CN117813760A - 用于校正尤其是电动车辆或混合动力车辆的电机的测得的绕组温度的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于校正尤其是电动推进或混合动力推进机动车辆(6)的AC电机(1)的绕组(2)的温度测量结果的方法，该方法包括不断地检索由位于该绕组(2)的表面上的温度传感器(5)测得的该绕组(2)的测量温度值(Tmes)、由位置传感器(9)测得的所述电机(1)的测量转速值(ω)、以及由电流传感器(10)测得的流过控制该电机(1)的逆变器(7)的有效电流(Ieff)的测量值，所述方法基于该电机的测量温度(Tmes)和校正总热损耗的估计(Ptot)来校正所测量的绕组温度值(Tmes)，该校正总热损耗的估计(Ptot)取决于焦耳效应损耗的估计(PJ)，该焦耳效应损耗的估计基于对由该电机(1)的交变性质引起的热损耗的校正以及对由该电机(1)的扭矩和转速引起的热损耗的校正进行校正。
Description
技术领域
本发明涉及旋转电机的领域，并且具体地涉及对此类机器的温度进行测量。
背景技术
在尤其包括绕组的电机的情况下，由于制造此类电机的程序的限制，温度探针(例如被称为“CTN”的负温度传感器)被设置在线圈头的外表面上。
测量温度值偏离绕组中心处的实际温度值，在动态行驶曲线上尤其如此。由于绕组线与远离绕组芯的温度探针之间存在接触电阻，以及测量结果与沿着铜线的热传导之间的延迟，这种差异被加强。
在通过在线圈头上喷射油来冷却电机的情况下，绕组最高温度被低估的现象会增加。
通常，在多个电机拓扑中，绕组的中心构成最热点，因此关键是在具有电动或混合动力推进的机动车辆上对该点进行连续监测。
并且低估绕组的温度可能导致对绕组的健康状态和热状态的不正确评估，并且超过绕组热等级的过热可能会引起尤其是绕组铜线的绝缘层的损坏、以及短路，从而导致电机停止运行或对驾驶员造成危险。
为了限制以上问题，已知的做法是向温度测量结果应用裕量。然而，这样应用裕量可能会极大地限制电机的性能水平，这通过对所需扭矩的限制而被驾驶员直接感觉到。
此外，在三相AC电机中，当通过踩下加速器踏板使车辆在斜坡上保持不动时，转子不会旋转。因此，电流不再在三个相之间交替。因此，所有电流通常仅进入三个相中的一个相，因此只有该相被加热，或者在其他情况下，进入三个相中的两个相，因此只有这两个相被加热。现在，通常，温度探针位于三相机器中的三个相之一的表面上。在温度探针不位于被供应电流的相表面上的情况下，则其所位于的相表面保持为冷，因此探针无法检测到机器的加热，而这种加热可能会达到极限温度。
发明内容
因此，本发明的目的是改善电机的绕组的温度测量结果，同时保证电机的性能水平和对电机的过热保护。
本发明的主题是一种用于校正尤其是具有电动或混合动力推进的机动车辆的AC电机的绕组的温度测量结果的方法，其中，在每一时刻检索由位于该绕组的表面上的温度探针测得的该绕组的测量温度值、由位置传感器测得的所述电机的测量转速值、以及由电流传感器测得的流过控制该电机的逆变器的RMS电流的测量值。
绕组的测量温度值根据电机的测量温度和校正总热损耗的估计进行校正，校正总热损耗的估计取决于由焦耳效应引起的损耗的估计，该由焦耳效应引起的损耗的估计根据对由电机的交变性质引起的热损耗的校正以及对由电机的扭矩和转速引起的热损耗的校正进行校正。
电机的校正总热损耗的估计使得可以仅基于由焦耳效应引起的热损耗的估计来细化对绕组的测量温度的校正。事实上，其他来源也可能是热损耗的根源，如源自电机交变性质的已知物理现象(比如趋肤效应或涡流)，或者甚至是如机器中的额外损耗，主要是转子损耗和机械损耗，因此取决于电机的转速及其扭矩，特别是在通过油喷射冷却的机器的情况下。
因此，电机的校正总热损耗的估计允许对绕组的测量温度进行更准确的校正。
