CN117706351A - 用于电机的上电自检方法和装置、电机控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电机的上电自检方法，该电机包括至少两组三相定子绕组，每组三相定子绕组由相应的三相驱动电路驱动，该方法包括：在第一时刻，使所述第一驱动电路处于第一操作状态且使所述第二驱动电路处于第二操作状态，分别检测所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的第一电参数；在所述第一时刻之后的第二时刻，使所述第一驱动电路处于第二操作状态且使所述第二驱动电路处于第一操作状态，分别检测所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的第二电参数；以及，基于在第一时刻所检测的第一电参数和/或在第二时刻所检测的第二电参数判断电机内是否出现连接故障。本发明还涉及一种用于电机的上电自检装置和包括该装置的电机控制系统。
Description
技术领域
本发明涉及电机领域，更具体而言，本发明涉及一种用于电机的上电自检方法，用于电机的上电自检装置，以及包括该上电自检装置的电机控制系统。
背景技术
目前，随着新能源技术的发展，传统的燃油车逐渐被新能源车辆取代。在新能源车辆中，电机是能够车辆提供核心动力的重要部件。
例如，在轻度混合动力车辆中，可采用BSG(Belt-Driven Starter Generator，皮带传动启动/发电一体化电机)在发动机前端用皮带传递机构将电机与发动机相连接，以取代原有的发电机，从而以一体化方式为车辆提供动力。
在包括多组三相定子绕组的BSG电机启动之前，通常不会进行两组三相驱动电路之间的短路检测，而是仅当在电机运行的过程中出现相关的可被检测到的连接故障时，才向上级ECU报告该故障。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种用于电机的上电自检方法，该电机包括至少两组三相定子绕组，每组三相定子绕组由相应的三相驱动电路驱动，所述三相驱动电路至少包括第一驱动电路和第二驱动电路，每个驱动电路各自包括连接至高压供电线路的三个高边开关管和连接至地线的三个低边开关管，其中，该方法包括如下步骤：
第一步骤：在第一时刻，使所述第一驱动电路处于第一操作状态且使所述第二驱动电路处于第二操作状态，并且分别检测所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的第一电参数；
第二步骤：在所述第一时刻之后的第二时刻，使所述第一驱动电路处于第二操作状态且使所述第二驱动电路处于第一操作状态，并且分别检测所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的第二电参数；以及
第三步骤：基于在第一时刻所检测的第一电参数和/或在第二时刻所检测的第二电参数判断电机内是否出现连接故障。
其中，所述第一操作状态包括相应的驱动电路中的三个高边开关管全部导通且三个低边开关管全部断开，所述第二操作状态包括相应的驱动电路中的三个高边开关管全部断开且三个低边开关管全部导通。
其中，所述第一电参数和所述第二电参数包括相应的驱动电路中的线电压，其中，在满足以下条件中的至少一者的情况下确定电机未出现连接故障：
在第一时刻检测的第一驱动电路中的线电压处于第一预定范围内并且在第一时刻中检测的第二驱动电路中的线电压处于第二预定范围内；和
在第二时刻中检测的第一驱动电路中的线电压处于所述第二预定范围内并且在第二时刻检测的第二驱动电路中的线电压处于所述第一预定范围内。
其中，所述第一电参数和所述第二电参数包括相应的驱动电路中的相电流，其中，在满足以下条件中的至少一者的情况下确定电机出现连接故障：
在第一时刻检测的所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的相电流大于第一阈值；和
在第二时刻检测的所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的相电流大于第一阈值。
其中，该方法还包括判断电机转速是否小于速度设定值的步骤，
其中，只有在所检测的电机转速小于所述速度设定值的情况下才执行所述第一步骤。
其中，该方法还包括判断电驱系统中的高压供电线路和低压供电线路是否正常工作的步骤，
其中，只有在所述高压供电线路和所述低压供电线路均正常工作的情况下才执行所述第一步骤。
