一种电机控制器的电路保护控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种电机控制器的电路保护控制方法及系统。

背景技术

在新能源汽车应用中，电机及电机控制器组成的电驱系统的正常运行极其重要，一旦电驱系统出现故障，可能造成器件损坏甚至是人员伤亡。因此，在电驱系统出现故障情况下，需要对其进行故障保护并进入主动安全控制，输出零扭矩或可接受的安全制动扭矩以使车辆缓慢停止，便于驾驶员安全驶离车道处理。其中最为常见的两种主动安全控制措施为SPO(Switching Pulse Off)，即全关管状态和ASC(Active Short Circuit)，即主动短路。SPO实现方式是将开关管全部断开,ASC是通过将上桥短路或者下桥短路，实现其他高压部件如电池与电驱系统的分离。

SPO状态下，永磁同步电机的反电动势随转速增大，过高反电动势有可能通过三相桥的整流二极管反充电池，导致其他器件的损坏；而ASC在中低速下又有较高的制动扭矩，影响安全运行，且ASC状态下产生的短路电流对电机及电机控制器也是一种损伤。

现有技术中，电机控制器判断是否进入上述两状态的条件为，设置一固定转速值，当电机转速达到或超过该固定转速值时，执行ASC，低于该转速时进行SPO。因此，无法在复杂应用条件下，特别是在中速区，既能保证零扭矩或安全制动扭矩，又能避免过高反充电压导致器件损坏。

因此，需要一种新型的电机控制器的电路保护控制方法及系统，明确ASC/SPO在全转速范围内的特征，结合实测电压、转速或其他相关变量，在复杂应用条件下，满足零扭矩或控制制动扭矩在安全扭矩内，并避免过高反充电压导致器件损坏。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种电机控制器的电路保护控制方法及系统，适用于各类纯电动/混动车型电机控制器的主动安全控制，提供应对于各类使用工况的灵活控制逻辑。

本发明公开了一种电机控制器的电路保护控制方法，包括以下步骤：

对一电机在主动短路和全关管状态下制动转矩与电机转速的关系标定形成第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线；

于制动转矩-转速曲线内标定电机的安全转矩曲线，使得安全转矩曲线与第一制动转矩-转速曲线相交于第一交点，第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线相交于第二交点；

确定第一交点和第二交点所对应的电机转速为第一转速阈值和第二转速阈值；

检测电机的当前转速，并将当前转速与第一转速阈值和/或第二转速阈值比较；

当当前转速小于或等于第一转速阈值时，电机控制器对电机执行全关管保护；

当当前转速大于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，电机控制器对电机执行主动短路或全关管择一保护；

当当前转速大于或等于第二转速阈值时，电机控制器对电机执行主动短路保护。

优选地，当当前转速大于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，电机控制器对电机执行主动短路或全关管择一保护的步骤包括：

当当前转速大于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，电机控制器对电机执行主动短路保护，或

当当前转速大于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，电机控制器对电机执行全关管保护，或

当当前转速大于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，检测电机的直流电压，并将直流电压与电机当前转速下的反充电压比较；

当直流电压小于或等于反充电压时，电机控制器对电机执行主动短路保护；

当直流电压大于或等于反充电压时，电机控制器对电机执行全关管保护。

优选地，当当前转速大于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，检测电机的直流电压，并将直流电压与电机的反充电压比较的步骤前，还包括：

电机控制器内还设有一电压阈值；

将电机的反充电压与电压阈值比较；

当反充电压小于或等于电压阈值时，电机控制器对电机执行全关管保护；

当反充电压大于电压阈值时，检测电机的直流电压，并将直流电压与电机的反充电压比较。

优选地，确定第一交点和第二交点所对应的电机转速为第一转速阈值和第二转速阈值的步骤包括：

获取第一交点和第二交点对应的第一电机转速和第二电机转速；

基于一转速冗余比获取第一电机转速前后的第一转速区间和第二电机转速前后的第二转速区间；

定义第一转速区间和第二转速区间为第一转速阈值和第二转速阈值。

优选地，还包括以下步骤：

当当前转速于第一转速区间内外跳变时，维持电机控制器对电机执行全关管保护；

当当前转速于第二转速区间内外跳变时，维持电机控制器对电机执行主动短路保护。

优选地，电机控制器内设有一时间阈值，当电机控制器对电机执行全关管保护或主动短路保护时，将维持至少时间阈值。

优选地，还包括以下步骤：

基于电机在不同转子温度下的变化，修正第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线；

基于转子温度确定所述第一转速阈值和第二转速阈值。

本发明还公开了一种电机控制器的电路保护控制系统，电机控制器与一电机连接，控制电机的工作状态，电机控制器包括：

标定模块，对电机在主动短路和全关管状态下制动转矩与电机转速的关系标定形成第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线并存储，且标定模块于制动转矩-转速曲线内标定电机的安全转矩曲线，使得安全转矩曲线与第一制动转矩-转速曲线相交于第一交点，第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线相交于第二交点；