此外，一方面根据电机的总热损耗的估计并且另一方面根据绕组的测量温度本身来对绕组的测量温度进行校正使得可以管理作为机器极限温度的函数而应用的校正的幅度。事实上，例如在低温度下，超过该极限温度的风险较低，并且因此应用显著的校正主要具有限制电机的性能水平的效果。因此，包含测量温度允许更好地管理电机，以便更好地保证其性能水平，而没有过热的风险。
对由电机的交变性质引起的热损耗的校正使得可以校正由源自电机的交变性质的物理现象(例如趋肤效应和涡流)而引起的热损耗。这些效果主要在机器的高转速下出现，并且对其的校正使得可以在高速下更准确地估计电机的总热损耗。因此，对绕组的测量温度进行的校正被细化。
对由电机的扭矩和转速引起的热损耗的校正使得可以管理在通过踩下加速器踏板而使车辆在斜坡上保持不动的情况下的任何过热。事实上，在这种情况下，尽管有连续的扭矩，机器的速度仍为零。这意味着电流为机器供电并对其进行加热。对基于机器的扭矩和速度的热损耗进行校正使得可以考虑这种情况，并避免过热，即使在温度探针未以检测机器加热的方式放置的情况下也是如此。然而，这种校正的好处不限于这种情况，并且在电机的整个扭矩-转速空间中都存在对测量温度的校正的准确度提高效果。
有利地，对由电机的交变性质引起的损耗的校正包括应用第一校正因子，该第一校正因子是从在测试台上对电机执行的先前测试中得到的。
例如，将热电偶安装在原型的绕组芯处，这对于安装在机动车辆中的电机是不可能的。
第一校正因子是所述电机的测量温度值和测量转速值来确定的。
有利地，对由电机的扭矩和转速引起的损耗的校正包括应用第二校正因子，该第二校正因子是从在测试台上对电机执行的先前测试中得到的，并且是所述电机的测量转速值及其扭矩的估计来确定的。
有利地，根据绕组的RMS电流和测量温度值来计算由焦耳效应引起的损耗的估计。
因此考虑由于电阻根据温度变化而导致的这些损耗对温度的依赖性。
有利地，根据绕组的测量温度和校正总热损耗的估计来确定从在测试台上对电机上执行的先前测试中得到的温度校正因子，该校正总热损耗的估计是由焦耳效应引起的损耗的估计、对由电机的交变性质引起的热损耗的校正以及对由电机的扭矩和转速引起的热损耗的校正的乘积。
有利地，通过将所述校正因子与绕组的测量温度值相加来计算中间校正值。
然后可以通过利用离散状态积分器对乘以系数的该中间校正值进行滤波来计算最终校正值。
根据第二方面，本发明涉及一种用于校正尤其是具有电动或混合动力推进的机动车辆的电机的绕组的温度测量结果的系统，该系统包括位于该绕组的表面上的温度探针、测量该电机的转速的位置传感器以及测量流过控制该电机的逆变器的RMS电流的电流传感器。
该系统包括模块，该模块被配置为根据由温度探针测得的绕组的测量温度、以及根据在用于估计电机的校正总热损耗的模块中执行的对电机的校正总热损耗的估计来确定温度校正函数。
有利地，该用于估计电机的总热损耗的模块被配置为根据电机的RMS电流、测量温度值、测量转速以及由电机传递的扭矩的估计来确定电机的校正总热损耗的估计，并且其中，该用于估计电机的总热损耗的模块包括用于估计由焦耳效应引起的损耗的模块、用于校正由电机的交变性质引起的损耗的模块、以及用于校正由电机的扭矩和转速引起的损耗的模块。
优选地，该用于校正由电机的交变性质引起的损耗的模块被配置为根据所述电机的测量温度值和测量转速值来确定用于由电机的交变性质引起的损耗的第一校正因子。
有利地，该用于校正由电机的扭矩和转速引起的损耗的模块被配置为根据所述电机的测量转速值和扭矩的估计来确定用于由电机的扭矩和转速引起的损耗的第二校正因子。
有利地，该用于估计由焦耳效应引起的损耗的模块被配置为根据绕组的RMS电流和测量温度值来计算由焦耳效应引起的损耗的估计。
