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CN105450107A - 车用永磁同步电机的母线电容器放电控制方法 - Google Patents

车用永磁同步电机的母线电容器放电控制方法 Download PDF

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CN105450107A
CN105450107A CN201511014205.6A CN201511014205A CN105450107A CN 105450107 A CN105450107 A CN 105450107A CN 201511014205 A CN201511014205 A CN 201511014205A CN 105450107 A CN105450107 A CN 105450107A
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China
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voltage
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permanent magnet
control method
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CN201511014205.6A
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任晨佳
王月宏
王秀锐
周伟波
邱帅
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SUZHOU MUOU POWER TECHNOLOGY Co Ltd
Suzhou Automotive Research Institute of Tsinghua University
Original Assignee
SUZHOU MUOU POWER TECHNOLOGY Co Ltd
Suzhou Automotive Research Institute of Tsinghua University
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Abstract

<b>本发明公开了一种车用永磁同步电机的母线电容器放电控制方法，包括以下步骤：电机控制器接收放电指令，判断主接触器的状态；在电机转子静止后，且控制器检测到主接触器断开后，根据转子的静止位置角，对电机三相定子输出一个电压矢量，使得电机的定子交轴电流</b><b>Iq</b><b>=0</b><b>，直轴电流</b><b>Id>0</b><b>；判断母线电容器的电压，当检测到母线电容器的电压低于阈值后，退出放电过程。使得逆变器与电机上产生可控电流，而且不会产生电磁转矩，将母线电容器存储的电荷快速消耗在电机三相电阻上，不增加任何额外零件，能够快速完成母线电容放电。</b>

