專利名稱：車用永磁同步電機控制系統(tǒng)失效響應控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁同步電機的失效響應控制方法，尤其適用于超大功率新能源車用永磁同步電機。
背景技術(shù)：
當失效發(fā)生時，對于功率不超過60kW的永磁同步電機來說，通常的響應方法有如下兩種:I)控制器控制開關(guān)管進入飛輪模式(Freewheeling)，即六個開關(guān)管全部打開，由六個二極管進行續(xù)流。該控制方法的優(yōu)點在于:進入飛輪模式(Freewheeling)時,不會有很大的瞬時峰值電流產(chǎn)生，電機磁鋼無退磁風險，因而在電機設(shè)計時，可采用內(nèi)稟矯頑力較低的磁鋼，從而節(jié)省成本。然而對于>80kW的超大功率車用永磁同步電機來說，這種方法在電機高轉(zhuǎn)速時有器件安全方面的隱患。此時，較高的電機反電勢會使電機以一定功率向高壓電池充電。高壓主繼電器為了保護高壓電池，將在若干秒之內(nèi)斷開。隨后，電機繞組將向DC-1ink電容充電，有可能使其電壓瞬時提升，超過DC-1ink電容的耐壓上限且無法迅速放電，易造成電容擊穿，這將損壞電機控制器或減少其壽命，進而可能對車內(nèi)的人身安全帶來隱患。如果提高DC-1ink的耐壓等級則相應會增加控制器的成本。

2)控制器控制開關(guān)管直接進入ASC模式，即下三管短路，上三管斷開模式。該方法的優(yōu)點在于:不會產(chǎn)生較大的充電功率和負扭矩，控制器中各器件無擊穿風險。然而對于>80kW的超大功率車用永磁同步電機來說，這種方法可能造成磁鋼退磁，使電機性能降低。在模式切換時，電機繞組內(nèi)將產(chǎn)生瞬時峰值電流沖擊，尤其對于>80kW的超大功率永磁同步電機，瞬時峰值電流有可能超過上千安培。若永磁磁鋼的內(nèi)稟矯頑力較小，則磁鋼將發(fā)生退磁，電機性能大幅度下降；若為了防止退磁，選用較大內(nèi)稟矯頑力的磁鋼，則磁鋼的成本將顯著增加。這在稀土價格大幅上漲的形勢下，電機總成本大幅的增加，勢必影響混合動力汽車及純電動汽車的價格，嚴重阻礙了新能源汽車的普及。因此，需要針對>80kW的超大功率永磁同步電機設(shè)計一套失效響應方法，使得各工況下，不會由于電機過高的反電勢造成控制器內(nèi)部器件的損壞；同時不會由于過高的瞬時峰值電流，導致電機內(nèi)部磁鋼的退磁，電機性能下降。由于超大功率車用永磁同步電機的特殊性?，F(xiàn)有的常用失效響應方法，無論是飛輪模式(Freewheeling)，或者ASC模式都無法對整個系統(tǒng)進行最有效的保護
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種車用永磁同步電機控制系統(tǒng)失效響應控制方法；它可以保護控制器內(nèi)部器件不會由于電機過高的反電勢而影響壽命，同時電機不會產(chǎn)生過高的瞬時峰值電流，防止磁鋼退磁發(fā)生，影響電機性能。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種車用永磁同步電機控制系統(tǒng)失效響應控制方法；包括以下步驟:步驟1、檢測電機轉(zhuǎn)速和電機相電流；步驟2、若電機轉(zhuǎn)速小于匹配的最高轉(zhuǎn)速的設(shè)定比例TBD%，系統(tǒng)出現(xiàn)失效，例如檢測到電機相電流超過閾值，控制器控制三相永磁同步電機的六個開關(guān)管全部打開；步驟3、若電機轉(zhuǎn)速大于匹配的最高轉(zhuǎn)速的設(shè)定比例TBD%，系統(tǒng)出現(xiàn)失效，電機控制器控制三相永磁同步電機的六個開關(guān)管全部打開η毫秒，隨后控制下三管短路，同時上三管斷開，并保持該模式m秒；在這m秒鐘內(nèi)，整車控制器將電機與變速箱之間的離合器斷開；同時，將高壓電池主繼電器打開；步驟4、m秒鐘后若電機轉(zhuǎn)速小于匹配的最高轉(zhuǎn)速的設(shè)定比例TBD%，控制器控制三相永磁同步電機的六個開關(guān)管全部打開；若電機轉(zhuǎn)速仍大于匹配的最高轉(zhuǎn)速的設(shè)定比例TBD%，則重復上述步驟3，直至IJ電機轉(zhuǎn)速小于匹配的最高轉(zhuǎn)速的設(shè)定比例TBD%，控制器控制三相永磁同步電機的六個開關(guān)管全部打開。