有利地，该用于估计电机的总热损耗的模块包括第一乘法器和第二乘法器，该第一乘法器被配置为将由电机的交变性质引起的损耗的校正因子与由电机的扭矩和转速引起的损耗的校正因子相乘并传递热损耗的全局校正因子，该第二乘法器被配置为将该由焦耳效应引起的损耗的估计与该热损耗的全局校正因子相乘并传递电机的总热损耗的估计。
优选地，该校正模块包括第一加法器，该第一加法器被配置为将温度校正因子与绕组的测量温度值相加并传递中间校正值。
优选地，该校正模块包括用于向该中间校正值施加系数的模块、以及包括离散状态积分器并传递最终校正值的滤波模块。
本发明还涉及一种具有电动或混合动力推进的机动车辆，该机动车辆包括至少一个电机、逆变器、用于控制该逆变器的装置、用于管理该电机的性能水平的系统、以及根据本发明的用于校正绕组的温度测量结果的系统，该用于校正绕组的温度测量结果的系统旨在被集成到该逆变器控制装置中并且被配置为将该绕组的校正温度值传递到该用于管理电机的性能水平的系统。
附图说明
通过阅读单纯作为非限制性示例并参考附图所给出的以下描述，本发明的其他目标、特征和优点将变得显而易见，在附图中：
-图1展示了三相电机；
-图2示意性地展示了具有电动或混合动力推进的机动车辆，该机动车辆包括根据本发明的绕组温度校正系统；
-图3详细地表示了图2的绕组温度校正系统；
-图4表示了用于估计图3的绕组温度校正系统的输入处的校正总热损耗的模块；以及
-图5表示了根据本发明的绕组温度校正方法的实施模式。
具体实施方式
图1展示了三相电机1，其包括绕组2和设置在绕组2的线圈4的头上的三个电流供应相3a、3b和3c。温度探针5设置在绕组2的线圈4的头上，由电机1的相3a承载，并且在每一时刻测量绕组2的温度Tmes。
如在图2中所展示的，具有电动或混合动力推进的机动车辆6包括至少一个电机1、逆变器7以及逆变器控制装置，该逆变器控制装置包括旨在控制电机1的逆变器7的软件控制装置8。
除了温度探针5之外，位置传感器9也安装在电机1中并且使得可以测量所述电机1的转速值ω。
电流传感器10安装在逆变器7中，并且使得可以测量流过逆变器7的RMS电流Ieff。
机动车辆6进一步包括用于校正绕组2的温度的系统11，该系统旨在被集成到软件8中，该软件使得可以控制电机1。系统11提供绕组2的温度的校正值Tcorr。例如，校正值Tcorr被传递到逆变器控制装置的用于管理电机1的性能水平的系统(图中未表示)。
逆变器控制装置的软件8接收以下各项作为输入：从温度探针5得到的测量温度Tmes、从位置传感器9得到的电机1的测量转速值或速度(表示为ω)、从电流传感器10得到的RMS电流Ieff、以及在用于根据已知方法估计发动机扭矩的模块12中根据关于电机1的输入电流的电磁数据来确定的发动机扭矩C的估计。
绕组2的温度校正系统11一方面接收绕组2的测量温度Tmes以及另一方面接收校正总热损耗的估计Ptot作为输入。该校正总热损耗的估计Ptot是从图4中详细展示的用于估计校正总热损耗的模块13获得的。
用于估计校正总热损耗的模块13包括用于估计由焦耳效应引起的损耗PJ的模块14、用于校正由电机1的交变性质引起的热损耗的模块15、以及用于校正由电机1的扭矩和转速引起的热损耗的模块16。用于估计校正总热损耗的模块13接收以下各项作为输入：绕组2的测量温度Tmes、电机1的测量转速值或速度(表示为ω)、RMS电流Ieff、以及发动机扭矩C的估计。
用于估计由焦耳效应引起的损耗的模块14根据RMS电流Ieff和测量温度Tmes来确定由焦耳效应引起的损耗的估计PJ。还通过以下等式考虑由于电阻R根据温度变化而导致的这些损耗对温度的依赖性：
PJ(T)＝R(T).Ieff2 等式1
用于校正由电机1的交变性质引起的热损耗的模块15根据绕组2的测量温度值Tmes以及电机1的测量转速值ω来确定热损耗的第一校正因子F1。该第一校正因子F1是从在测试台上对电机执行的先前测试中得到的，并且一方面根据绕组2的测量温度值Tmes以及另一方面根据电机1的测量转速值ω而变化。
