車(chē)用永磁同步電機(jī)的母線電容器放電控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種車(chē)用永磁同步電機(jī)的母線電容器放電方法，具體涉及一種高壓混合動(dòng)力或者純電動(dòng)車(chē)輛的永磁同步電機(jī)控制器的母線電容器放電控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在新能源車(chē)輛中可以在傳動(dòng)系統(tǒng)中添加電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或者直接用電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)完全代替?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)，以期獲得更好的排放和油耗。一般電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由蓄電池、電機(jī)和電機(jī)控制器組成。電機(jī)控制器功率部分由母線電容器、三相全橋功率模塊、吸收電路等電力電子部件組成。其中母線電容器的作用是濾波，用于平滑母線電壓。當(dāng)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的額定電壓超過(guò)60V時(shí)，即使蓄電池?cái)嚅_(kāi)高壓回路，由于電容器的儲(chǔ)能特性，電容器兩端的電壓對(duì)操作或者維修人員存在高壓風(fēng)險(xiǎn)。因此在車(chē)輛停機(jī)后，系統(tǒng)需要迅速將電容器兩端的電壓放電到小于60V。根據(jù)GB18488的法規(guī)要求，快速放電需要在5s內(nèi)完成。
[0003]另外，不同于工業(yè)用電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，新能源車(chē)輛對(duì)電機(jī)和電機(jī)控制器都有著嚴(yán)格的體積和功率密度要求。為了滿足這一要求，新能源車(chē)輛用電機(jī)通常是永磁同步電機(jī)。永磁體在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的反相電動(dòng)勢(shì)會(huì)通過(guò)三相全橋內(nèi)部的二極管對(duì)母線電容器進(jìn)行充電，因此也可能產(chǎn)生潛在的高壓風(fēng)險(xiǎn)。
[0004]目前，母線電容器放電通常的做法是在電容器兩端并聯(lián)可斷開(kāi)的放電回路。放電回路由開(kāi)關(guān)元件和放電元件組成。開(kāi)關(guān)元件在系統(tǒng)工作時(shí)斷開(kāi)，在需要進(jìn)行放電時(shí)將放電回路并聯(lián)到電容器兩端。放電元件在放電過(guò)程中將電容器存儲(chǔ)的能量轉(zhuǎn)化成熱量消耗在自身本體上。因此通常需要大功率電阻或者大功率正溫度系數(shù)(PTC)電阻。由于放電元件需要吸收電容器的所有能量，因此放電元件的設(shè)計(jì)需要考慮體積、散熱、功耗等因素。因此，往往設(shè)計(jì)成本比較大，電容器的放電效果無(wú)法達(dá)到最佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種車(chē)用永磁同步電機(jī)的母線電容器放電控制方法，該方法通過(guò)控制功率模塊的開(kāi)關(guān)，使得逆變器與電機(jī)上產(chǎn)生可控電流，而且不會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，將母線電容器存儲(chǔ)的電荷快速消耗在電機(jī)三相電阻上，不增加任何額外零件，能夠快速完成母線電容放電。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種車(chē)用永磁同步電機(jī)的母線電容器放電控制方法，其特征在于，包括以下步驟:
SOI:電機(jī)控制器接收放電指令，判斷主接觸器的狀態(tài)；
S02:在電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止后，且控制器檢測(cè)到主接觸器斷開(kāi)后，根據(jù)轉(zhuǎn)子的靜止位置角，對(duì)電機(jī)三相定子輸出一個(gè)電壓矢量，使得電機(jī)的定子交軸電流lq=0，直軸電流ld>0;
S03:判斷母線電容器的電壓，當(dāng)檢測(cè)到母線電容器的電壓低于閾值后，退出放電過(guò)程。
[0007]優(yōu)選的，所述步驟S02還包括根據(jù)轉(zhuǎn)子的靜止位置角R計(jì)算三相電壓值，所述電壓矢量是電流環(huán)的控制器輸出直軸電壓Ud，交軸電壓Uq，根據(jù)位置角度R進(jìn)行反Park變換與反(:1&4變換，得到對(duì)應(yīng)的三相電壓值1^、1]13、1](3;