本發(fā)明的有益效果在于:保護控制器內(nèi)部器件不會由于電機過高的反電勢而影響壽命，同時電機不會產(chǎn)生過高的瞬時峰值電流，防止磁鋼退磁發(fā)生，影響電機性能。若步驟3中，系統(tǒng)配備有主動剎車輔助裝置，則此時啟動該裝置，使整車速度迅速降低。若步驟3中，車輛存在發(fā)動機與電機同軸的混合動力結(jié)構(gòu)，則通過發(fā)動機控制器限制發(fā)動機轉(zhuǎn)速，使整車速度迅速降低。所述步驟2中TBD數(shù)值根據(jù)實際應用進行匹配；所述步驟3中的η毫秒根據(jù)實際應用進行匹配；所述步驟2中電機相電流閾值根據(jù)實際應用進行匹配。所述開關(guān)管為絕緣柵雙極型晶體管IGBT。
所述步驟I中發(fā)生失效時，故障信號同時進入微控制器和復雜可編程邏輯器件CPLD，復雜可編程邏輯器件CPLD識別該故障信號，并邏輯觸發(fā)故障中斷。所述步驟2中微控制器識別該中斷，將三相永磁同步電機的六個絕緣柵雙極型晶體管IGBT全部打開。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。

:下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明:圖1是本發(fā)明所描述的失效相應方法流程圖；圖2是飛輪模式(Freewheeling)切換至ASC模式的控制方法示意圖；圖3是從PWM控制直接切換至ASC模式與先進入η毫秒飛輪模式(Freewheeling)再進入ASC的瞬時電流波形不意圖；圖4是m秒后,從ASC模式切換回飛輪模式(Freewheeling)時的瞬時電流波形及DC-1ink電壓的變化波形示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一套超大功率新能源車用永磁同步電機在失效響應時的控制方法，保護控制器內(nèi)部器件不會由于電機過高的反電勢而影響壽命，同時電機不會產(chǎn)生過高的瞬時峰值電流，防止磁鋼退磁發(fā)生，影響電機性能。本發(fā)明所描述的失效響應方法，充分考慮到失效響應方法對控制器中DC-1ink電容、高壓電池、高壓繼電器等各器件的影響以及乘員安全等需求，并結(jié)合主動剎車輔助、發(fā)動機限速等功能，對其失效保護模式進行系統(tǒng)設(shè)計，可在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)對電驅(qū)動系統(tǒng)進行有效保護。既不會由于電機高速時產(chǎn)生的反電勢，造成對高壓電池、DC-1ink電容等器件壽命的影響，也不會產(chǎn)生超過上千安培的瞬時峰值電流，造成磁鋼退磁，使電機性能下降。對于超大功率車用永磁同步電機，其發(fā)生失效時的潛在風險遠大于中小功率永磁同步電機，需要考慮到失效響應方法對控制器中DC-1ink電容、高壓電池、高壓繼電器等各器件的影響以及乘員安全等需求，并結(jié)合主動剎車輔助、發(fā)動機限速等功能，對其失效保護模式進行系統(tǒng)設(shè)計。本發(fā)明的具體實施方法如下:本發(fā)明所保護的針對超大功率車用永磁同步電機的新型失效響應方法流程，如圖1所示。具體步驟描述為:1.當電機運行在低、中轉(zhuǎn)速區(qū)時(當前轉(zhuǎn)速<TBD%最高轉(zhuǎn)速，TBD數(shù)值可根據(jù)實際應用進行匹配)系統(tǒng)出現(xiàn)失效，如檢測到電機相電流超過閾值，此時控制器進入飛輪模式(Freewheeling),即控制六個開關(guān)管全部打開，由六個二極管進行續(xù)流。