处理模块，确定第一交点和第二交点所对应的电机转速为第一转速阈值和第二转速阈值；

控制模块，检测电机的当前转速，并将当前转速与第一转速阈值和/或第二转速阈值比较；当当前转速小于或等于第一转速阈值时，对电机执行全关管保护；当当前转速大于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，对电机执行主动短路或全关管择一保护；当当前转速大于或等于第二转速阈值时，对电机执行主动短路保护。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.从避免过大制动扭矩和避免反电势反充电池影响两方面，对ASC/SPO的进入条件进行优化；

2.结合实测电压、转速与其他条件，灵活判断进入ASC/SPO的条件，避免SPO反电势过大导致反充电池引起其他器件问题。

附图说明

图1为符合本发明一优选实施例中电机控制器的电路保护控制方法的流程示意图；

图2为符合本发明一优选实施例中第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线的示意图；

图3为符合本发明一优选实施例中电机控制器的电路保护控制方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

参阅图1，为符合本发明一优选实施例中电机控制器的电路保护控制方法的流程示意图，在该实施例中，电路保护控制方法包括以下步骤：

S100：对一电机在主动短路和全关管状态下制动转矩与电机转速的关系标定形成第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线

如上文所述的，在电驱系统出现故障情况下，需要对其进行故障保护并进入主动安全控制。其中最为常见的两种主动保护措施为全关管(SPO，Switching Pulse Off)和主动短路(ASC，Active Short Circuit)。SPO实现方式是通过将开关管全部断开；ASC是通过将上桥短路或者下桥短路，实现其他高压部件如电池与电机和控制器的分离。对一需控制的电机而言，标定该电机在ASC和SPO状态下制动转矩与电机转速的关系，标定时以不同的电机转速为x轴的变量，制动转矩为y轴的变量，从而标定出如图2所示的第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线。也就是说，该第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线分别表示ASC和SPO状态下，不同转速时电机将产生的制动转矩。从第一制动转矩-转速曲线上可获知，ASC状态下，随着电机转速的增加，制动转矩将先上升后下降，在低速区制动转矩最大，从第二制动转矩-转速曲线上可获知，SPO状态下，相反于ASC，随着电机转速的增加，制动转矩将持续接近于0，而随着电机转速的持续增加，若有反充电压时，制动转矩将增加，并随反充情况变化而变化。第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线在同一坐标轴内标定，从而形成制动转矩与电机转速的关系。

可以理解的是，对上述电机在全关管状态下反电动势与电机转速的关系形成反电动势-转速曲线，并进一步地计算，可形成反电动势经三相桥整流后的反充电压-转速曲线。

S200：于第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线内标定电机的安全转矩曲线，使得安全转矩曲线与第一制动转矩-转速曲线相交于第一交点，第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线相交于第二交点

在同一坐标轴内的第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线内将再增加一安全转矩曲线，该安全转矩值根据整车厂商的要求划定。通常而言，安全转矩值为一固定值，因此，在该坐标轴内，安全转矩曲线将标定为一几乎平行于x轴的直线。由此，该安全转矩曲线将与第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线相交。且原标定第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线时，上述两者也将相交。在此基础上，安全转矩曲线与第一制动转矩-转速曲线的相交位置定义为第一交点，而第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线相交于第二交点。可以理解的是，由于第一制动转矩-转速曲线的特性，其与安全转矩曲线将相交于两点，对此，通常可选取沿电机转速增加方向上的第一个交点为第一交点。

S300：确定第一交点和第二交点所对应的电机转速为第一转速阈值和第二转速阈值

具有上述第一交点和第二交点后，该第一交点和第二交点所对应的x轴位置，即所对应的电机转速分别定义为第一转速阈值和第二转速阈值。

S400：检测电机的当前转速，并将当前转速与第一转速阈值和/或第二转速阈值比较

获取上述第一转速阈值和第二转速阈值后，将对电机的当前转速进行实时检测，并将检测结果与第一转速阈值和/或第二转速阈值比较。可以理解的是，由于该第一转速阈值和第二转速阈值将电机转速分为三档，因此，在比较时，可同时与第一转速阈值和第二转速阈值比较，亦或是先后地与第一转速阈值和第二转速阈值比较，以节省控制流程。S410：当当前转速小于或等于第一转速阈值时，电机控制器对电机执行全关管保护

