WO2023155941A1 - 一种纯电动汽车中永磁电机过温的保护方法 - Google Patents

一种纯电动汽车中永磁电机过温的保护方法 Download PDF

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张刚
方杰
杜成涛
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Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车中永磁电机过温的保护方法，涉及永磁电机技术领域，包括以下步骤：S1：按照预设的时间间隔采集电动车的电机的温度，采集所述电机定子的定子温度，并将温度信号传输至控制系统的判断模块与控制策略模块，控制系统对永磁电机温度进行判别，用预设变化梯度这一速率渐进地实现电机最大可用功率的调节，从而避免了功率变化过大导致瞬时变化而导致的车辆颠簸等问题，提高电机运转的稳定性，该方法通过实时采集电机温度以及转子温度以实现对电机温度状态的实时监控，根据电机的温度状态采取不同方式控制电机的运行，针对不同温度状态采取不同的保护措施，以实现对电机精确散热从而保护电机。

Description

一种纯电动汽车中永磁电机过温的保护方法 技术领域
本发明涉及永磁电机技术领域，具体为一种纯电动汽车中永磁电机过温的保护方法。
 背景技术
电机在运行过程中会产生大量热量，如果未能及时将这些热量散发，电机温度将持续升高，会导致永磁体退磁同时会使电机性能急剧降低；并且会加速电机老化，甚至严重时将导致电机关键零部件过热损坏。
经检索，中国专利授权号为CN103944485A的专利公开了一种纯电动汽车中永磁电机过温的保护方法，虽然能达到电机过温保护的目的，又能满足整车上其它用电设备正常用电的需求，从而保证车辆的稳定可靠运行，避免车辆的安全隐患，但仅控制转矩只能减少热量产生，无法带走电机内部累积的热量，因此，单独控制转矩或冷却液流量时，并且当温度判断精度不足时，计算出的冷却液流量可能无法匹配电机的冷却需求，电机仍然存在过热损坏的风险，并且该输出的功率变化较为突然，并且时大时小，这样就造成了车辆的抖动，严重影响了车辆的舒适度。
 发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种纯电动汽车中永磁电机过温的保护方法，解决了背景技术中所提出的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种纯电动汽车中永磁电机过温的保护方法，包括以下步骤：
S1：按照预设的时间间隔采集电动车的电机的温度，采集所述电机定子的定子温度，并将温度信号传输至控制系统的判断模块与控制策略模块，控制系统对永磁电机温度进行判别，当温度小于等于135°C时， 永磁电机正常运行， 当温度大于135°C时， 控制系统对永磁电机运行状态进行判别，当有驱动电机的温度大于设定温度值时，计算该驱动电机与其余驱动电机中的n个驱动电机温度之差的绝对值；
S2：根据实时采集的电机温度进行运行风险判断，判断所述绝对值大于设定温度差值的数量是否均大于n/2，如果大于，则判断为用于检测该驱动电机温度的温度传感器发生跳变，否则判断为该驱动电机的温度过高；n的值不小于2；
S3：电机运行无风险时，所述控制策略模块维持电机转矩与冷却液流量不变，当驱动电机的温度过高时，电机运行存高风险，所述控制策略模块控制电机停止运行并进行电机故障提示，控制系统控制该驱动电机停止运行或者降功率运行，并发出相应的报警信号；若实时采集的电机温度处于预设过温保护范围内，判定电机运行存在中风险，电机运行存在中风险时，控制策略模块根据多变量区间控制策略控制电机的运行状态，所述控制策略模块还用以下发控制指令；
S4：判断所述当前温度值是否与所述电机的前次温度值相同；若否以预设变化梯度的速率调节当前所述电机的最大可用功率。
优选的，所述步骤S3中电机保护系统包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行时的计算机程序，所述处理器还连接有温度传感器，温度传感器用于检测各驱动电机的温度。
优选的，所述步骤S3中判定电机运行存在中风险包括：
a.判断所述温度是否大于或等于预设的一级过温保护阈值；
b.在所述温度大于或等于所述一级过温保护阈值时，检测所述温度达到的最高值，输出过温报警信号，所述过温报警信号用于表征所述电动车处于过温故障状态，且所述过温报警信号在所述电动车重新上电后被清除，并以所述最高值对应的限功率系数限制所述电机的最大输出功率；