Ua=sqrt(2/3)(Ud*cosR-Uq*sinR)；
Ub=sqrt(2/3)(Ud*cos(R-120°)-Uq*sin(R_120°))；
Uc=sqrt(2/3)(Ud*cos(R+120°)_Uq*sin(R+120°))。
[0008]優(yōu)選的，控制Ud〈60V，并限制Id〈10A。
[0009]優(yōu)選的，實(shí)時(shí)檢測(cè)母線電容器的電壓，當(dāng)電壓在一定時(shí)間內(nèi)不產(chǎn)生下降趨勢(shì)或者不達(dá)到預(yù)定電壓值，電機(jī)控制器需要退出放電。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
1、該方法通過(guò)控制功率模塊的開(kāi)關(guān)，使得逆變器與電機(jī)上產(chǎn)生可控電流，而且不會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，將母線電容器存儲(chǔ)的電荷快速消耗在電機(jī)三相電阻上，更加安全、快速。
[0011]2、不增加任何額外零件，成本低、方便實(shí)現(xiàn)，能夠快速完成母線電容放電。
【附圖說(shuō)明】
[0012]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
圖1為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電路圖；
圖2為本發(fā)明車(chē)用永磁同步電機(jī)的母線電容器放電控制方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說(shuō)明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。
[0014]實(shí)施例:
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015]如圖1所示，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括車(chē)用電池1、主接觸器2、逆變器3、電機(jī)4、控制電路5、母線電容6和電池管理系統(tǒng)7，其中逆變器3、控制電路5和母線電容6構(gòu)成電機(jī)控制器8。
[0016]本發(fā)明的母線電容器放電控制方法，如圖2所示。
[0017]S01:當(dāng)電機(jī)控制器檢測(cè)到放電指令或者因?yàn)樽陨砉收隙蠓烹姇r(shí)，通過(guò)檢查主接觸器的狀態(tài)判斷是否激活放電功能。只有在主接觸器斷開(kāi)的情況下，才容許激活放電功會(huì)泛。
[0018]S02:在電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止后，且控制器檢測(cè)到主回路斷電后，根據(jù)轉(zhuǎn)子的靜止位置角R計(jì)算三相電壓值，目標(biāo)電壓矢量是電流環(huán)的控制器輸出直軸電壓Ud，交軸電壓Uq，根據(jù)位置角度R進(jìn)行反Park變換與反Clark變換，得到對(duì)應(yīng)的三相電壓值Ua、Ub、Uc;
Ua=sqrt(2/3)(Ud*cosR-Uq*sinR)
Ub=sqrt(2/3)(Ud*cos(R-120°)-Uq*sin(R_120°))
Uc=sqrt(2/3)(Ud*cos(R+120°)_Uq*sin(R+120°))
實(shí)際控制中還需要進(jìn)行SVPWM或者SPWM控制，a、b、c三相電壓的對(duì)應(yīng)波形不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，不同的控制器可能比例系數(shù)sqrt(2/3)也不同。
[0019]對(duì)電機(jī)三相定子輸出一個(gè)電壓矢量，使得電機(jī)的定子交軸電流lq=0，直軸電流Id>0;此時(shí)，電機(jī)的定子電流矢量與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠较蛞恢?，兩者互相作用不?huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。
[0020]S03:當(dāng)檢測(cè)到母線電壓低于閾值后，退出放電過(guò)程。
[0021]步驟S02中，為防止電流過(guò)大導(dǎo)致逆變器損壞，應(yīng)控制Ud大小，Ud〈60V，并對(duì)Id電流進(jìn)行限制，一般Id〈10A。
[0022]針對(duì)特殊故障情況，如蓄電池管理系統(tǒng)發(fā)給主接觸器已斷開(kāi)的狀態(tài)而主接觸器在物理上仍閉合。此時(shí)放電回路對(duì)蓄電池持續(xù)放電，會(huì)在放電回路上累積大量的熱能，損壞放電回路。因此在放電過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)檢測(cè)電容器兩端的電壓，判斷放電過(guò)程是否工作或者放電回路是否故障。當(dāng)電容器兩端的電壓在特定時(shí)間內(nèi)不產(chǎn)生下降趨勢(shì)或者不達(dá)到預(yù)定電壓值，電機(jī)控制器需要退出放電過(guò)程。
