[发明专利]用于诊断电动机中的定子线圈的方法和系统

说明书

技术领域

这里描述的主题的实施例总体上涉及机动车辆的电气系统，更具体地，本发明主题的实施例涉及用于诊断电动机的定子线圈内的故障状态的系统和方法。

背景技术

近年来，技术的进步，以及风格品味的发展导致了汽车设计中的本质变化。由于汽车驱动系统的电气化，电动机(或电机)在汽车工业中已经大量应用。在汽车驱动系统中，电动和/或混合动力车辆使用电动机作为驱动系统主要的或辅助的扭矩源。这些电动机被希望在极端操作条件下工作，且仍能在一段延长的时间里保持极高的可靠性。然而，随着时间的过去，施加在电动机上的操作应力可能使定子线圈的状态劣化。例如，热应力和/或电压应力可导致绝缘击穿，反过来，绝缘击穿可导致定子线圈的单个匝的部分短路和/或开路。当电机被脉宽调制(PWM)逆变器驱动时，功率半导体的高频转换增加了在定子线圈上的电压应力。

一些现有技术试图通过计算由定子线圈内的故障状态引起的电动机电流的负序分量来诊断定子线圈内匝的故障。然而，广泛使用在电动和/或混合动力车辆上的场控制(FOC)和其他闭路电流调节控制技术在电动机内保持对称和平衡的电流波形。因此，即使定子线圈内存在故障状态，电机电流中也没有负序分量，因为电机电流被调节以维持平衡和对称。其他一些现有技术包括了广泛的计算，例如，快速傅立叶序列分析通常不足以用于扭矩和速度经常变化的不稳定的瞬时电机操作状态。此外，定子线圈内的初始故障状态可迅速地严重化，因此，计算延迟削弱了辨别并在有限的时间内响应于初始故障状态的能力。

发明内容

根据一个实施例，提供一种用于车辆中的电气系统的装置。电气系统包括具有定子线圈的电动机、能量源、和连接在能量源和定子线圈之间的逆变器模块。逆变器模块配置为从能量源向电动机的定子线圈提供指令电压。多个电流传感器连接在逆变器模块和定子线圈之间并配置为测量通过定子线圈的电流，从而形成测得电流。控制模块连接到逆变器模块和多个电流传感器。控制模块配置为获取与用于电动机的定子线圈的指令电流相对应的电流指令、基于测得电流和指令电流之间的差值产生与指令电压相对应的电压指令、基于电压指令确定用于定子线圈的电压的负序分量、并基于负序电压分量识别定子线圈内的故障状态。

根据另一个实施例，提供一种用于诊断电动机内的定子线圈的方法。该方法包括生成配置为将通过定子线圈的电流调整到指令值的电压指令，和基于电压指令确定负序电压分量。该方法进一步包括基于负序电压分量识别故障状态。

在另一个实施例中，提供一种用于诊断在电流调节控制回路的控制下运转的电动机内的定子线圈的方法。该电流调节控制回路配置为向电动机提供指令电压。该指令电压包括基于指令电流和通过定子线圈的测得电流之间的差值的电流调节电压。该方法包括确定指令电压的负序分量，和当负序分量的特征值大于阈值时识别故障状态。

方案1、一种用于车辆中的电气系统，所述电气系统包括：

具有定子线圈的电动机；

能量源；

连接在所述能量源和所述定子线圈之间的逆变器模块，所述逆变器模块配置为从所述能量源向所述电动机的定子线圈提供指令电压；

连接在所述逆变器模块和所述定子线圈之间的多个电流传感器，所述多个电流传感器配置为测量通过所述定子线圈的电流，从而形成测得电流；和

连接到所述逆变器模块和所述多个电流传感器的控制模块，所述控制模块配置为：

获取与所述电动机的定子线圈的指令电流相对应的电流指令；

基于所述测得电流和所述指令电流之间的差值产生与所述指令电压相对应的电压指令；

基于所述电压指令确定用于所述定子线圈的负序电压；以及

基于负序电压分量识别所述定子线圈内的故障状态。

方案2、如方案1所述的电气系统，其中所述控制模块配置为通过以下方式识别所述定子线圈内的故障状态：

确定所述负序电压的DC分量；并且

当所述负序电压的DC分量的大小超过阈值时识别故障状态。

方案3、如方案1所述的电气系统，其中所述控制模块配置为通过以下方式识别所述定子线圈内的故障状态：

确定所述负序电压的DC分量；并且

当所述负序电压的DC分量的变化率超过阈值时识别故障状态。

方案4、如方案1所述的电气系统，其中所述控制模块包括配置为基于所述测得电流和所述指令电流之间的差值产生所述电压指令的电流调节器，使得所述测得电流被调节为所述指令电流。