Description

车用永磁同步电机的母线电容器放电控制方法
技术领域
本发明涉及一种车用永磁同步电机的母线电容器放电方法，具体涉及一种高压混合动力或者纯电动车辆的永磁同步电机控制器的母线电容器放电控制方法。
背景技术
在新能源车辆中可以在传动系统中添加电驱动系统或者直接用电驱动系统完全代替传动系统，以期获得更好的排放和油耗。一般电驱动系统由蓄电池、电机和电机控制器组成。电机控制器功率部分由母线电容器、三相全桥功率模块、吸收电路等电力电子部件组成。其中母线电容器的作用是滤波，用于平滑母线电压。当电驱动系统的额定电压超过60V时，即使蓄电池断开高压回路，由于电容器的储能特性，电容器两端的电压对操作或者维修人员存在高压风险。因此在车辆停机后，系统需要迅速将电容器两端的电压放电到小于60V。根据GB18488的法规要求，快速放电需要在5s内完成。
另外，不同于工业用电驱动系统，新能源车辆对电机和电机控制器都有着严格的体积和功率密度要求。为了满足这一要求，新能源车辆用电机通常是永磁同步电机。永磁体在旋转过程中产生的反相电动势会通过三相全桥内部的二极管对母线电容器进行充电，因此也可能产生潜在的高压风险。
目前，母线电容器放电通常的做法是在电容器两端并联可断开的放电回路。放电回路由开关元件和放电元件组成。开关元件在系统工作时断开，在需要进行放电时将放电回路并联到电容器两端。放电元件在放电过程中将电容器存储的能量转化成热量消耗在自身本体上。因此通常需要大功率电阻或者大功率正温度系数(PTC)电阻。由于放电元件需要吸收电容器的所有能量，因此放电元件的设计需要考虑体积、散热、功耗等因素。因此，往往设计成本比较大，电容器的放电效果无法达到最佳。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出了一种车用永磁同步电机的母线电容器放电控制方法，该方法通过控制功率模块的开关，使得逆变器与电机上产生可控电流，而且不会产生电磁转矩，将母线电容器存储的电荷快速消耗在电机三相电阻上，不增加任何额外零件，能够快速完成母线电容放电。
本发明的技术方案是：
一种车用永磁同步电机的母线电容器放电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：电机控制器接收放电指令，判断主接触器的状态；
S02：在电机转子静止后，且控制器检测到主接触器断开后，根据转子的静止位置角，对电机三相定子输出一个电压矢量，使得电机的定子交轴电流Iq=0，直轴电流Id>0；
S03：判断母线电容器的电压，当检测到母线电容器的电压低于阈值后，退出放电过程。
优选的，所述步骤S02还包括根据转子的静止位置角R计算三相电压值，所述电压矢量是电流环的控制器输出直轴电压Ud，交轴电压Uq，根据位置角度R进行反Park变换与反Clark变换，得到对应的三相电压值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°)）。
优选的，控制Ud<60V，并限制Id<10A。
优选的，实时检测母线电容器的电压，当电压在一定时间内不产生下降趋势或者不达到预定电压值，电机控制器需要退出放电。
本发明的优点是：
1、该方法通过控制功率模块的开关，使得逆变器与电机上产生可控电流，而且不会产生电磁转矩，将母线电容器存储的电荷快速消耗在电机三相电阻上，更加安全、快速。
2、不增加任何额外零件，成本低、方便实现，能够快速完成母线电容放电。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为电驱动系统的电路图；
图2为本发明车用永磁同步电机的母线电容器放电控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例：
下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步说明。
如图1所示，电驱动系统包括车用电池1、主接触器2、逆变器3、电机4、控制电路5、母线电容6和电池管理系统7，其中逆变器3、控制电路5和母线电容6构成电机控制器8。
本发明的母线电容器放电控制方法，如图2所示。
S01：当电机控制器检测到放电指令或者因为自身故障而要求放电时，通过检查主接触器的状态判断是否激活放电功能。只有在主接触器断开的情况下，才容许激活放电功能。
S02：在电机转子静止后，且控制器检测到主回路断电后，根据转子的静止位置角R计算三相电压值，目标电压矢量是电流环的控制器输出直轴电压Ud，交轴电压Uq，根据位置角度R进行反Park变换与反Clark变换，得到对应的三相电压值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°)）
实际控制中还需要进行SVPWM或者SPWM控制，a、b、c三相电压的对应波形不是一个标准的正弦波，不同的控制器可能比例系数sqrt（2/3）也不同。
对电机三相定子输出一个电压矢量，使得电机的定子交轴电流Iq=0，直轴电流Id>0；此时，电机的定子电流矢量与转子磁链矢量方向一致，两者互相作用不会产生电磁转矩。
S03：当检测到母线电压低于阈值后，退出放电过程。
步骤S02中，为防止电流过大导致逆变器损坏，应控制Ud大小，Ud<60V，并对Id电流进行限制，一般Id<10A。
针对特殊故障情况，如蓄电池管理系统发给主接触器已断开的状态而主接触器在物理上仍闭合。此时放电回路对蓄电池持续放电，会在放电回路上累积大量的热能，损坏放电回路。因此在放电过程中，需要实时检测电容器两端的电压，判断放电过程是否工作或者放电回路是否故障。当电容器两端的电压在特定时间内不产生下降趋势或者不达到预定电压值，电机控制器需要退出放电过程。
该方法可以将母线电容器的能量大部分消耗在电机三相电阻上，将母线电容中存储的电荷释放以规避高压带来的潜在风险。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (4)

1.一种车用永磁同步电机的母线电容器放电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：电机控制器接收放电指令，判断主接触器的状态；
S02：在电机转子静止后，且控制器检测到主接触器断开后，根据转子的静止位置角，对电机三相定子输出一个电压矢量，使得电机的定子交轴电流Iq=0，直轴电流Id>0；
S03：判断母线电容器的电压，当检测到母线电容器的电压低于阈值后，退出放电过程。
2.根据权利要求1所述的车用永磁同步电机的母线电容器放电控制方法，其特征在于，所述步骤S02还包括根据转子的静止位置角R计算三相电压值，所述电压矢量是电流环的控制器输出直轴电压Ud，交轴电压Uq，根据位置角度R进行反Park变换与反Clark变换，得到对应的三相电压值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°)）。
3.根据权利要求2所述的车用永磁同步电机的母线电容器放电控制方法，其特征在于，控制Ud<60V，并限制Id<10A。
4.根据权利要求1所述的车用永磁同步电机的母线电容器放电控制方法，其特征在于，实时检测母线电容器的电压，当电压在一定时间内不产生下降趋势或者不达到预定电压值，电机控制器需要退出放电。
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