用于校正由电机1的扭矩和转速引起的热损耗的模块16根据电机1的测量转速值ω和扭矩C的估计来确定热损耗的第二校正因子F2。该第二校正因子F2是从在测试台上对电机执行的先前测试中得到的，并且根据扭矩C的估计值和电机的测量转速值ω而变化。因子F2的表格是电机1的扭矩和转速或速度的函数。
在保持在斜坡上的情况下，转速非常低，为每分钟0至10转的数量级。在这种情况下，由模块16传递的校正因子F2比机器的转速谱的其余部分中的校正因子高得多，以便避免在先前描述的温度探针未放置在右侧相3a上的情况下电机1过热。因此，用于低转速的校正因子可以例如是针对较高且大约每分钟10转的转速而传递的校正因子F2的15倍的量级。
用于估计校正总热损耗的模块13进一步包括第一乘法器17和第二乘法器18，该第一乘法器被配置为将第一校正因子F1与第二校正因子F2相乘并传递热损耗的全局校正因子F；该第二乘法器被配置为将热损耗的全局校正因子F与由焦耳效应引起的损耗的估计PJ相乘，从而传递电机1的总热损耗的估计Ptot。
如前所述，用于校正绕组2的温度的系统11一方面接收测量温度Tmes以及另一方面接收校正总热损耗的估计Ptot作为输入。
在图3中详细展示的绕组2的温度校正系统11包括用于校正由温度探针5测得的测量温度Tmes的模块19，该模块根据机器1的总热损耗的估计Ptot以及根据绕组2的测量温度Tmes来传递校正因子K1。温度的校正因子K1是从在测试台上对电机执行的先前测试中得到的，并且一方面根据绕组2的测量温度值Tmes以及另一方面根据机器的总热损耗的估计Ptot而变化。
因此，校正模块19传递用于测量温度Tmes的校正因子K1，该校正因子对于相同的测量温度值、但两个不同的估计总损耗值而言是不同的。
类似地，校正模块19传递用于测量温度Tmes的校正因子K1，该校正因子对于相同的估计总损耗值、但两个不同的测量温度而言是不同的。
这样，校正要准确得多，并且可以决定不过度校正测量温度，如果尽管估计损耗很大，但测量温度不是很高，则超过极限温度的概率仍然很低。
绕组2的温度校正系统11进一步包括加法器20，该加法器被配置为将测量温度值Tmes与测量温度Tmes的校正因子K1相加，并传递中间校正值T1。
绕组2的温度校正系统11还包括用于在滤波模块22的输入处应用系数Kp的模块21，该滤波模块包括离散状态积分器并传递最终校正值Tcorr。然后，将最终校正值Tcorr循环返回，并在加法器20中减去该最终校正值。系数Kp是在模块22中应用的滤波器的增益。
因此，温度校正系统11使得可以有效地将在绕组的表面上测得的测量温度Tmes重新调整为绕组芯处的实际温度。
图5中表示的流程图展示了图2中表示的系统所实施的方法500的示例。
在第一步骤501中，检索由温度探针5测得的绕组2的测量温度值Tmes、由位置传感器9测得的所述电机1的转速值ω、以及由电流传感器10测得的流过逆变器7的RMS电流的测量结果Ieff。
在步骤502中，估计由电机1传递的发动机扭矩C。
在步骤503中，根据RMS电流Ieff和测量温度Tmes来计算由焦耳效应引起的损耗的估计PJ。
还通过以下等式考虑由于电阻R根据温度变化而导致的这些损耗PJ对温度的依赖性：
PJ(T)＝R(T).Ieff2 等式1
在下一步骤504中，确定用于由电机1的交变性质引起的热损耗的第一校正因子F1。
第一校正因子F1根据绕组2的测量温度值Tmes和电机的转速而变化。第一校正因子F1是从在测试台上对电机执行的先前测试中得到的。
在步骤505中，确定用于由电机1的扭矩和转速引起的热损耗的第二校正因子F2。
