于Boost输入侧电压、Boost输出侧电压以及Boost电流得到转子自身损耗。
可选的，所述第一模型的计算步骤还包括：基于所述转子自身损耗、转子温度、定子温度和冷却液温度得到转子温度变化值。
可选的，所述基于所述转子自身损耗、转子温度、定子温度和冷却液温度得到转子温度变化值的步骤包括：
计算(Ploss+(TStator-TRotor)*Rth_R_S+(TCoolant-TRotor)*Rth_R_C)/Cth_rotor。
其中，Ploss表示所述转子自身损耗，Rth_R_S表示转子和定子之间的热导，Rth_R_C是转子和冷却液之间的热导，Cth_rotor表示转子热容，Tstator表示所述定子温度，TRotor表示所述转子温度，TCoolant表示所述冷却液温度。
可选的，Rth_R_S、Rth_R_C和Cth_rotor通过试验和/或在线自学习确定。
可选的，所述转子温度估算方法包括：当所述电动车辆处于驱动工况，基于第二模型得到转子温度变化值；当所述电动车辆处于升压充电工况，基于所述第一模型得到所述转子温度变化值；以及，基于所述转子温度变化值得到计算结果。
可选的，所述基于所述转子温度变化值得到计算结果的步骤包括：所述转子温度变化值进行积分，得到转子温度的估计值。
可选的，所述基于所述转子温度变化值得到计算结果的步骤包括：判断所述转子温度变化值是否小于阈值；若是，则所述转子温度变化值进行积分，得到转子温度的估计值；以及，若否，则所述转子温度赋值为无效值。
可选的，所述第二模型的计算步骤包括：计算(Ploss+(TStator-TRotor)*Rth_R_S+(TCoolant-TRotor)*Rth_R_C)/Cth_rotor；其中，Ploss表示转子自身损耗，Rth_R_S表示转子和定子之间的热导，Rth_R_C是转子和冷却液之间的热导，Cth_rotor表示转子热容，Tstator表示定子温度，TRotor表示转子温度，TCoolant表示冷却液温度。
为了解决上述技术问题，根据本发明的第二个方面，提供了一种电动车辆，所述电动车辆基于电机和控制器实现的Boost升压方式为电池充电，所述电动车辆包括控制单元，所述控制单元基于上述的转子温度估算方法得到转子温度。
为了解决上述技术问题，根据本发明的第三个方面，提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质中存储有程序，所述程序运行时，执行上述的转子温度估算方法。
与现有技术相比，本发明提供的一种转子温度估算方法、电动车辆及可读存储介质中，所述转子温度估算方法应用于电动车辆，所述电动车辆基于电机和控制器实现的Boost升压方式为电池充电，所述转子温度估算方法包括：基于第一模型计算；所述第一模型的计算步骤包括：基于Boost输入侧电压、Boost输出侧电压以及Boost电流得到转子自身损耗。如此配置，一方面提供了所述电动车辆在升压充电工况下的转子温度估算方法；另一方面考虑了Boost升压方式对转子热力学模型的影响，与现实情况吻合程度高；从而解决了现有技术中缺乏针对升压充电工况下的转子温度估算方法，从而导致转子面临退磁风险以及其他工况下缺乏温度初始值的问题。
附图说明
本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
图1是本发明一实施例的转子温度估算方法的流程示意图；
图2是本发明一实施例的转子热节点模型图；
图3是本发明一实施例的第一模型的工作流程示意图；
图4是本发明一实施例的转子温度估算方法的又一流程示意图。
附图中：