本发明还提出了一种用于电机的上电自检装置，该电机包括至少两组三相定子绕组，每组三相定子绕组由相应的三相驱动电路驱动，所述三相驱动电路至少包括第一驱动电路和第二驱动电路，每个驱动电路各自包括连接至电驱系统中的高压供电线路的三个高边开关管和连接至地线的三个低边开关管，其中，该装置包括用于控制所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的操作状态的控制单元、用于检测所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的电参数的检测单元以及判断单元，其中，所述控制单元配置为：在第一时刻，使所述第一驱动电路处于第一操作状态且使所述第二驱动电路处于第二操作状态，并且在所述第一时刻之后的第二时刻，使所述第一驱动电路处于第二操作状态且使所述第二驱动电路处于第一操作状态，
所述检测单元配置为：检测在第一时刻所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的第一电参数以及在所述第二时刻所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的第二电参数，
所述判断单元配置为基于所述第一电参数和/或所述第二电参数判断电机内是否出现连接故障。
其中，所述第一操作状态包括相应的驱动电路中的三个高边开关管全部导通且三个低边开关管全部断开，所述第二操作状态包括相应的驱动电路中的三个高边开关管全部断开且三个低边开关管全部导通。
其中，所述第一电参数和所述第二电参数包括相应的驱动电路中的线电压，并且所述判断单元配置为在满足以下条件中的至少一者的情况下确定电机未出现连接故障：
在第一时刻检测的第一驱动电路中的线电压处于第一预定范围内并且在第一时刻中检测的第二驱动电路中的线电压处于第二预定范围内；和
在第二时刻中检测的第一驱动电路中的线电压处于所述第二预定范围内并且在第二时刻检测的第二驱动电路中的线电压处于所述第一预定范围内。
其中，所述第一电参数和所述第二电参数包括相应的驱动电路中的相电流，并且所述判断单元配置为在满足以下条件中的至少一者的情况下确定电机未出现连接故障：
在第一时刻检测的所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的相电流大于第一阈值；和
在第二时刻检测的所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的相电流大于第一阈值。
其中，所述电机为BSG电机。
其中，所述至少两组三相定子绕组采用星形连接构型。
本发明还提出了一种包括如上所述的上电自检装置的电机控制系统。
根据本发明的用于电机的上电自检方法和装置至少能够实现以下优点之一：
1)利用电机内部已有的检测单元即可实现短接故障检测，不用增加新的传感器设备，避免了额外的制造成本；
2)不用改变电机内部已有的电路结构；
3)检测过程方便、快捷，检测时间较短；以及
4)只有在电机上电时执行一次自检，不会对电机的正常工作性能造成影响。
附图说明
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以说明。
图1示出了根据本发明一个示例性实施例的用于电机的上电自检方法的各个执行步骤的流程图。
图2示出了根据本发明一个示例性实施例的用于电机的上电自检装置的结构框图。
图3示出了在图1中所示的方法的第一检测条件下的三相驱动电路的操作状态的示意图。
图4示出了在图1中所示的方法的第二检测条件下的三相驱动电路的操作状态的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图并通过实施例来描述根据本发明的用于电机的上电自检方法和装置。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的各个方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定。
申请人研究发现，在包括多组三相定子绕组的BSG电机(其例如为包括两组三相定子绕组的六相电机)中，如果电路中出现线路老化，则有可能导致两组三相驱动电路之间发生短路，从而使得电机在使用时容易引发功率器件损毁或过温自燃，不仅会带来经济损失，而且有可能危害工作人员的人生安全。
为了解决该问题，本发明提出了一种用于电机的上电自检方法，其能够在电机实际启动前检测各组三相驱动电路之间的连接故障，从而降低电机驱动电路中的功率器件损坏或者过温自燃的风险。
具体而言，本文中的电机可以是包括至少两组三相定子绕组的BSG电机，每组三相定子绕组均采用星形连接构型，并且由相应的三相驱动电路(例如，H桥电路)驱动。根据本发明的上电自检方法旨在检测该BSG电机中的连接故障，例如，各组绕组之间的短接故障。
