一种电机堵转保护方法与流程

1.本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种电机堵转保护方法。


背景技术：

2.传统的电机堵转保护策略可分为两类:(1)当电动汽车进入堵转状态,整车按电机系统最大堵转扭矩维持输出,检测到电机或者电机控制器过温时按照过温保护执行；(2)进入堵转状态时,电驱动系统将电机输出扭矩线性降额等同措施。当进入堵转状态时,电机驱动系统将电机输出扭矩设置为线性降额,可规避长时间维持大扭矩大电流带来的风险。
3.传统堵转维持最大扭矩输出策略，维持最大扭矩输出可确保起始一段时间内车辆维持静止,有较长时间允许人员撤出或采取驻车措施,但存在电机系统过热损坏风险。因堵转时维持最大扭矩,则对应大的电流,电机系统尤其是电机控制器中功率器件(如mosfet管和igbt模块)温度会瞬间提升。由于电机系统温度检测传感器不能直接检测功率器件,存在较大延迟,无法及时保护,导致电机及控制器过热损坏,甚至连带其他关联零件损坏。
4.传统堵转线性降扭策略，虽然可规避长时间维持大扭矩大电流带来的风险，但对车内人员的保护不够全面，且不能最优的利用堵转不同状态下的最大扭矩:在平台路面上堵转时,车内人员安全及车辆安全该类方案均可保护。若在斜度大的陡坡,或者车辆在坡道上起步无法前进的情况时,由于输出扭矩线性降额,当扭矩降低至小于沿坡向下重力分力时,车辆无法维持静止而倒溜,且速度随着扭矩的下降增大越快,可供到驾驶员反应执行驻车机构时间较短,给驾驶员的反应时间不足,且会引起驾驶员恐慌而可能做出错误举措。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种电机堵转保护方法，避免驱动电机控制器中功率管因为电机堵转电流增大而烧坏，同时以最大限度阻止车的溜坡。
6.本发明采用的技术方案是：一种电机堵转保护方法，包括以下步骤：
7.获取电机输出频率和用于控制电机的逆变器的igbt电流的变化曲线；
8.根据电机输出频率和用于控制电机的逆变器igbt电流的变化曲线，判定发生堵转工况时电机输出频率的阈值；
9.获取电机转速、载波频率、电流有效值与逆变器的igbt温度之间的对应关系；根据发生堵转工况时电机输出频率的阈值、电机输出频率与电机转速的关系，以及电机转速与电流有效值的相应关系，确定不同逆变器igbt温度下发生电机堵转时对应的电机的电流限幅值；
10.实时检测电机输出频率，判断电机是否处于堵转工况；
11.基于发生堵转工况时电机输出频率的阈值，判定到当前处于堵转工况时，基于实时的逆变器的igbt温度确定当前电机的电流限幅值；
12.对当前电机的电流限幅值进行降额，得到当前电机的电流限制值；
13.根据当前电机的电流限制值得到电机的转矩限制值。
14.上述技术方案中，还包括以下步骤：当实时的逆变器的igbt温度超过其最大阈值后，逆变器进入失效保护，进行o扭矩输出。
15.上述技术方案中，确定不同逆变器的igbt温度下发生电机堵转时对应的电机的电流限幅值的过程包括：根据不同逆变器igbt温度下发生电机堵转时对应的电机的电流限幅值，绘制电机的电流限幅值与逆变器的igbt温度的变化曲线。
16.上述技术方案中，逆变器的igbt温度的最大阈值的确定过程包括：根据电机的电流限幅值与逆变器的igbt温度的变化曲线，获取电机的电流限幅值下降至0时逆变器的igbt温度，作为逆变器的igbt温度的最大阈值。
17.上述技术方案中，确定不同逆变器的igbt温度下发生电机堵转时对应的电机的电流限幅值的过程包括：按照电机输出频率将电机工作段分为4段；根据电机转速、载波频率、电流有效值与逆变器的igbt温度之间的对应关系，获取每一段电机输出频率范围对应的特定的载波频率；根据发生堵转工况时电机输出频率的阈值，获取发生堵转工况时电机对应的载波频率。
18.上述技术方案中，确定不同逆变器igbt温度下发生电机堵转时对应的电机的电流限幅值的过程包括：获取不同逆变器的igbt温度下，每一段电机输出频率范围对应的特定的载波频率，以及每一段电机输出频率范围对应的电机的电流限幅值。