1-第一模型；10-转子；20-定子；30-冷却液；11-转子自身损耗；12-转子热容；21-转子和定子之间的热导；31-转子和冷却液之间的热导。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，“一端”与“另一端”以及“近端”与“远端”通常是指相对应的两部分，其不仅包括端点，术语“安装”、“相连”、“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，或成一体；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。此外，如在本发明中所使用的，一元件设置于另一元件，通常仅表示两元件之间存在连接、耦合、配合或传动关系，且两元件之间可以是直接的或通过中间元件间接的连接、耦合、配合或传动，而不能理解为指示或暗示两元件之间的空间位置关系，即一元件可以在另一元件的内部、外部、上方、下方或一侧等任意方位，除非内容另外明确指出外。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发明中的具体含义。
本发明的核心思想在于提供一种转子温度估算方法、电动车辆及可读存储介质，以解决现有技术中缺乏针对升压充电工况下的转子温度估算方法，从而导致转子面临退磁风险以及其他工况下缺乏温度初始值的问题。
以下参考附图进行描述。
请参考图1至图4，其中，图1是本发明一实施例的转子温度估算方法的流程示意图；图2是本发明一实施例的转子热节点模型图；图3是本发明一实施例的第一模型的工作流程示意图；图4是本发明一实施例的转子温度估算方法的又一流程示意图。
如图1所示，本实施例提供了一种转子温度估算方法，应用于电动车辆，所述电动车辆基于电机和控制器实现的Boost升压方式为电池充电，在一实施例中，基于驱动电机和逆变器实现升压。也就是说，所述电动车辆的升压方式与DCDC升压不同。
所述转子温度估算方法包括：
S10当所述电动车辆处于驱动工况，基于第二模型得到转子温度变化值。
S20当所述电动车辆处于升压充电工况，基于第一模型得到所述转子温度变化值。
以及，S30基于所述转子温度变化值得到计算结果。S30又具体包括：S31所述基于所述转子温度变化值得到计算结果的步骤包括：判断所述转子温度变化值是否小于阈值。S32若是，则所述转子温度变化值进行积分，得到转子温度的估计值。以及，S33若否，则所述转子温度赋值为无效值。
其中，S20也可以归纳为：基于所述第一模型计算。所述第一模型的计算步骤包括：基于Boost输入侧电压、Boost输出侧电压以及Boost电流得到转子自身损耗。
当电机和逆变器处于Boost模式时，电机三相绕组上通过的电流中含有与开关频率相同的高频纹波电流。高频的纹波电流会导致转子铁耗增加，从而导致转子温度在Boost模式下快速升高，转子磁钢有退磁风险。由于转子是运动部件，在转子中安装温度传感器的实现方案非常复杂且成本较高。此外，如果驱动模式下具备了软件模型来估算转子温度，但是由于两种模式下三相绕组上通过的电流波形不同，因此两种模式下引起转子温升的主要因素也不同，原有驱动模式下的转子温度模型也无法直接应用于Boost模式。
针对基于驱动电机和逆变器实现升压的电动车辆，根据电机的物理结构：转子包裹在定子中，定子通过电机壳体中流动的冷却液来进行散热。可将电机抽象为三个主要的热节点，分别是定子20、转子10和冷却液30节点。定子20和冷却液30的温度是已知的，可以通过温度传感器或者温度模型来获得，因此用于估算转子温度的热节点图如图2所示。可以理解的，虽然本说明书着重介绍基于驱动电机和逆变器实现升压的电动车辆，但是所述转子温度估算方法也可以应用于其他形式的为电池升压供电的电动车辆。
进一步分析可知，因为升压模式下，影响转子损耗的主要因素为高频纹波，所述转子自身损耗应当通过Boost输入侧电压、Boost输出侧电压以及Boost电流这三个物理量计算得到。具体实施时，可根据多次试验确定上述变量之间的对应关系，例如采用神经网络模型或者采用进一步的物理理论模型，在本说明书中不限定建立上述变量之间联系的具体计算模型。
根据图2，所述第一模型的计算步骤还包括：基于所述转子自身损耗、转子温度、定子温度和冷却液温度得到转子温度变化值。
在一较优的实施例中，所述基于所述转子自身损耗、转子温度、定子温度和冷却液温度得到转子温度变化值的步骤包括：