在本文中，假设以包括两组三相定子绕组的电机为例，则对应的三相驱动电路可包括第一驱动电路UVW和第二驱动电路XYZ，每个驱动电路各自包括连接至高压供电线路T40的三个高边开关管和连接至地线T41的三个低边开关管(参见图2和图3)。
图1示出了根据本发明一个示例性实施例的用于电机的上电自检方法的各个执行步骤的流程图。该自检方法可分为两个阶段，在第一阶段执行UVW高边对XYZ低边的短路检测，在第二阶段执行UVW低边对XYZ高边的短路检测。
在执行实际的检测之前，可预先执行前置条件判断，以确定满足根据本发明的自检方法的操作条件。该前置条件例如可涉及电机转速以及电驱系统中的高压供电线路和低压供电线路的供电情况。
具体地，在前置条件判断过程中，可以检测电机转速，并判断所检测的电机转速是否小于速度设定值(例如，10rpm)。其中，只有在所检测的电机转速小于速度设定值的情况下才执行根据本发明的上电自检方法。
可选地，在前置条件判断过程中，还可判断高压供电线路T40和低压供电线路(其在本领域通常用“T30”标记，图中未示出)是否正常工作。例如，通过检测单元电压，判断T30是否在正常的低压供电范围内(例如12V)，以及T40是否在正常的高压供电范围内(例如48V)。其中，只有在高压供电线路T40和低压供电线路T30均正常工作的情况下才执行根据本发明的上电自检方法。
此外，在执行根据本发明的上电自检方法之前，需要确保驱动电路中各个高边/低边开关管无短路或开路故障。本发明的自检方法是在假设驱动电路UVW、XYZ中的各个开关管均正常的理想情况下实施的。
在满足所有前置条件的情况下，开始执行实际的自检过程，在该自检过程中，电机处于未工作状态。下面参见图1来详细描述根据本发明的上电自检方法的各个操作步骤。
首先，在第一时刻，设置第一检测条件，在该第一检测条件下三相驱动电路的操作状态如图3中所示。具体地，在该第一时刻，使UVW驱动电路的高边开关管全部短路且低边开关管全部断开(可将驱动电路的该状态称为“第一操作状态”)；同时，使XYZ驱动电路的高边开关管全部断开且低边开关管全部短路(可将驱动电路的该状态称为“第二操作状态”)。
在完成该第一检测条件的设置之后，例如，在第一时刻的预定延时(例如，100us)之后，分别检测第一驱动电路UVW和第二驱动电路XYZ中的第一电参数(例如，线电压)，并且基于该第一电参数判断电机内是否出现连接故障，尤其是短接故障(检测判断1)。
例如，如果第一驱动电路UVW中的线电压处于第一预定范围内(例如，处于高压供电电平的可容许偏差范围内，如24～48V)并且第二驱动电路XYZ中的线电压处于第二预定范围内(例如，处于地电平的可容许偏差范围内，如0～24V)，则表明电机的两组定子绕组之间不存在短接故障，即，意味着该电机的上电自检方法测试成功，随后可使电机进入正常运行中；否则，表明电机内存在连接故障，例如，电机内各组定子绕组之间存在短接，意味着该电机的上电自检方法测试失败。
随后，重置设置条件，并且在第二时刻，设置第二检测条件，在该第二检测条件下三相驱动电路的操作状态如图4中所示。具体地，在该第二时刻，使第一驱动电路UVW处于第二操作状态(即，高边开关管全部断开且低边开关管全部短路)且使第二驱动电路XYZ处于第一操作状态(即，高边开关管全部短路且低边开关管全部断开)。
在完成该第二检测条件的设置之后，例如，在第二时刻的预定延时(例如，100us)之后，分别检测第一驱动电路UVW和第二驱动电路XYZ中的第二电参数(例如，线电压)，并且基于该第二电参数判断电机内是否出现连接故障，尤其是短接故障(检测判断2)。
例如，如果第一驱动电路UVW中的线电压处于第二预定范围内并且第二驱动电路XYZ中的线电压处于第一预定范围内，则表明电机的两组定子绕组之间不存在短接故障；否则，表明电机内存在连接故障，例如，电机内各组定子绕组之间存在短接，意味着该电机的上电自检方法测试失败。
可选地，本文的第一电参数和第二电参数还可包括相应的驱动电路中的相电流，并且可基于相电流来判断电机内是否出现连接故障。
例如，如果在第一时刻检测的第一驱动电路UVW和第二驱动电路XYZ中的相电流大于第一阈值，以及/或者，如果第二时刻检测的第一驱动电路UVW和第二驱动电路XYZ中的相电流大于第一阈值，则确定电机出现连接故障，例如，电机内各组定子绕组之间存在短接。
图2示出了根据本发明一个示例性实施例的用于电机的上电自检装置的结构框图。该电机例如可以是BSG电机，其包括至少两组三相定子绕组例如，这两组绕组可以分别采用星形连接构型。每组三相定子绕组由相应的三相驱动电路驱动，该三相驱动电路至少包括第一驱动电路和第二驱动电路，每个驱动电路各自包括连接至电驱系统中的高压供电线路的三个高边开关管和连接至地线的三个低边开关管，其中，该装置包括：用于控制该第一驱动电路和该第二驱动电路的操作状态的控制单元，用于检测该第一驱动电路和该第二驱动电路中的电参数的检测单元，以及判断单元。