[0023]該方法可以將母線電容器的能量大部分消耗在電機(jī)三相電阻上，將母線電容中存儲(chǔ)的電荷釋放以規(guī)避高壓帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。
[0024]應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的上述【具體實(shí)施方式】?jī)H僅用于示例性說(shuō)明或解釋本發(fā)明的原理，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。因此，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修改例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種車(chē)用永磁同步電機(jī)的母線電容器放電控制方法，其特征在于，包括以下步驟: SOI:電機(jī)控制器接收放電指令，判斷主接觸器的狀態(tài)； S02:在電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止后，且控制器檢測(cè)到主接觸器斷開(kāi)后，根據(jù)轉(zhuǎn)子的靜止位置角，對(duì)電機(jī)三相定子輸出一個(gè)電壓矢量，使得電機(jī)的定子交軸電流lq=0，直軸電流ld>0; S03:判斷母線電容器的電壓，當(dāng)檢測(cè)到母線電容器的電壓低于閾值后，退出放電過(guò)程。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)用永磁同步電機(jī)的母線電容器放電控制方法，其特征在于，所述步驟S02還包括根據(jù)轉(zhuǎn)子的靜止位置角R計(jì)算三相電壓值，所述電壓矢量是電流環(huán)的控制器輸出直軸電壓Ud，交軸電壓Uq，根據(jù)位置角度R進(jìn)行反Park變換與反Clark變換，得到對(duì)應(yīng)的三相電壓值1^、1^、此； Ua=sqrt(2/3)(Ud*cosR-Uq*sinR)； Ub=sqrt(2/3)(Ud*cos(R-120°)-Uq*sin(R_120°)); Uc=sqrt(2/3)(Ud*cos(R+120°)_Uq*sin(R+120°))。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車(chē)用永磁同步電機(jī)的母線電容器放電控制方法，其特征在于，控制Ud〈60V，并限制I d〈 10A。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)用永磁同步電機(jī)的母線電容器放電控制方法，其特征在于，實(shí)時(shí)檢測(cè)母線電容器的電壓，當(dāng)電壓在一定時(shí)間內(nèi)不產(chǎn)生下降趨勢(shì)或者不達(dá)到預(yù)定電壓值，電機(jī)控制器需要退出放電。
【專(zhuān)利摘要】<b>本發(fā)明公開(kāi)了一種車(chē)用永磁同步電機(jī)的母線電容器放電控制方法，包括以下步驟：電機(jī)控制器接收放電指令，判斷主接觸器的狀態(tài)；在電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止后，且控制器檢測(cè)到主接觸器斷開(kāi)后，根據(jù)轉(zhuǎn)子的靜止位置角，對(duì)電機(jī)三相定子輸出一個(gè)電壓矢量，使得電機(jī)的定子交軸電流</b><b>Iq</b><b>=0</b><b>，直軸電流</b><b>Id&gt;0</b><b>；判斷母線電容器的電壓，當(dāng)檢測(cè)到母線電容器的電壓低于閾值后，退出放電過(guò)程。使得逆變器與電機(jī)上產(chǎn)生可控電流，而且不會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，將母線電容器存儲(chǔ)的電荷快速消耗在電機(jī)三相電阻上，不增加任何額外零件，能夠快速完成母線電容放電。</b>
【IPC分類(lèi)】H02P6/24, B60L15/00, H02P27/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105450107
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511014205
【發(fā)明人】任晨佳, 王月宏, 王秀銳, 周偉波, 邱帥
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)蘇州汽車(chē)研究院（吳江）, 蘇州穆歐動(dòng)力科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日