[发明专利]电动汽车电机系统三相主动短路的控制电路及控制方法

说明书

本发明公开了电动汽车电机系统三相主动短路的控制电路及控制方法，其将三相全桥逆变电路分成高边与低边两个组，进行ASC时对低边与高边分别进行控制，在高边功率器件损坏或高边功率器件的驱动电源丢失时，通过获得的具体故障信息状态信号，进行高边ASC状态向低边ASC状态切换控制；或者在低边功率器件损坏或低边功率器件的驱动电源丢失时，通过获得的具体故障信息状态信号，进行低边ASC状态向高边ASC状态切换控制；本发明探测到潜在的可能导致扭矩安全风险的故障产生时后，不会因为当功率器件损坏或功率器件的驱动电源丢失或12V电源发生非预期的断路而导致无法进入或无法维持三相短路状态；可以令逆变电路维持在ASC状态，最大限度保障电动汽车的安全。

技术领域

本发明涉及新能源乘用车领域，尤其涉及电动汽车电机系统切换到三相主动短路状态（ASC状态）的控制电路及其控制方法。

背景技术

近几年，中国从政策上积极推动新能源汽车尤其是电动汽车的发展，目的是为了减少对石油的使用，降低车辆尾气的排放，实现汽车绿色能源消耗。电机控制器作为电动汽车电机系统的核心部件，具备实现直流电和交流电的相互转换，在电动车正常行驶时可将动力电池的直流电逆变成三相交流电，为驱动电机提供电源并控制电机输出转矩驱动车辆行驶；在电动车滑行或制动过程中电机控制器可控制驱动电机运行于馈电模式，将动能转换成电能给动力电池充电，有效地通过节约效能来提升电动车的纯电续航里程。

所以车载电机控制器直接关系到新能源乘用车的输出扭矩安全，也关系到新能源乘用车是否存在高压安全风险。当电机控制器出现错误的控制逻辑或由于采集到错误的传感器信号，会导致电机控制器逆变产生与既定需求存在偏差的三相交流电，的进而使电机输出非期望的扭矩，从而给整车带来扭矩安全风险；同时在一些应用场景，虽然整车已切断高压电池的能量输出，但由于新能源乘用车通常采用的永磁同步电机仍然旋转产生的反电动势会导致电机控制器仍残存高压直流能量，从而给整车带来高压安全风险。为了避免上述整车安全风险，目前主流的设计方案是将电机主动三相短路（ASC）状态定义为安全关断状态。这是因为当电机处于ASC状态时，电机在中高转速区域几乎不产生任何扭矩，仅在较低转速产生一定的负扭矩，但对于整车而言，低速区这样的负扭矩是可以接受的。这样就使当电机控制器探测到潜在的可能导致扭矩安全风险的故障产生时，通过微处理器或关断逻辑电路向由功率器件组成的三相全桥逆变电路发出ASC状态所对应的控制指令信号，使三相全桥逆变电路的功率器件产生对应的导通或关断动作，进而使电机切换到ASC状态，从而关断电机的扭矩输出，避免整车产生导致人身危害的扭矩，同时，由于ASC状态使电机三相绕组短路，电机不会因旋转产生高压能量，也能避免使整车存在高压安全风险。

ASC状态在电动汽车行驶过程中主要起到以下几方面作用：

1）整车失控时，实施ASC可产生反向转矩，使车辆缓慢制动，实现安全停车。2）动力电池故障时，实施ASC可使电机、电机控制器与动力电池侧隔离，保证整车高压安全。3）整车行驶过程中驱动电机转速过高或异常时，实施ASC可避免过高的反电势对动力电池、母线电容及其它高压器件的损坏。4）电机控制器逆变电路中某个开关管（IGBT）故障时，实施ASC可避免不可控整流对其它器件或动力电池的损坏。

但是，当电机控制器的功率器件损坏或功率器件的驱动电源丢失时，原本需要导通的功率器件非预期地关断，或者原本需要关断的功率器件非预期地导通，从而电机控制器无法使电机维持在ASC状态，如果此时电机控制器探测到潜在的可能导致扭矩安全风险的故障产生并发出控制信号意图让电机进入并维持ASC状态时，由于此时由功率器件组成的三相全桥逆变电路已无法根据控制指令信号进行相应的导通或关断，此时电机无法确保在三相短路状态，仍会使整车存在扭矩及高压安全风险；另一种严重的情况是，由于高边功率器件与低边功率器件的驱动电源均来源于整车的12V低压电池，当进入电机控制器的12V电源发生非预期的断路时，功率器件会因为驱动电源的完全丢失而进入完全关断状态，在不同的电机应用中，完全关断状态可能会导致整车产生可能导致危害事件的不可接受的制动状态或非预期的高压能量残存。