c.其中，在所述温度大于或等于所述一级过温保护阈值时，所述温度越高，对应的限功率系数越大，且所述限功率系数越大，对所述最大输出功率的限制越大；
d.判断所述温度是否小于或等于预设的功率恢复温度阈值，并在所述温度小于或等于所述功率恢复温度阈值时，停止限制所述电机的最大输出功率，逐渐减小所述限功率系数，使所述电机的最大输出功率在预设时长内逐渐恢复至所述电机的额定输出功率，其中，所述功率恢复温度阈值小于或等于所述一级过温保护阈值。
优选的，所述步骤S1中获取实时温度还包括实时获取冷却系统的冷却液温度，包括实时获取冷却系统的冷却液温度；确定同一时刻的所述电机温度与所述冷却液温度的温度差；基于所述温度差，确定温差补偿系数；基于所述温差补偿系数和所述电机温度的变化率，确定所述温升斜率。
优选的，所述步骤S4中，以预设变化梯度的速率调节当前所述电机的最大可用功率具体为：若所述当前温度值大于所述前次温度值时，则当前所述电机的最大可用功率相比于前次所述电机的最大可用功率下降第一预设功率系数；若所述当前温度值小于所述前次温度值时，则当前所述电机的最大可用功率相比于前次所述电机的最大可用功率上升第二预设功率系数；其中，所述预设变化梯度具体为大于或等于0.1Nm/10ms；若所述当前温度值大于所述前次温度值1°时，则所述第一预设功率系数具体为所述电机的最大功率的5％；若所述当前温度值小于所述前次温度值1°时，则所述第二预设功率系数具体为所述电机的最大功率的5％，所述当前温度值与所述前次温度值之间的差值与所述第一预设功率系数或所述第二预设功率系数成正比。
优选的，所述步骤S1中还包括采集所述电机定子的定子温度；计算所述定子温度的目标衰减率，以使得所述定子温度在预设时间内上升至指定温度时所述定子温度的温升率降为零，所述目标衰减率表示单位时间所述定子温度的温升率的衰减程度；当满足触发条件时，基于所述目标衰减率与所述定子温度的实际衰减率确定转矩控制系数，所述定子温度的实际衰减率表示当前时刻所述定子温度的温升率的衰减程度。
优选的，触发条件根据当前时刻的所述温升率估算，当前时刻的所述定子温度上升至所述指定温度需要的时间小于所述预设时间。
优选的，触发条件还包括所述定子温度的温升率为正；并且所述实际衰减率小于所述目标衰减率，计算定子目标衰减率根据当前时刻的所述定子温度以及所述温升率，估算所述定子温度上升至所述指定温度需要的预估时间；基于所述预估时间确定所述预设时间，计算所述定子温度的目标衰减率，以使所述定子温度在所述预设时间内上升至所述指定温度时所述定子温度的温升率降为零。
优选的，所述转矩控制系数基于所述目标衰减率与所述实际衰减率的偏差，通过对所述偏差进行查表、PI控制或者转矩分级控制确定。
本发明提供了一种纯电动汽车中永磁电机过温的保护方法。具备以下有益效果：
该一种纯电动汽车中永磁电机过温的保护方法，用预设变化梯度这一速率渐进地实现电机最大可用功率的调节，从而避免了功率变化过大导致瞬时变化而导致的车辆颠簸等问题，从而有利于在防止电机温度过高的同时，还能够使得电机最大可用功率的变化平缓，提高电机运转的稳定性，该方法通过实时采集电机温度以及转子温度以实现对电机温度状态的实时监控，进而有利于保证电机温度数据的精确度，同时通过将采集的实时电机温度与预设过温保护范围进行判断，从而确定当前电机的温度状态，根据电机的温度状态采取不同方式控制电机的运行，针对不同温度状态采取不同的保护措施，以实现对电机精确散热从而保护电机。
 附图说明
图1为本发明流程示意图。
 具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供一种技术方案：一种纯电动汽车中永磁电机过温的保护方法，包括以下步骤：
S1：按照预设的时间间隔采集电动车的电机的温度，采集所述电机定子的定子温度，并将温度信号传输至控制系统的判断模块与控制策略模块，控制系统对永磁电机温度进行判别，当温度小于等于135°C时， 永磁电机正常运行， 当温度大于135°C时， 控制系统对永磁电机运行状态进行判别，当有驱动电机的温度大于设定温度值时，计算该驱动电机与其余驱动电机中的n个驱动电机温度之差的绝对值；
S2：根据实时采集的电机温度进行运行风险判断，判断所述绝对值大于设定温度差值的数量是否均大于n/2，如果大于，则判断为用于检测该驱动电机温度的温度传感器发生跳变，否则判断为该驱动电机的温度过高；n的值不小于2；
S3：电机运行无风险时，所述控制策略模块维持电机转矩与冷却液流量不变，当驱动电机的温度过高时，电机运行存高风险，所述控制策略模块控制电机停止运行并进行电机故障提示，控制系统控制该驱动电机停止运行或者降功率运行，并发出相应的报警信号；若实时采集的电机温度处于预设过温保护范围内，判定电机运行存在中风险，电机运行存在中风险时，控制策略模块根据多变量区间控制策略控制电机的运行状态，所述控制策略模块还用以下发控制指令；