当比较结果为，当前转速小于或等于第一转速阈值时，表示电机的当前转速较小，落入ASC状态下制动转矩较大、SPO状态下制动转矩较小的区域，对此，电机控制器将对电机执行全关管SPO保护，使得对电机的控制为其制动转矩较小，且保证制动转矩小于安全转矩。

S420：当当前转速大于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，电机控制器对电机执行主动短路或全关管择一保护

当比较结果为，当前转速大于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，表示当前转速处于中档区域，在该区域下，ASC和SPO状态下的制动转矩均小于安全转矩，因此，就安全转矩的维度上而言，选择ASC或SPO保护措施均可接受，则可选择其中任一作为保护逻辑。

S430：当当前转速大于或等于第二转速阈值时，电机控制器对电机执行主动短路保护

当当前转速大于或等于第二转速阈值时，表示当前转速较大，落入ASC状态下制动转矩较小、SPO状态下反充电压高导致制动转矩较大的高档区域，对此，电机控制器将对电机执行ASC保护，使得对电机的控制为其制动转矩较小，且保证制动转矩小于安全转矩。

综上而言，本发明中，不再以固定转速作为控制电机进入ASC和SPO状态的固化标准，反之，将安全转矩作为始终的保证源，避免了原方案中，不同型号的电机、不同使用场景下的固定转速时安全转矩发生变化无法适应的问题，此外，更进一步地，对于不同类型的电机而言，标定后的曲线更具个性化，且各曲线不同下，仍可实现安全行使下的智能切换ASC和SPO状态。

可以理解的是，上述步骤S410-430之前，首先需确定SPO状态下反充电压和转速关系，即可事先标定出电机不同转速下，反充电压的值，以用于后续比较。

一优选实施例中，当当前转速大于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，电机控制器对电机执行主动短路或全关管择一保护的步骤S420包括：

S421：当当前转速大于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，电机控制器对电机执行主动短路保护

如上文所述的，当当前转速处于中档区域时，ASC和SPO可择一执行。而在该实施例中，对于保护措施的逻辑控制为当当前转速处于中档区域，跳过选择流程直接选择控制器对电机执行ASC保护，以省去中间程序处理过程。

另一方面，S420可包括：

S421’：当当前转速大于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，电机控制器对电机执行全关管保护

在该实施例中，对于保护措施的逻辑控制为当当前转速处于中档区域，跳过选择流程直接选择控制器对电机执行SPO保护，同样可省去中间程序处理过程。

S421”：当当前转速大于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，检测电机的直流电压，并将直流电压与电机的反充电压比较；

参阅图3，在另一优选实施例中，对于保护措施的逻辑控制，将增加另一判断维度。具体地，当当前转速处于中档区域时，将检测直流电压U

S422”：当直流电压小于或等于反充电压时，电机控制器对电机执行主动短路保护；

当两者的比较结果为：直流电压小于或等于反充电压时，表示若执行SPO保护，电机产生的反充电压过大，易对其他器件造成冲击。继而步骤S422”中，电机控制器对电机执行ASC保护，不产生反充电压。

S423”：当直流电压大于或等于反充电压时，电机控制器对电机执行全关管保护

另一方面，当两者的比较结果为：直流电压大于或等于反充电压时，表示若执行SPO保护，电机反电动势不会实际反充至电池抬高直流电压，不会对其他器件造成冲击。继而步骤S423”中，电机控制器对电机执行SPO保护，在保证制动转矩小于安全转矩的情况下，同时避免ASC短路电流对电机电控的损伤。

更进一步地，上述判断逻辑中，当当前转速大于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，检测电机的直流电压，并将直流电压与电机的反充电压比较的步骤S421”前还包括：

S420”-1：电机控制器内还设有一电压阈值；

考虑到例如其他电子器件的用电器本身具有一可接受的电压阈值，因此，在使用直流电压作为判断维度前，具有一前提，即用电器本身的电压阈值，该电压阈值可从主板上的电子器件获知，并存储入电机控制器内。

S420”-2：将电机的反充电压与电压阈值比较；

当当前转速与第一转速阈值和第二转速阈值的比较结果为：当前转速大于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，在该实施例中将检测电机的反充电压，检测的方式为，可预先获取电机在SPO状态下的反电动势-转速曲线，在获取到电机的当前转速后，在该反电动势-转速曲线内查询并计算反电动势经三相整流得到对应的反充电压，并将之与电压阈值比较。