计算(Ploss+(TStator-TRotor)*Rth_R_S+(TCoolant-TRotor)*Rth_R_C)/Cth_rotor。
其中，Ploss表示所述转子自身损耗11，Rth_R_S表示转子和定子之间的热导21，Rth_R_C是转子和冷却液之间的热导31，Cth_rotor表示转子热容12，Tstator表示所述定子温度，TRotor表示所述转子温度，TCoolant表示所述冷却液温度。
其中，Rth_R_S、Rth_R_C和Cth_rotor可以通过试验和/或在线自学习确定。
可以理解的，在计算上述式子得到结果之后，可以将结果直接输出，也可以将结果结合一些修正步骤后进行输出。
所述第一模型1的工作流程图如图3所示。传感器或者其他计算模型将所述Boost输入测电压、所述Boost输出测电压、所述Boost电流、所述定子温度、所述冷却液温度输入所述第一模型1，同时，上一个计算周期的所述转子温度也输入所述第一模型1，然后所述第一模型1输出所述转子温度变化值，所述转子温度变化值进行积分，得到转子温度的估计值。
正如前文分析，升压模式下的温度估计模型和正常模式下的温度估计模型不同，因此，需要先对所述电动车辆当前的工作状态进行判断，然后选择合适的模型进行计算。如图4所示。
并且，在一些实施例中，需要考虑所述第一模型和所述第二模型输出结果的合理性进行诊断，因此对每次计算的转子温度变化值进行上限检测，如果转子温度变化值超过允许的上限，则认为转子温度模型异常，关闭转子温度模型，并将转子温度赋为无效值。无效值的具体格式可以根据实际需要进行约定，当其他算法接收到转子温度为无效值时，可以根据实际需要设置相应的应对措施，例如，可以报警灯，具体措施也可以根据实际需要进行设置，在此不进行展开描述。
图4所示的实施例中，还包括步骤S1判断当前是否为升压模式(即所述升压充电工况)；根据判断结果可以确认车辆当前的工况。在其他的一些实施例中，也可以设置其他的步骤判断车辆当前的工作。
在一实施例中，所述第二模型的计算步骤包括：计算(Ploss+(TStator-TRotor)*Rth_R_S+(TCoolant-TRotor)*Rth_R_C)/Cth_rotor；其中，Ploss表示转子自身损耗，Rth_R_S表示转子和定子之间的热导，Rth_R_C是转子和冷却液之间的热导，Cth_rotor表示转子热容，Tstator表示定子温度，TRotor表示转子温度，TCoolant表示冷却液温度。但是，所述第一模型和第二模型所使用的具体参数不同，计算所述转子自身损耗的方式不同，在本申请中不限制所述第二模型中所述转子自身损耗的计算方式。
本实施例提出了一种基于电机和逆变器升压下的转子温度估算方法，具有如下有益效果。
1.可以利用软件算法来获取升压工况下的转子温度，依据实时估算的转子温度可以进行升压工况下的转子过温保护。
2.通过与驱动下的转子温度模型相互配合，实现了带升压功能的电驱系统全工作模式的转子温度估算；保证了由升压模式切换到驱动模式时，驱动模式下转子温度初始值的准确性，提高了转子温度修正磁链的精度，从而也保证了驱动模式下的扭矩精度。
本实施例还提供了一种电动车辆，所述电动车辆基于电机和控制器实现的Boost升压方式为电池充电，所述电动车辆包括控制单元，所述控制单元基于上述的转子温度估算方法得到转子温度。所述控制单元例如是ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)等。所述电动车辆的其他部件可以根据实际情况和本领域公知常识进行设置，在此不进行展开描述。
本实施例还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质中存储有程序，所述程序运行时，执行上述的转子温度估算方法。上述的转子温度估算方法也可应用于其他基于电机和逆变器来实现升压功能的系统。
上述的电动车辆及可读存储介质也具有能够估算升压充电工况下转子温度的有益效果。