2.當電機運行在高轉(zhuǎn)速區(qū)時(當前轉(zhuǎn)速>TBD%最高轉(zhuǎn)速)系統(tǒng)出現(xiàn)失效，進行如下響應:(I)首先，電機控 制器進入η毫秒飛輪模式(Freewheeling),隨后切換至ASC模式，即控制下三管短路，同時上三管斷開，并保持該模式m秒鐘。(2)在這m秒鐘內(nèi)，整車控制器(V⑶)將電機與變速箱之間的離合器(clutch)斷開。同時，將高壓電池主繼電器(main relay)打開。(3)若整車系統(tǒng)配備有主動剎車輔助裝置(Active braking)，則此時啟動該功能，使整車速度迅速降低。(4)若整車為發(fā)動機與電機同軸的混合動力結(jié)構(gòu)，通過發(fā)動機控制器(E⑶)限制發(fā)動機轉(zhuǎn)速，達到同步降低電機轉(zhuǎn)速的目的，進而使整車速度迅速降低。(5) m秒鐘后，若電機當前轉(zhuǎn)速〈了80%最高轉(zhuǎn)速，控制器再次進入飛輪模式(Freewheeling)。若電機轉(zhuǎn)速仍>TBD%最高轉(zhuǎn)速,則再次計數(shù)m秒后判斷轉(zhuǎn)速,若電機轉(zhuǎn)速<TBD%最高轉(zhuǎn)速,控制器再次進入飛輪模式(Freewheeling)。3.若出現(xiàn)碰撞(Crash/emergency)引起的失效,此時的響應方法為系統(tǒng)進行η毫秒飛輪模式(Freewheeling)后切換為ASC模式并保持，進行快速放電，以防止碰撞破壞電機的絕緣保護，高速旋轉(zhuǎn)的電機產(chǎn)生的反電勢將造成車內(nèi)乘員或前來施救人員觸電。其中:在步驟I中，TBD，n，m三個數(shù)值需要根據(jù)實際應用進行匹配，以保證在該轉(zhuǎn)速下進入飛輪模式(Freewheeling)時，電機反電勢較低,不會向高壓電池充電。在步驟2 (I)中，ASC模式之前的η毫秒飛輪模式(Freewheeling)可使相電流迅速降為O，并有效降低隨后ASC模式所產(chǎn)生的瞬時峰值電流，防止轉(zhuǎn)子磁鋼退磁。飛輪模式(Freewheeling)切換至ASC模式的控制方法示意圖，如圖2所示。從PWMRun控制直接切換至ASC模式與先進入η毫秒飛輪模式(Freewheeling)再進入ASC的瞬時電流波形,如圖3所示。在步驟2 (2)中，需要將電機與變速箱間的離合器斷開。利用轉(zhuǎn)子較低的轉(zhuǎn)動慣量，以及ASC模式產(chǎn)生一定的負扭矩，使電機轉(zhuǎn)子迅速降至<TBD%最高轉(zhuǎn)速。同時將高壓電池主繼電器打開，以保護高壓電池不會被電機大功率充電而影響壽命。同時，高壓繼電器也不會由于通入大電流時關(guān)斷而影響其壽命。在步驟2 (5)中，由于電機反電勢已隨轉(zhuǎn)速降低，不會擊穿DC-1ink電容，因此進入長時間飛輪模式(Freewheeling)是安全的，不會對DC-1ink或高壓電池壽命產(chǎn)生影響。m秒后,從ASC模式切換回飛輪模式(Freewheeling)時的瞬時電流波形及DC-1ink電壓的變化波形，如圖4所示。本發(fā)明所描述的新型控制方法的相關(guān)軟/硬件實現(xiàn)過程如下:1.發(fā)生失效時，整車控制器(V⑶)發(fā)出故障(Failure)信號，同時進入微控制器(μ O與復雜可編程邏輯器件(CPLD)。2.復雜可編程邏輯器件CPLD識別該信號，并邏輯觸發(fā)故障中斷。3.微控制器4(:識別該中斷，并判斷當前電機轉(zhuǎn)速11，若11〈了80%最高轉(zhuǎn)速，執(zhí)行飛輪模式(Freewheeling)，將六個絕緣柵雙極型晶體管IGBT全部打開。4.若電機當前轉(zhuǎn)速〉了130%最高轉(zhuǎn)速,微控制器μ C執(zhí)行飛輪模式(Freewheeling),在η毫秒計數(shù)后,釋放飛輪模式(Freewheeling)指令。

