[发明专利]一种用于电机主动短路控制的方法

说明书

本发明公开了一种用于电机主动短路控制的方法，该方法在电机主动短路时能够抑制暂态电流，该方法的具体步骤为：a、当电机需要进入安全状态时，电机控制器记录电机在当前时刻的转子位置角θ_i，并计算反电动势线电压；b、计算电机在下一时刻的反电动势线电压；c、通过判断任意两相的反电动势线电压处于波峰或波谷时，先进行两相短路，剩余第三相为开路相并进入步骤d；否则回到步骤a；d、计算电机的开路相在当前时刻的反电动势相电压；e、计算电机的开路相在下一时刻的反电动势线电压；f、通过判断开路相的反电动势相电压处于波峰或波谷时，对开路相进行短路；否则回到步骤d。本发明的方法通过判断反电动势线电压在波峰或波谷时刻进行短路。

技术领域

本发明涉及电动汽车控制技术领域，尤其涉及电动汽车的电机控制技术，具体地说是一种用于电机主动短路控制的方法。

背景技术

电动汽车(纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等)的驱动电机大部分采用永磁同步电机，以追求更高的效率、能量密度和可靠性。

当车辆行驶过程中，若整车系统出现严重不可控故障时(例如电池过温、控制器自身器件失效等)，控制器需要立即停止对永磁电机的控制。如果故障前，车辆正在行驶过程中，永磁电机处于高速旋转状态，停机后失去控制的高速永磁电机，其转子上的永磁体就会在电机三相端产生过高的反电动势电压，如图1所示的Ea、Eb、Ec。该反电动势电压与电机转速成正比，也即故障前车速越高，电机转速越大，则反电动势电压也越高。

过高的反电动势电压，会通过控制器内部的功率器件反并联二极管D1～D6不控整流，对控制器内的直流电容进行充电，并对产生一个失控的制动转矩，该制动转矩会危害到车辆的操控，增加翻车危险。同时反电动势整流到控制器内的直流电容C1上，会冲高直流电容的电压，损坏控制器内部的功率器件，甚至引起电池包爆炸，产生不可控的安全隐患。

从安全角度考虑，为抑制永磁电机高速停机后过高的反电动势电压，停机后应该让电机进入主动短路状态。例如闭合控制器下部功率器件S2/S4/S6，使得电机的三相电压短接在直流负极，反电动势就只作用在电机内部的三相绕组上，产生短路电流，而且短路电流只在电机内部绕组和功率器件的下管中存在，不会流到直流电容C1或电池上，不影响后级直流侧的安全。同理，也可以闭合控制器上部功率器件S1/S3/S5，使得电机的三相输出端短接在直流正极。将电机短接到电池正极或负极，其效果没有差别，实际应用中可以根据控制器的上管S1/S3/S5还是下管S2/S4/S6的故障状态来决定。

如果故障后，立即直接将电机三相同时短路，则电机内部绕组L1～L3上的电流，会经历从暂态到稳态的过渡过程。其中稳态电流受电机设计参数的影响，属于不可控因素；而暂态电流则受短路前电流幅值、短路时刻、短路方式的影响，属于可控因素。

稳态和暂态电流的叠加，会产生较大的电流冲击，如图2所示。过大的冲击电流会损坏控制器功率器件，同时会让永磁电机磁钢失磁，造成不可恢复的损坏，达不到安全停机的初衷。

为了尽量减小短路造成暂态危害，CN109905068A中，完全短路前先控制电机的dq轴给定电流调整为特征电流，以在主动短路动作前将电机输出转矩降为0，并且确保主动短路动作时不会产生过大的冲击电流；再在电机的dq轴给定电流已经调整为特征电流后，进行完全的短路。

另外在CN 108964572 A中，通过两段控制阶段进行过渡，在过渡阶段中，通过检测短路电流，来调整功率器件的开关状态，从而减小电流短路的暂态过渡过程。

这些方法本质都是在完全短路前，通过控制器的控制策略，来驱动功率器件反复开关，达到控制暂态电流的目的。这些方法需要严重依赖电流传感器、转速位置传感器，且得保证功率器件的驱动电路处于的良好工作状态。主动短路的初衷是在车辆系统发生失效后，采用简单可靠的方式快速进入安全状态。在失效后，如果控制器本身还能进行复杂的控制策略，就没必要进行主动短路了。

综上，现有技术均太复杂，安全短路前所需的步骤太多。