具体地，该控制单元配置为：在第一时刻，使第一驱动电路处于第一操作状态且使第二驱动电路处于第二操作状态，并且在第一时刻之后的第二时刻，使第一驱动电路处于第二操作状态且使第二驱动电路处于第一操作状态。如上文所述，该第一操作状态包括相应的驱动电路中的三个高边开关管全部导通且三个低边开关管全部断开，该第二操作状态包括相应的驱动电路中的三个高边开关管全部断开且三个低边开关管全部导通。
检测单元可以检测在第一时刻第一驱动电路和第二驱动电路中的第一电参数以及在第二时刻第一驱动电路和第二驱动电路中的第二电参数。判断单元可基于该检测单元的检测结果来判断电机内是否出现连接故障。
作为一个示例，所述第一电参数和所述第二电参数包括相应的驱动电路中的线电压，并且该判断单元配置为在满足以下条件中的至少一者的情况下确定电机未出现连接故障：
在第一时刻检测的第一驱动电路中的线电压处于第一预定范围内并且在第一时刻中检测的第二驱动电路中的线电压处于第二预定范围内；和
在第二时刻中检测的第一驱动电路中的线电压处于所述第二预定范围内并且在第二时刻检测的第二驱动电路中的线电压处于所述第一预定范围内。
作为另一个示例，所述第一电参数和所述第二电参数包括相应的驱动电路中的相电流，并且所述判断单元配置为在满足以下条件中的至少一者的情况下确定电机未出现连接故障：
在第一时刻检测的所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的相电流大于第一阈值；和
在第二时刻检测的所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的相电流大于第一阈值。
根据本发明的用于电机的上电自检方法和装置至少能够实现以下优点之一：
1)利用电机内部已有的检测单元即可实现短接故障检测，不用增加新的传感器设备，避免了额外的制造成本；
2)不用改变电机内部已有的电路结构；
3)检测过程方便、快捷，检测时间较短；以及
4)只有在电机上电时执行一次自检，不会对电机的正常工作性能造成影响。
在本发明中，术语“连接”可选指“电连接”。此外，“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元以外，本申请的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元的情形。再者，诸如“第一”、“第二”、“第三”等等之类的用语并不表示元器件或数值在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各元器件或数值之用。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限于此。在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本发明的保护范围内，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (13)
1.一种用于电机的上电自检方法，该电机包括至少两组三相定子绕组，每组三相定子绕组由相应的三相驱动电路驱动，所述三相驱动电路至少包括第一驱动电路和第二驱动电路，每个驱动电路各自包括连接至电驱系统中的高压供电线路的三个高边开关管和连接至地线的三个低边开关管，其中，该方法包括如下步骤：
第一步骤：在第一时刻，使所述第一驱动电路处于第一操作状态且使所述第二驱动电路处于第二操作状态，并且分别检测所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的第一电参数；
第二步骤：在所述第一时刻之后的第二时刻，使所述第一驱动电路处于第二操作状态且使所述第二驱动电路处于第一操作状态，并且分别检测所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的第二电参数；以及
第三步骤：基于在第一时刻所检测的第一电参数和/或在第二时刻所检测的第二电参数判断电机内是否出现连接故障。
2.根据权利要求1所述的上电自检方法，其中，所述第一操作状态包括相应的驱动电路中的三个高边开关管全部导通且三个低边开关管全部断开，所述第二操作状态包括相应的驱动电路中的三个高边开关管全部断开且三个低边开关管全部导通。
3.根据权利要求2所述的上电自检方法，其中，所述第一电参数和所述第二电参数包括相应的驱动电路中的线电压，其中，在满足以下条件中的至少一者的情况下确定电机未出现连接故障：