4.1.復雜可編程邏輯器件CPLD識別該飛輪模式(Freewheeling)指令，退出該狀態(tài)，將驅(qū)動電路下三管短路，進入ASC模式。4.2.微控制器μ C此時向整車控制器V⑶發(fā)出請求，將main relay打開，同時將clutch 斷開。4.3.若整車系統(tǒng)配備Active braking模塊，整車控制器V⑶發(fā)出指令，開啟Active braking 功倉泛。4.4.若整車為發(fā)動機與電機同軸的混合動力結(jié)構(gòu)，整車控制器VCU通過CAN向發(fā)動機控制單元(ECU)發(fā)出指令，限制發(fā)動機轉(zhuǎn)速。4.5.微控制器μ C在m秒計數(shù)后，判斷當前轉(zhuǎn)速是否〈180%最高轉(zhuǎn)速，如果是，釋放ASC指令，退出該狀態(tài)，將六個絕緣柵雙極型晶體管IGBT全部打開，重新進入飛輪模式(Freewheeling)。4.6.若η仍〉了80%最高轉(zhuǎn)速，則保持ASC模式，并計數(shù)m秒后重新判斷，循環(huán)直至電機當前轉(zhuǎn)速<TBD%最高轉(zhuǎn)速，釋放ASC指令，退出該狀態(tài)，將六個絕緣柵雙極型晶體管IGBT全部打開，重新進入飛輪模式(Freewheeling)。5.若控制器接收到Crash/emergency的Fai Iure信號，無論電機轉(zhuǎn)速如何,微控制器P C均執(zhí)行飛輪模式(Freewheeling),在η毫秒計數(shù)后，釋放飛輪模式(Freewheeling)指令。5.1.復雜可編程邏輯器件CPLD識別該飛輪模式(Freewheeling)指令,退出該狀態(tài)，將驅(qū)動電路下三管短路，進入ASC模式。
5.2.微控制器PC此時向整車控制器V⑶發(fā)出請求，將高壓電池主繼電器main-relay打開，同時斷開clutch。5.3.此后一直保持ASC狀態(tài)，不再進入飛輪模式(Freewheeling)。其中，由于η毫秒飛輪模式(Freewheeling)需要響應速度較快，需采用復雜可編程邏輯器件CPLD通過中斷執(zhí)行。之后的m秒ASC對時間精度要求較為寬松，可直接由微控制器μ c執(zhí)行。本發(fā)明所描述的失效響應方法，也可向下兼容中、高功率(如30kW 60kW)車用永磁同步電機控制系統(tǒng)。本發(fā)明所描述的失效響應方法，也可根據(jù)失效的嚴重性，結(jié)合轉(zhuǎn)子溫度等參數(shù)，與已有的直接飛輪模式(Freewheeling)或直接進入ASC模式進行組合,設(shè)計出變形的失效響應方法。應當理解到，按照上述實施方法，本發(fā)明可以進行本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的其他修改及變形。本發(fā)明并不限于上文討論的實施方式。以上對具體實施方式
的描述旨在于為了描述和說明本發(fā)明涉及的技術(shù)方案?；诒景l(fā)明啟示的顯而易見的變換或替代也應當被認為落入本發(fā)明的保護范圍。以上的具體實施方式
用來揭示本發(fā)明的最佳實施方法，以使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠應用本發(fā)明的多種實施方式以及多種替代方式來達到本發(fā)明的目 的。
權(quán)利要求