19.上述技术方案中，通过仿真获取电机输出频率和用于控制电机的逆变器的igbt电流的变化曲线。
20.上述技术方案中，判定发生堵转工况时电机输出频率的阈值的过程包括：获取电机输出频率和用于控制电机的逆变器的igbt电流的变化曲线中逆变器的igbt电流的最大值；基于电机输出频率和用于控制电机的逆变器的igbt电流的变化曲线，获取逆变器igbt电流大小从其最大值急剧下降然后反弹的拐点；将该拐点对应的电机输出频率作为电机输出频率的阈值；当电机输出频率小于该阈值时，认为电机发生堵转工况。
21.上述技术方案中，通过仿真获取获取电机转速、载波频率、电流有效值与逆变器的igbt温度之间的对应关系。
22.上述技术方案中，判定电机处于堵转工况后，整车首先仍维持最大扭矩输出，维持整车静止，然后基于实时的逆变器的igbt温度确定当前电机的电流限制值和转矩限制值，以输出该状态下的最大动力输出。
23.本发明的有益效果是：本发明提出了一种电动汽车的电机堵转保护方法,涉及电机控制领域，特别涉及一种机堵转保护方法。现有技术存在因堵转时维持最大扭矩,则对应大的电流,电机系统尤其是电机控制器中功率器件(如mosfet管和igbt模块)温度会瞬间提升。本发明可以避免驱动电机控制器中功率管因为电机堵转而烧坏，同时以最大限度阻止车的溜坡。
附图说明
24.图1为本发明的流程示意图；
25.图2为堵转工况下的电机三相电流示意图；
26.图3为电机输出频率和用于控制电机的逆变器的igbt电流的变化曲线示意图；
27.图4为具体实施例1的仿真结果示意图；
28.图5为具体实施例1的堵转电流限值与控制器igbt温度之间的曲线示意图；
29.图6为电机控制的原理图；
30.图7为本发明的原理示意图。
具体实施方式
31.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
32.如图1所示，本发明一种电机堵转保护方法，包括以下步骤：
33.获取电机输出频率和用于控制电机的逆变器的igbt电流的变化曲线；
34.根据电机输出频率和用于控制电机的逆变器的igbt电流的变化曲线，判定发生堵转工况时电机输出频率的阈值；
35.获取电机转速、载波频率、电流有效值与逆变器的igbt温度之间的对应关系；根据发生堵转工况时电机输出频率的阈值、电机输出频率与电机转速的关系，以及电机转速与电流有效值的相应关系，确定不同逆变器的igbt温度下发生电机堵转时对应的电机的电流限幅值；
36.实时检测电机输出频率，判断电机是否处于堵转工况；
37.基于发生堵转工况时电机输出频率的阈值，判定到当前处于堵转工况时，基于实时的逆变器igbt温度确定当前电机的电流限幅值；
38.对当前电机的电流限幅值进行降额，得到当前电机的电流限制值；
39.根据当前电机的电流限制值得到电机的转矩限制值。
40.上述技术方案中，还包括以下步骤：当实时的逆变器的igbt温度超过其最大阈值后，逆变器进入失效保护，进行o扭矩输出。
41.上述技术方案中，确定不同逆变器的igbt温度下发生电机堵转时对应的电机的电流限幅值的过程包括：根据不同逆变器igbt温度下发生电机堵转时对应的电机电流限幅值，绘制电机的电流限幅值与逆变器igbt温度的变化曲线。
42.上述技术方案中，逆变器igbt温度的最大阈值的确定过程包括：根据电机的电流限幅值与逆变器的igbt温度的变化曲线，获取电机的电流限幅值下降至0时逆变器的igbt温度，作为逆变器的igbt温度的最大阈值。
43.上述技术方案中，确定不同逆变器的igbt温度下发生电机堵转时对应的电机的电流限幅值的过程包括：按照电机输出频率将电机工作段分为4段；根据电机转速、载波频率、电流有效值与逆变器的igbt温度之间的对应关系，获取每一段电机输出频率范围对应的特定的载波频率；根据发生堵转工况时电机输出频率的阈值，获取发生堵转工况时电机对应的载波频率。
44.上述技术方案中，确定不同逆变器的igbt温度下发生电机堵转时对应的电机的电流限幅值的过程包括：获取不同逆变器的igbt温度下，每一段电机输出频率范围对应的特定的载波频率，以及每一段电机输出频率范围对应的电机的电流限幅值。