在第一时刻检测的第一驱动电路中的线电压处于第一预定范围内并且在第一时刻中检测的第二驱动电路中的线电压处于第二预定范围内；和
在第二时刻中检测的第一驱动电路中的线电压处于所述第二预定范围内并且在第二时刻检测的第二驱动电路中的线电压处于所述第一预定范围内。
4.根据权利要求2所述的上电自检方法，其中，所述第一电参数和所述第二电参数包括相应的驱动电路中的相电流，其中，在满足以下条件中的至少一者的情况下确定电机出现连接故障：
在第一时刻检测的所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的相电流大于第一阈值；和
在第二时刻检测的所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的相电流大于第一阈值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的上电自检方法，其中，该方法还包括判断电机转速是否小于速度设定值的步骤，
其中，只有在所检测的电机转速小于所述速度设定值的情况下才执行所述第一步骤。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的上电自检方法，其中，该方法还包括判断电驱系统中的高压供电线路和低压供电线路是否正常工作的步骤，
其中，只有在所述高压供电线路和所述低压供电线路均正常工作的情况下才执行所述第一步骤。
7.一种用于电机的上电自检装置，该电机包括至少两组三相定子绕组，每组三相定子绕组由相应的三相驱动电路驱动，所述三相驱动电路至少包括第一驱动电路和第二驱动电路，每个驱动电路各自包括连接至电驱系统中的高压供电线路的三个高边开关管和连接至地线的三个低边开关管，其中，该装置包括用于控制所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的操作状态的控制单元、用于检测所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的电参数的检测单元以及判断单元，其中，
所述控制单元配置为：在第一时刻，使所述第一驱动电路处于第一操作状态且使所述第二驱动电路处于第二操作状态，并且在所述第一时刻之后的第二时刻，使所述第一驱动电路处于第二操作状态且使所述第二驱动电路处于第一操作状态，
所述检测单元配置为：检测在第一时刻所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的第一电参数以及在所述第二时刻所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的第二电参数，
所述判断单元配置为基于所述第一电参数和/或所述第二电参数判断电机内是否出现连接故障。
8.根据权利要求7所述的上电自检装置，其中，所述第一操作状态包括相应的驱动电路中的三个高边开关管全部导通且三个低边开关管全部断开，所述第二操作状态包括相应的驱动电路中的三个高边开关管全部断开且三个低边开关管全部导通。
9.根据权利要求8所述的上电自检装置，其中，所述第一电参数和所述第二电参数包括相应的驱动电路中的线电压，并且所述判断单元配置为在满足以下条件中的至少一者的情况下确定电机未出现连接故障：
在第一时刻检测的第一驱动电路中的线电压处于第一预定范围内并且在第一时刻中检测的第二驱动电路中的线电压处于第二预定范围内；和
在第二时刻中检测的第一驱动电路中的线电压处于所述第二预定范围内并且在第二时刻检测的第二驱动电路中的线电压处于所述第一预定范围内。
10.根据权利要求8所述的上电自检装置，其中，所述第一电参数和所述第二电参数包括相应的驱动电路中的相电流，并且所述判断单元配置为在满足以下条件中的至少一者的情况下确定电机未出现连接故障：
在第一时刻检测的所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的相电流大于第一阈值；和
在第二时刻检测的所述第一驱动电路和所述第二驱动电路中的相电流大于第一阈值。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的上电自检装置，其中，所述电机为BSG电机。
12.根据权利要求7至10中任一项所述的上电自检装置，其中，所述至少两组三相定子绕组采用星形连接构型。
13.一种包括根据权利要求7至12中任一项所述的上电自检装置的电机控制系统。
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