第二校正因子F2根据电机1的转速值和扭矩C的估计而变化。第二校正因子F2是从在测试台上对电机执行的先前测试中得到的。
在步骤506中，通过将所述第一校正因子F1和第二校正因子F2相乘来计算热损耗的全局校正因子F，并且在步骤507中，通过将全局校正因子F乘以在步骤503中计算出的由焦耳效应引起的损耗的估计值PJ来计算电机1的校正总热损耗的估计。
在步骤508中，为温度探针5测得的测量温度Tmes确定校正因子K1。
校正因子K1根据机器1的总热损耗的估计并且根据绕组2的测量温度Tmes而变化。温度的校正因子K1是从在测试台上对电机执行的先前测试中得到的。
在步骤509中，通过将测量温度Tmes的所述校正因子K1与绕组2的测量温度值Tmes相加来确定中间校正值T1。
步骤510和511实施关于该中间校正值T1的调节循环。在步骤510中，向所述中间校正值T1的误差应用系数Kp，并且在步骤511中，通过利用离散状态积分器对由误差乘以增益Kp得到的先前值进行滤波来计算最终校正值Tcorr。该离散积分器的z传递函数的形式为：
其中，T是采样周期。
然后，最终校正值Tcorr被循环返回，并且在步骤509中，从中间校正值T1中减去该最终校正值。
根据预先在原型上执行的实验测量来构造用于关于绕组芯的实际温度校正测量温度的方法，并向其供电。例如，将热电偶安装在原型的绕组芯处，这对于安装在机动车辆中的电机是不可能的。
借助于本发明，改善了电机的绕组的温度测量结果，从而使温度测量结果接近绕组芯处的实际温度值，同时保证了电机的性能水平和对电机的过热保护。
Claims (16)
1.一种用于校正尤其是具有电动或混合动力推进的机动车辆(6)的交流电机(1)的绕组(2)的温度测量结果的方法，其中，在每一时刻检索由位于该绕组(2)的表面上的温度探针(5)测得的该绕组(2)的测量温度值(Tmes)、由位置传感器(9)测得的所述电机(1)的测量转速值(ω)、以及由电流传感器(10)测得的流过控制该电机(1)的逆变器(7)的RMS电流(Ieff)的测量值，该校正方法根据该电机的测量温度(Tmes)和校正总热损耗的估计(Ptot)来校正所测量的绕组温度值(Tmes)，该校正总热损耗的估计(Ptot)取决于由焦耳效应引起的损耗的估计(PJ)，该由焦耳效应引起的损耗的估计根据对由该电机(1)的交变性质引起的热损耗的校正以及对由该电机(1)的扭矩和转速引起的热损耗的校正进行校正。
2.如权利要求1所述的校正方法，其中，对由该电机(1)的交变性质引起的损耗的该校正包括应用第一校正因子(F1)，该第一校正因子是从在测试台上对电机执行的先前测试中得到的，并且是根据所述电机(1)的测量温度值(Tmes)和测量转速值(ω)来确定的。
3.如权利要求1或2所述的校正方法，其中，对由该电机(1)的扭矩和转速引起的损耗的该校正包括应用第二校正因子(F2)，该第二校正因子是从在测试台上对电机执行的先前测试中得到的，并且是根据所述电机(1)的测量转速值(ω)和其扭矩(C)的估计来确定的。
4.如权利要求1至3中任一项所述的校正方法，其中，根据该绕组(2)的RMS电流(Ieff)和测量温度值(Tmes)来计算该由焦耳效应引起的损耗的估计(PJ)。
5.如权利要求1至4中任一项所述的校正方法，其中，根据该绕组(2)的测量温度(Tmes)和校正总热损耗的估计(Ptot)来确定从在测试台上对电机上执行的先前测试中得到的温度校正因子(K1)，该校正总热损耗的估计(Ptot)是由焦耳效应引起的损耗的估计(PJ)、对由该电机(1)的交变性质引起的热损耗的校正(F1)以及对由该电机(1)的扭矩和转速引起的热损耗的校正(F2)的乘积。
6.如权利要求5所述的校正方法，其中，通过将所述校正因子(K1)与该绕组(2)的测量温度值(Tmes)相加来计算中间校正值(T1)。