S4：判断所述当前温度值是否与所述电机的前次温度值相同；若否以预设变化梯度的速率调节当前所述电机的最大可用功率。
所述步骤S3中电机保护系统包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行时的计算机程序，所述处理器还连接有温度传感器，温度传感器用于检测各驱动电机的温度。
所述步骤S3中判定电机运行存在中风险包括：
a.判断所述温度是否大于或等于预设的一级过温保护阈值；
b.在所述温度大于或等于所述一级过温保护阈值时，检测所述温度达到的最高值，输出过温报警信号，所述过温报警信号用于表征所述电动车处于过温故障状态，且所述过温报警信号在所述电动车重新上电后被清除，并以所述最高值对应的限功率系数限制所述电机的最大输出功率；
c.其中，在所述温度大于或等于所述一级过温保护阈值时，所述温度越高，对应的限功率系数越大，且所述限功率系数越大，对所述最大输出功率的限制越大；
d.判断所述温度是否小于或等于预设的功率恢复温度阈值，并在所述温度小于或等于所述功率恢复温度阈值时，停止限制所述电机的最大输出功率，逐渐减小所述限功率系数，使所述电机的最大输出功率在预设时长内逐渐恢复至所述电机的额定输出功率，其中，所述功率恢复温度阈值小于或等于所述一级过温保护阈值。
所述步骤S1中获取实时温度还包括实时获取冷却系统的冷却液温度，包括实时获取冷却系统的冷却液温度；确定同一时刻的所述电机温度与所述冷却液温度的温度差；基于所述温度差，确定温差补偿系数；基于所述温差补偿系数和所述电机温度的变化率，确定所述温升斜率。
所述步骤S4中，以预设变化梯度的速率调节当前所述电机的最大可用功率具体为：若所述当前温度值大于所述前次温度值时，则当前所述电机的最大可用功率相比于前次所述电机的最大可用功率下降第一预设功率系数；若所述当前温度值小于所述前次温度值时，则当前所述电机的最大可用功率相比于前次所述电机的最大可用功率上升第二预设功率系数；其中，所述预设变化梯度具体为大于或等于0.1Nm/10ms；若所述当前温度值大于所述前次温度值1°时，则所述第一预设功率系数具体为所述电机的最大功率的5％；若所述当前温度值小于所述前次温度值1°时，则所述第二预设功率系数具体为所述电机的最大功率的5％，所述当前温度值与所述前次温度值之间的差值与所述第一预设功率系数或所述第二预设功率系数成正比。
所述步骤S1中还包括采集所述电机定子的定子温度；计算所述定子温度的目标衰减率，以使得所述定子温度在预设时间内上升至指定温度时所述定子温度的温升率降为零，所述目标衰减率表示单位时间所述定子温度的温升率的衰减程度；当满足触发条件时，基于所述目标衰减率与所述定子温度的实际衰减率确定转矩控制系数，所述定子温度的实际衰减率表示当前时刻所述定子温度的温升率的衰减程度。
触发条件根据当前时刻的所述温升率估算，当前时刻的所述定子温度上升至所述指定温度需要的时间小于所述预设时间。
触发条件还包括所述定子温度的温升率为正；并且所述实际衰减率小于所述目标衰减率，计算定子目标衰减率根据当前时刻的所述定子温度以及所述温升率，估算所述定子温度上升至所述指定温度需要的预估时间；基于所述预估时间确定所述预设时间，计算所述定子温度的目标衰减率，以使所述定子温度在所述预设时间内上升至所述指定温度时所述定子温度的温升率降为零。
所述转矩控制系数基于所述目标衰减率与所述实际衰减率的偏差，通过对所述偏差进行查表、PI控制或者转矩分级控制确定。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。 
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

  1. 一种纯电动汽车中永磁电机过温的保护方法，其特征在于：包括以下步骤：
    S1：按照预设的时间间隔采集电动车的电机的温度，采集所述电机定子的定子温度，并将温度信号传输至控制系统的判断模块与控制策略模块，控制系统对永磁电机温度进行判别，当温度小于等于135°C时， 永磁电机正常运行， 当温度大于135°C时， 控制系统对永磁电机运行状态进行判别，当有驱动电机的温度大于设定温度值时，计算该驱动电机与其余驱动电机中的n个驱动电机温度之差的绝对值；
    S2：根据实时采集的电机温度进行运行风险判断，判断所述绝对值大于设定温度差值的数量是否均大于n/2，如果大于，则判断为用于检测该驱动电机温度的温度传感器发生跳变，否则判断为该驱动电机的温度过高；n的值不小于2；
