車用永磁同步電機的母線電容器放電控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種車用永磁同步電機的母線電容器放電方法，具體涉及一種高壓混合動力或者純電動車輛的永磁同步電機控制器的母線電容器放電控制方法。
【背景技術】
[0002]在新能源車輛中可以在傳動系統(tǒng)中添加電驅動系統(tǒng)或者直接用電驅動系統(tǒng)完全代替?zhèn)鲃酉到y(tǒng)，以期獲得更好的排放和油耗。一般電驅動系統(tǒng)由蓄電池、電機和電機控制器組成。電機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。當電驅動系統(tǒng)的額定電壓超過60V時，即使蓄電池斷開高壓回路，由于電容器的儲能特性，電容器兩端的電壓對操作或者維修人員存在高壓風險。因此在車輛停機后，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內完成。
[0003]另外，不同于工業(yè)用電驅動系統(tǒng)，新能源車輛對電機和電機控制器都有著嚴格的體積和功率密度要求。為了滿足這一要求，新能源車輛用電機通常是永磁同步電機。永磁體在旋轉過程中產生的反相電動勢會通過三相全橋內部的二極管對母線電容器進行充電，因此也可能產生潛在的高壓風險。
[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)可斷開的放電回路。放電回路由開關元件和放電元件組成。開關元件在系統(tǒng)工作時斷開，在需要進行放電時將放電回路并聯(lián)到電容器兩端。放電元件在放電過程中將電容器存儲的能量轉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，因此放電元件的設計需要考慮體積、散熱、功耗等因素。因此，往往設計成本比較大，電容器的放電效果無法達到最佳。

【發(fā)明內容】

[0005]針對上述技術問題，本發(fā)明提出了一種車用永磁同步電機的母線電容器放電控制方法，該方法通過控制功率模塊的開關，使得逆變器與電機上產生可控電流，而且不會產生電磁轉矩，將母線電容器存儲的電荷快速消耗在電機三相電阻上，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)明的技術方案是:
一種車用永磁同步電機的母線電容器放電控制方法，其特征在于，包括以下步驟:
SOI:電機控制器接收放電指令，判斷主接觸器的狀態(tài)；
S02:在電機轉子靜止后，且控制器檢測到主接觸器斷開后，根據(jù)轉子的靜止位置角，對電機三相定子輸出一個電壓矢量，使得電機的定子交軸電流lq=0，直軸電流ld>0;
S03:判斷母線電容器的電壓，當檢測到母線電容器的電壓低于閾值后，退出放電過程。
[0007]優(yōu)選的，所述步驟S02還包括根據(jù)轉子的靜止位置角R計算三相電壓值，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進行反Park變換與反(:1&4變換，得到對應的三相電壓值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，實時檢測母線電容器的電壓，當電壓在一定時間內不產生下降趨勢或者不達到預定電壓值，電機控制器需要退出放電。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點是:
1、該方法通過控制功率模塊的開關，使得逆變器與電機上產生可控電流，而且不會產生電磁轉矩，將母線電容器存儲的電荷快速消耗在電機三相電阻上，更加安全、快速。
[0011]2、不增加任何額外零件，成本低、方便實現(xiàn)，能夠快速完成母線電容放電。
【附圖說明】
[0012]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述:
圖1為電驅動系統(tǒng)的電路圖；
圖2為本發(fā)明車用永磁同步電機的母線電容器放電控制方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0013]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面結合【具體實施方式】并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。應該理解，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，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。
[0014]實施例:
下面結合附圖，對本發(fā)明的較佳實施例作進一步說明。