1.一種車用永磁同步電機控制系統(tǒng)失效響應控制方法；其特征在于，包括 以下步驟 步驟I、檢測電機轉(zhuǎn)速和電機相電流； 步驟2、若電機轉(zhuǎn)速小于匹配的最高轉(zhuǎn)速的設(shè)定比例TBD%，系統(tǒng)出現(xiàn)失效，控制器控制三相永磁同步電機的六個開關(guān)管全部打開； 步驟3、若電機轉(zhuǎn)速大于匹配的最高轉(zhuǎn)速的設(shè)定比例TBD%，系統(tǒng)出現(xiàn)失效，電機控制器控制三相永磁同步電機的六個開關(guān)管全部打開η毫秒，隨后控制下三管短路，同時上三管斷開，并保持該模式m秒； 在這m秒鐘內(nèi)，整車控制器將電機與變速箱之間的離合器斷開；同時，將高壓電池主繼電器打開； 步驟4、m秒鐘后若電機轉(zhuǎn)速小于匹配的最高轉(zhuǎn)速的設(shè)定比例TBD%，控制器控制三相永磁同步電機的六個開關(guān)管全部打開；若電機轉(zhuǎn)速仍大于匹配的最高轉(zhuǎn)速的設(shè)定比例TBD%，則重復上述步驟3，直到電機轉(zhuǎn)速小于匹配的最高轉(zhuǎn)速的設(shè)定比例TBD%，控制器控制三相永磁同步電機的六個開關(guān)管全部打開。
2.如權(quán)利要求I所述的車用永磁同步電機控制系統(tǒng)失效響應控制方法，其特征在于，若步驟3中，系統(tǒng)配備有主動剎車輔助裝置，則此時啟動該裝置，使整車速度迅速降低。
3.如權(quán)利要求I所述的車用永磁同步電機控制系統(tǒng)失效響應控制方法，其特征在于，若步驟3中，車輛存在發(fā)動機與電機同軸的混合動力結(jié)構(gòu)，則通過發(fā)動機控制器限制發(fā)動機轉(zhuǎn)速。
4.如權(quán)利要求1-3中任何一項所述的車用永磁同步電機控制系統(tǒng)失效響應控制方法，其特征在于，所述步驟2中TBD數(shù)值根據(jù)實際應用進行匹配；所述步驟3中的η毫秒根據(jù)實際應用進行匹配；所述步驟2中電機相電流閾值根據(jù)實際應用進行匹配。
5.如權(quán)利要求1-3中任何一項所述的車用永磁同步電機控制系統(tǒng)失效響應控制方法，其特征在于，所述開關(guān)管為絕緣柵雙極型晶體管IGBT。
6.如權(quán)利要求I所述的車用永磁同步電機控制系統(tǒng)失效響應控制方法，其特征在于，所述步驟I中發(fā)生失效時，故障信號同時進入微控制器和復雜可編程邏輯器件CPLD，復雜可編程邏輯器件CPLD識別該故障信號，并邏輯觸發(fā)故障中斷。
7.如權(quán)利要求I所述的車用永磁同步電機控制系統(tǒng)失效響應控制方法，其特征在于，所述步驟2中微控制器識別該中斷，將三相永磁同步電機的六個絕緣柵雙極型晶體管IGBT全部打開。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種車用永磁同步電機控制系統(tǒng)失效響應控制方法；包括以下步驟步驟1、檢測電機轉(zhuǎn)速和電機相電流；步驟2、若電機轉(zhuǎn)速小于匹配的最高轉(zhuǎn)速的設(shè)定比例TBD%，系統(tǒng)出現(xiàn)失效，控制器控制三相永磁同步電機的六個開關(guān)管全部打開；步驟3、若電機轉(zhuǎn)速大于匹配的最高轉(zhuǎn)速的設(shè)定比例TBD%，系統(tǒng)出現(xiàn)失效，電機控制器控制三相永磁同步電機的六個開關(guān)管全部打開n毫秒，隨后控制下三管短路，同時上三管斷開；步驟4、m秒鐘后若電機轉(zhuǎn)速小于匹配的最高轉(zhuǎn)速的設(shè)定比例TBD%，控制器控制三相永磁同步電機的六個開關(guān)管全部打開。本發(fā)明保護控制器內(nèi)部器件不會由于電機過高的反電勢而影響壽命，同時電機不會產(chǎn)生過高的瞬時峰值電流，防止磁鋼退磁發(fā)生，影響電機性能。
文檔編號B60L15/00GK103253150SQ20121057170
公開日2013年8月21日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者王萑, 何海, 劉志明 申請人:聯(lián)合汽車電子有限公司