7.如权利要求6所述的用于校正绕组的温度测量结果的方法，其中，通过利用离散状态积分器对乘以系数(Kp)的该中间校正值(T1)进行滤波来计算最终校正值(Tcorr)。
8.一种用于校正尤其是具有电动或混合动力推进的机动车辆(6)的电机(1)的绕组(2)的温度测量结果的系统(11)，该系统包括位于该绕组(2)的表面上的温度探针(5)、测量该电机(1)的转速(ω)的位置传感器(9)以及测量流过控制该电机(1)的逆变器(7)的RMS电流(Ieff)的电流传感器(10)，其特征在于，该系统包括模块(19)，该模块被配置为根据由该温度探针(5)测得的该绕组(2)的测量温度(Tmes)、以及根据在用于估计该电机的校正总热损耗的模块(13)中执行的对该电机(1)的校正总热损耗的估计(Ptot)来确定温度校正因子(K1)。
9.如权利要求8所述的校正系统(11)，其中，该用于估计该电机(1)的总热损耗的模块(13)被配置为根据该电机(1)的RMS电流(Ieff)、测量温度值(Tmes)、测量转速(ω)以及由该电机(1)传递的扭矩(C)的估计来确定该电机(1)的校正总热损耗的估计(Ptot)，并且其中，该用于估计该电机(1)的总热损耗的模块(13)包括用于估计由焦耳效应引起的损耗的模块(14)、用于校正由该电机(1)的交变性质引起的损耗的模块(15)、以及用于校正由该电机(1)的扭矩和转速引起的损耗的模块(16)。
10.如权利要求9所述的校正系统(11)，其中，该用于校正由该电机(1)的交变性质引起的损耗的模块(15)被配置为根据所述电机(1)的测量温度值(Tmes)和测量转速值(ω)来确定用于由该电机(1)的交变性质引起的损耗的第一校正因子(F1)。
11.如权利要求9或10所述的校正系统(11)，其中，该用于校正由该电机(1)的扭矩和转速引起的损耗的模块(16)被配置为根据所述电机(1)的测量转速值(ω)和该扭矩(C)的估计来确定用于由该电机的扭矩和转速引起的损耗的第二校正因子(F2)。
12.如权利要求9至11中任一项所述的校正系统(11)，其中，该用于估计由焦耳效应引起的损耗的模块(14)被配置为根据该绕组(2)的RMS电流(Ieff)和测量温度值(Tmes)来计算由焦耳效应引起的损耗的估计(PJ)。
13.如权利要求9至12中任一项所述的校正系统(11)，其中，该用于估计该电机(1)的总热损耗的模块(13)包括第一乘法器(17)和第二乘法器(18)，该第一乘法器被配置为将由该电机的交变性质引起的损耗的校正因子(F1)与由该电机的扭矩和转速引起的损耗的校正因子(F2)相乘并传递热损耗的全局校正因子(F)，该第二乘法器被配置为将该由焦耳效应引起的损耗的估计(PJ)与该热损耗的全局校正因子(F)相乘并传递该电机(1)的总热损耗的估计(Ptot)。
14.如权利要求8至13中任一项所述的校正系统(11)，包括第一加法器(20)，该第一加法器被配置为将该温度校正因子(K1)与该绕组(2)的测量温度值(Tmes)相加并传递中间校正值(T1)。
15.如权利要求14所述的校正系统(11)，包括用于向该中间校正值(T1)应用系数(Kp)的模块(21)，以及包括离散状态积分器并传递最终校正值(Tcorr)的滤波模块(22)。
16.一种具有电动或混合动力推进的机动车辆(6)，该机动车辆包括至少一个电机(1)、逆变器(7)、用于控制该逆变器的装置、用于管理该电机(1)的性能水平的系统、以及如权利要求8至15中任一项所述的用于校正该绕组(2)的温度测量结果的系统(11)，该用于校正该绕组的温度测量结果的系统旨在被集成到该逆变器控制装置中并且被配置为将该绕组(2)的校正温度值(Tcorr)传递到该用于管理该电机(1)的性能水平的系统。
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