[0015]如圖1所示，電驅動系統(tǒng)包括車用電池1、主接觸器2、逆變器3、電機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構成電機控制器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:當電機控制器檢測到放電指令或者因為自身故障而要求放電時，通過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的情況下，才容許激活放電功會泛。
[0018]S02:在電機轉子靜止后，且控制器檢測到主回路斷電后，根據(jù)轉子的靜止位置角R計算三相電壓值，目標電壓矢量是電流環(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進行反Park變換與反Clark變換，得到對應的三相電壓值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°))
實際控制中還需要進行SVPWM或者SPWM控制，a、b、c三相電壓的對應波形不是一個標準的正弦波，不同的控制器可能比例系數(shù)sqrt(2/3)也不同。
[0019]對電機三相定子輸出一個電壓矢量，使得電機的定子交軸電流lq=0，直軸電流Id>0;此時，電機的定子電流矢量與轉子磁鏈矢量方向一致，兩者互相作用不會產生電磁轉矩。
[0020]S03:當檢測到母線電壓低于閾值后，退出放電過程。
[0021]步驟S02中，為防止電流過大導致逆變器損壞，應控制Ud大小，Ud〈60V，并對Id電流進行限制，一般Id〈10A。
[0022]針對特殊故障情況，如蓄電池管理系統(tǒng)發(fā)給主接觸器已斷開的狀態(tài)而主接觸器在物理上仍閉合。此時放電回路對蓄電池持續(xù)放電，會在放電回路上累積大量的熱能，損壞放電回路。因此在放電過程中，需要實時檢測電容器兩端的電壓，判斷放電過程是否工作或者放電回路是否故障。當電容器兩端的電壓在特定時間內不產生下降趨勢或者不達到預定電壓值，電機控制器需要退出放電過程。
[0023]該方法可以將母線電容器的能量大部分消耗在電機三相電阻上，將母線電容中存儲的電荷釋放以規(guī)避高壓帶來的潛在風險。
[0024]應當理解的是，本發(fā)明的上述【具體實施方式】僅僅用于示例性說明或解釋本發(fā)明的原理，而不構成對本發(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、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。此外，本發(fā)明所附權利要求旨在涵蓋落入所附權利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內的全部變化和修改例。
【主權項】
1.一種車用永磁同步電機的母線電容器放電控制方法，其特征在于，包括以下步驟: SOI:電機控制器接收放電指令，判斷主接觸器的狀態(tài)； S02:在電機轉子靜止后，且控制器檢測到主接觸器斷開后，根據(jù)轉子的靜止位置角，對電機三相定子輸出一個電壓矢量，使得電機的定子交軸電流lq=0，直軸電流ld>0; S03:判斷母線電容器的電壓，當檢測到母線電容器的電壓低于閾值后，退出放電過程。2.根據(jù)權利要求1所述的車用永磁同步電機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)轉子的靜止位置角R計算三相電壓值，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進行反Park變換與反Clark變換，得到對應的三相電壓值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)權利要求2所述的車用永磁同步電機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)權利要求1所述的車用永磁同步電機的母線電容器放電控制方法，其特征在于，實時檢測母線電容器的電壓，當電壓在一定時間內不產生下降趨勢或者不達到預定電壓值，電機控制器需要退出放電。
【專利摘要】<b>本發(fā)明公開了一種車用永磁同步電機的母線電容器放電控制方法，包括以下步驟：電機控制器接收放電指令，判斷主接觸器的狀態(tài)；在電機轉子靜止后，且控制器檢測到主接觸器斷開后，根據(jù)轉子的靜止位置角，對電機三相定子輸出一個電壓矢量，使得電機的定子交軸電流</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，當檢測到母線電容器的電壓低于閾值后，退出放電過程。使得逆變器與電機上產生可控電流，而且不會產生電磁轉矩，將母線電容器存儲的電荷快速消耗在電機三相電阻上，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】H02P6/24, B60L15/00, H02P27/06
【公開號】CN105450107
【申請?zhí)枴緾N201511014205
【發(fā)明人】任晨佳, 王月宏, 王秀銳, 周偉波, 邱帥
【申請人】清華大學蘇州汽車研究院（吳江）, 蘇州穆歐動力科技有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月31日