综上所述，本实施例提供了一种转子温度估算方法、电动车辆及可读存储介质。其中，所述转子温度估算方法应用于电动车辆，所述电动车辆基于电机和控制器实现的Boost升压方式为电池充电，所述转子温度估算方法包括：基于第一模型计算；所述第一模型的计算步骤包括：基于Boost输入侧电压、Boost输出侧电压以及Boost电流得到转子自身损耗。如此配置，一方面提供了所述电动车辆在升压充电工况下的转子温度估算方法；另一方面考虑了Boost升压方式对转子热力学模型的影响，与现实情况吻合程度高；从而解决了现有技术中缺乏针对升压充电工况下的转子温度估算方法，从而导致转子面临退磁风险以及其他工况下缺乏温度初始值的问题。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种转子温度估算方法，其特征在于，应用于电动车辆，所述电动车辆基于电机和控制器实现的Boost升压方式为电池充电，所述转子温度估算方法包括：基于第一模型计算；所述第一模型的计算步骤包括：基于Boost输入侧电压、Boost输出侧电压以及Boost电流得到转子自身损耗。
2.根据权利要求1所述的转子温度估算方法，其特征在于，所述第一模型的计算步骤还包括：基于所述转子自身损耗、转子温度、定子温度和冷却液温度得到转子温度变化值。
3.根据权利要求2所述的转子温度估算方法，其特征在于，所述基于所述转子自身损耗、转子温度、定子温度和冷却液温度得到转子温度变化值的步骤包括：
计算(Ploss+(TStator-TRotor)*Rth_R_S+(TCoolant-TRotor)*Rth_R_C)/Cth_rotor；
其中，Ploss表示所述转子自身损耗，Rth_R_S表示转子和定子之间的热导，Rth_R_C是转子和冷却液之间的热导，Cth_rotor表示转子热容，Tstator表示所述定子温度，TRotor表示所述转子温度，TCoolant表示所述冷却液温度。
4.根据权利要求3所述的转子温度估算方法，其特征在于，Rth_R_S、Rth_R_C和Cth_rotor通过试验和/或在线自学习确定。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的转子温度估算方法，其特征在于，所述转子温度估算方法包括：
当所述电动车辆处于驱动工况，基于第二模型得到转子温度变化值；
当所述电动车辆处于升压充电工况，基于所述第一模型得到所述转子温度变化值；以及，
基于所述转子温度变化值得到计算结果。
6.根据权利要求5所述的转子温度估算方法，其特征在于，所述基于所述转子温度变化值得到计算结果的步骤包括：
所述转子温度变化值进行积分，得到转子温度的估计值。
7.根据权利要求5所述的转子温度估算方法，其特征在于，所述基于所述转子温度变化值得到计算结果的步骤包括：
判断所述转子温度变化值是否小于阈值；
若是，则所述转子温度变化值进行积分，得到转子温度的估计值；以及，
若否，则所述转子温度赋值为无效值。
8.根据权利要求5所述的转子温度估算方法，其特征在于，所述第二模型的计算步骤包括：
计算(Ploss+(TStator-TRotor)*Rth_R_S+(TCoolant-TRotor)*Rth_R_C)/Cth_rotor；
其中，Ploss表示转子自身损耗，Rth_R_S表示转子和定子之间的热导，Rth_R_C是转子和冷却液之间的热导，Cth_rotor表示转子热容，Tstator表示定子温度，TRotor表示转子温度，TCoolant表示冷却液温度。
9.一种电动车辆，其特征在于，所述电动车辆基于电机和控制器实现的Boost升压方式为电池充电，所述电动车辆包括控制单元，所述控制单元基于如权利要求1～8中任一项所述的转子温度估算方法得到转子温度。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储有程序，所述程序运行时，执行如权利要求1～8中任一项所述的转子温度估算方法。
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