S420”-3：当反充电压小于或等于电压阈值时，电机控制器对电机执行全关管保护；

上述步骤的比较结果为：反充电压小于或等于电压阈值时，表示不论反充电压与直流电压的关系如何，当前状态下的反充电压不会造成用电器的损坏，电机控制器可对电机执行SPO保护。

S420”-4：当反充电压大于电压阈值时，检测电机的直流电压，并将直流电压与电机的反充电压比较

上述步骤的比较结果为：反充电压大于电压阈值时，才将执行如步骤S421”，将直流电压与电机的反充电压进行比较。

通过上述配置，借助电压阈值、直流电压的多层比较，可基于不同的使用需求，例如满足电子器件的正常使用、电机反充节省能耗等方面，对电机进入何种状态进行控制。

另一优选实施例中，确定第一交点和第二交点所对应的电机转速为第一转速阈值和第二转速阈值的步骤S300包括：

S310：获取第一交点和第二交点对应的第一电机转速和第二电机转速；

在标定获得第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线后，如上文所述得到的第一交点和第二交点的x轴数值，对应为第一电机转速和第二电机转速。

S320：基于一转速冗余比获取第一电机转速前后的第一转速区间和第二电机转速前后的第二转速区间；

电机控制器内预设有一转速冗余比，例如5％、10％、15％等，该转速冗余比将扩大第一转速阈值和第二转速阈值的取值。据地提，在第一电机转速和第二电机转速这两特定转速下，分别计算两数据前后的第一转速区间和第二转速区间，例如第一电机转速*(1-转速冗余比)为第一转速区间的下限，第一电机转速*(1+转速冗余比)为第一转速区间的上限。

S330：定义第一转速区间和第二转速区间为第一转速阈值和第二转速阈值

获得第一转速区间和第二转速区间后，分别定义为第一转速阈值和第二转速阈值，使得第一转速阈值和第二转速阈值扩大为范围数据，避免当前转速在第一转速阈值附近变化时，ASC和SPO状态反复跳变所造成的的乒乓效应。

更进一步地，电路保护控制方法还包括以下步骤：

S500：当当前转速于第一转速区间内外跳变时，维持电机控制器对电机执行全关管保护；

S600：当当前转速于第二转速区间内外跳变时，维持电机控制器对电机执行主动短路保护。

也就是说，若在第一转速阈值和第二转速阈值为区间范围的情况下，仍出现当前转速反复跳变情况时，即便违背上述判断控制逻辑，仍将维持电机控制器对电机所执行的ASC或SPO保护措施。更进一步地，电机控制器内设有一时间阈值，当电机控制器对电机执行ASC或SPO保护时，将维持至少时间阈值，无论该时间阈值内当前转速、制动转矩或直流电压变化为何，防止反复切换保护措施时对电机造成损坏。

其他实施例中，对于第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线的标定可加入其它辅助参数，例如转子温度，以使得第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线更加准确地描述电机的情况。具体地，电路保护控制方法还包括以下步骤：基于电机在不同转子温度下的变化，修正第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线；基于转子温度确定所述第一转速阈值和第二转速阈值。或参考其他参数时，可考虑到，在直流电压很低情况下，即使有反充电压也只是造成一定程度的电压抬高，并不会造成器件损坏的条件下也可以选择SPO，避免ASC短路电流对电机电控的损伤；在器件承压能力很高，也可允许SPO一定程度电压抬高。

本发明还公开了一种电机控制器的电路保护控制系统，电机控制器与一电机连接，控制电机的工作状态，电机控制器包括：标定模块，对电机在主动短路和全关管状态下制动转矩与电机转速的关系标定形成第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线并存储，且标定模块于制动转矩-转速曲线内标定电机的安全转矩曲线，使得安全转矩曲线与第一制动转矩-转速曲线相交于第一交点，第一制动转矩-转速曲线和第二制动转矩-转速曲线相交于第二交点，此外，对电机在全关管状态下反电动势与电机转速的关系形成反电动势-转速曲线，并进一步地计算，可形成反电动势经三相桥整流后的反充电压-转速曲线并储存，用于后续与直流电压的比较；处理模块，确定第一交点和第二交点所对应的电机转速为第一转速阈值和第二转速阈值；控制模块，检测电机的当前转速，并将当前转速与第一转速阈值和/或第二转速阈值比较；当当前转速小于或等于第一转速阈值时，对电机执行全关管保护；当当前转速大于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，对电机执行主动短路或全关管择一保护；当当前转速大于或等于第二转速阈值时，对电机执行主动短路保护。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。