45.上述技术方案中，通过仿真获取电机输出频率和用于控制电机的逆变器igbt电流的变化曲线。
46.上述技术方案中，判定发生堵转工况时电机输出频率的阈值的过程包括：获取电机输出频率和用于控制电机的逆变器的igbt电流的变化曲线中逆变器的igbt电流的最大值；基于电机输出频率和用于控制电机的逆变器igbt电流的变化曲线，获取逆变器igbt电流大小从其最大值急剧下降然后反弹的拐点；将该拐点对应的电机输出频率作为电机输出频率的阈值；当电机输出频率小于该阈值时，认为电机发生堵转工况。
47.上述技术方案中，通过仿真获取获取电机转速、载波频率、电流有效值与逆变器的igbt温度之间的对应关系。
48.上述技术方案中，判定电机处于堵转工况后，整车首先仍维持最大扭矩输出，维持整车静止，然后基于实时的逆变器的igbt温度确定当前电机的电流限制值和转矩限制值，以输出该状态下的最大动力输出。
49.本发明的具体实施例的使用过程如下：
50.电机处于堵转工况时，最先需要保护的是功率器件igbt，堵转工况下的三相电流如图2所示：
51.左边为电机正常运行时的三相电流。若此时输出为电机的峰值电流有效值为i。那么如果电机被堵在a点，三相电流输出为直流，如图2右边所示，其中a相电流为√2i；b、c相电流均为-√2/2i。此时a相上桥臂发热最严重。如果正常工况下igbt可承受600a电流，在堵转工况下，igbt则不能承受这么大电流的。
52.因igbt对电流的承受能力受到载波频率、环境温度、电机的输出频率的影响。硬件上对igbt的承受能力做仿真，制定相应的变载频方案。如图3所示，当输出频率小于10hz(即发生堵转工况时电机输出频率的阈值)时，可以统一认为是堵转工况，此时将载波频率设置为1k。由图3可知，在这一区间，随着电机输出频率的上升，igbt可承受电流也越大。过了堵转工况后随着载波频率的升高，igbt可承受的电流在降低。
53.根据仿真得出电机转速、载频、温度与电流之间的关系如图4所示。按照电机输出频率将电机工作段分为4段，每一段都有其特定的载波频率。而且每一段的电流都不能超出该段的电流限值。当电机输出频率小于10hz,载波频率定为1k。在此工况下，电机输出电流达到0.8倍的电流限幅值时，此状态为堵转工况。
54.如图4所示，在堵转工况下，最低电流限值500a。随着温度上升，该电流限值也在不断下降。堵转电流限值与控制器温度之间的曲线如图5所示，逆变器的igbt温度的最大阈值为105℃。
55.具体实现堵转保护的核心是要实现堵转限流。设堵转限流值为i
max
，在标定电机的时候，根据仿真得出电机转速、载频、电机温度、电机最大转矩与电流之间的关系，在0-10hz,采用同一组标定数据。因此，在频率段相同的给定转矩下，输出电流相同。其中，根据标定数据，对输出电流进行限制可以转化为对给定转矩的限制t
max
。
56.首先通过硬件对igbt的仿真，可得到堵转工况下的电流限制值。根据当前控制器的温度，对当前电流限制值进行降额，如图5，得到i
max
。依据标定数据，可以通过当前电流限制值得到转矩限制值。然后对转矩进行限幅处理。如图6所示，转速控制和转矩控制的堵转限流可以在同一个流程里完成。
57.电机进入堵转状态后，整车首先仍维持最大扭矩输出，维持整车静止。在进行堵转保护的同时，也要保证故障的准确报出，当判断到当前处于堵转工况时，给出降额警告，并
限制输出电流，随着igbt温度的升高，根据低频电机温度、最大扭矩、电流的标定值，查表确定在该温度下的最大扭矩及电流，以输出该状态下的最大动力输出，维持电机以最小滑坡车速运行，为司机提供更多的反应时间。如果堵转导致温度上升，控制器温度超出105℃以后，最终会转变为温度保护失效故障，控制器0扭矩输出，故障等级升级，如图7所示，随着温度(大于阈值点)增大，扭矩逐渐减小；堵转过程中，增大扭矩增大，电机转速增加，直到扭矩降为0。
58.本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。