    S3：电机运行无风险时，所述控制策略模块维持电机转矩与冷却液流量不变，当驱动电机的温度过高时，电机运行存高风险，所述控制策略模块控制电机停止运行并进行电机故障提示，控制系统控制该驱动电机停止运行或者降功率运行，并发出相应的报警信号；若实时采集的电机温度处于预设过温保护范围内，判定电机运行存在中风险，电机运行存在中风险时，控制策略模块根据多变量区间控制策略控制电机的运行状态，所述控制策略模块还用以下发控制指令；
    S4：判断所述当前温度值是否与所述电机的前次温度值相同；若否以预设变化梯度的速率调节当前所述电机的最大可用功率。
  2. 根据权利要求1所述一种纯电动汽车中永磁电机过温的保护方法，其特征在于：所述步骤S3中电机保护系统包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行时的计算机程序，所述处理器还连接有温度传感器，温度传感器用于检测各驱动电机的温度。
  3. 根据权利要求1所述一种纯电动汽车中永磁电机过温的保护方法，其特征在于：所述步骤S3中判定电机运行存在中风险包括：
    a.判断所述温度是否大于或等于预设的一级过温保护阈值；
    b.在所述温度大于或等于所述一级过温保护阈值时，检测所述温度达到的最高值，输出过温报警信号，所述过温报警信号用于表征所述电动车处于过温故障状态，且所述过温报警信号在所述电动车重新上电后被清除，并以所述最高值对应的限功率系数限制所述电机的最大输出功率；
    c.其中，在所述温度大于或等于所述一级过温保护阈值时，所述温度越高，对应的限功率系数越大，且所述限功率系数越大，对所述最大输出功率的限制越大；
    d.判断所述温度是否小于或等于预设的功率恢复温度阈值，并在所述温度小于或等于所述功率恢复温度阈值时，停止限制所述电机的最大输出功率，逐渐减小所述限功率系数，使所述电机的最大输出功率在预设时长内逐渐恢复至所述电机的额定输出功率，其中，所述功率恢复温度阈值小于或等于所述一级过温保护阈值。
  4. 根据权利要求1所述一种纯电动汽车中永磁电机过温的保护方法，其特征在于：所述步骤S1中获取实时温度还包括实时获取冷却系统的冷却液温度，包括实时获取冷却系统的冷却液温度；确定同一时刻的所述电机温度与所述冷却液温度的温度差；基于所述温度差，确定温差补偿系数；基于所述温差补偿系数和所述电机温度的变化率，确定所述温升斜率。
  5. 根据权利要求1所述一种纯电动汽车中永磁电机过温的保护方法，其特征在于：所述步骤S4中，以预设变化梯度的速率调节当前所述电机的最大可用功率具体为：若所述当前温度值大于所述前次温度值时，则当前所述电机的最大可用功率相比于前次所述电机的最大可用功率下降第一预设功率系数；若所述当前温度值小于所述前次温度值时，则当前所述电机的最大可用功率相比于前次所述电机的最大可用功率上升第二预设功率系数；其中，所述预设变化梯度具体为大于或等于0.1Nm/10ms；若所述当前温度值大于所述前次温度值1°时，则所述第一预设功率系数具体为所述电机的最大功率的5％；若所述当前温度值小于所述前次温度值1°时，则所述第二预设功率系数具体为所述电机的最大功率的5％，所述当前温度值与所述前次温度值之间的差值与所述第一预设功率系数或所述第二预设功率系数成正比。
  6. 根据权利要求1所述一种纯电动汽车中永磁电机过温的保护方法，其特征在于：所述步骤S1中还包括采集所述电机定子的定子温度；计算所述定子温度的目标衰减率，以使得所述定子温度在预设时间内上升至指定温度时所述定子温度的温升率降为零，所述目标衰减率表示单位时间所述定子温度的温升率的衰减程度；当满足触发条件时，基于所述目标衰减率与所述定子温度的实际衰减率确定转矩控制系数，所述定子温度的实际衰减率表示当前时刻所述定子温度的温升率的衰减程度。
  7. 根据权利要求6所述一种纯电动汽车中永磁电机过温的保护方法，其特征在于：触发条件根据当前时刻的所述温升率估算，当前时刻的所述定子温度上升至所述指定温度需要的时间小于所述预设时间。
  8. 根据权利要求7所述一种纯电动汽车中永磁电机过温的保护方法，其特征在于：触发条件还包括所述定子温度的温升率为正；并且所述实际衰减率小于所述目标衰减率，计算定子目标衰减率根据当前时刻的所述定子温度以及所述温升率，估算所述定子温度上升至所述指定温度需要的预估时间；基于所述预估时间确定所述预设时间，计算所述定子温度的目标衰减率，以使所述定子温度在所述预设时间内上升至所述指定温度时所述定子温度的温升率降为零。
  9. 根据权利要求6所述一种纯电动汽车中永磁电机过温的保护方法，其特征在于：所述转矩控制系数基于所述目标衰减率与所述实际衰减率的偏差，通过对所述偏差进行查表、PI控制或者转矩分级控制确定。
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