用于检测逆变器模块中退饱和故障的方法和装置制造方法
【专利摘要】一种用于监测用于多相电动机/发电机的逆变器模块的方法，包括停止所述逆变器模块的运行，监测被设置成向所述逆变器模块供应电功率的高压总线上的电压，当所述高压总线上的电压的变化大于预定的阈值时检测到真故障发生，且当所述高压总线上的电压的变化小于所述预定的阈值时检测到假故障发生。
【专利说明】用于检测逆变器模块中退饱和故障的方法和装置
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于电动机/发电机的逆变器模块。
【背景技术】
[0002]该部分中的表述仅提供了与本公开相关的背景信息。因此，该表述不旨在构成对现有技术的承认。
[0003]逆变器使用例如绝缘栅驱动双极型晶体管(LGBT)或MOSFET的功率开关将高压DC电功率转变成高压AC功率，其被传递至电动机/发电机以在使用混合驱动和电驱动动力系系统的车辆中产生用于牵引作用力的扭矩。这种系统中的故障包括线到线的电气短路，接地故障，以及逆变器、电动机/发电机和在逆变器和电动机/发电机之间电气连接的多相电源总线的功率开关的击穿状态。与电动机/发电机的功率开关和绕组相关的故障可导致流过各种组件的过量电流，以及越过功率开关中之一或多个的集电极和发射极的电压幅值增大(被称为退饱和)。一个已知的故障模式是击穿状态，其中相同的逆变器引线中的上和下开关被同时转换为开。该状态导致击穿状态，其中DC总线被短路。该状态在DC总线上产生电压暂降。
[0004]已知的功率开关被控制为开状态或关状态的其中一个状态。当处于开状态中所述功率开关如设计那样起作用时，通过功率开关的电流是饱和的，即，全部的可用电流穿过开关，小部分电流由于开关电阻而耗散成热量。当处于关状态时，开关阻挡电流的流动。
[0005]功率开关中的退饱和故障会导致电流增大至超过最大运行极限，其中功率开关进入线性模式,这样对功率开关进行退饱和(DSAT)。当越过功率开关的集电极和发射极(Vce)的电压幅值升高高于阈值(例如1-2伏，此时门极-发射极电压为高)时，DSAT状态被认为出现。已知控制系统响应于DSAT故障包括立即关闭电动机/发电机。已知的系统被设置成监测功率开关集电极-发射极电压以检测DSAT故障，且包括控制系统以一旦检测到DSAT故障实现电动机/发电机的立即关闭。动力系系统暴露于外界干扰，夕卜界干扰包括电磁干扰(EMI)，其可触发故障的假检测和相关联的电动机/发电机的立即关闭(这是不需要的)。
[0006]已知的DSAT诊断方法包含使用硬件电路以监测电参数和执行设计用来保护硬件和系统不受电或热损害的补救动作。一个已知的保护防止DSAT故障的监测方法包括测量每个功率开关上的集电极和发射极之间的电压下降。已知的基于硬件的DSAT诊断被设计成迅速响应感知的故障，但是需要电路，所述电路必须在尚不知道系统性能的系统开发期间被设计且实施。因此，由于硬件电路制造公差变动和不期望的系统事件，基于硬件的诊断会遭受假判定的故障触发。由于硬件缺陷和公差叠加的问题，基于硬件的DSAT诊断会产生假判定的DSAT信号，导致电动机/发电机的不必要的关闭。已知的对与基于硬件的DSAT诊断相关的问题的补偿方法包括使用包括重试例程的诊断软件，其中首次的硬件诊断差错不触发系统宽范围关闭。已知的重试例程清除或抹去由基于硬件的诊断所检测到的故障，且允许系统使用重试计数重新开始可校准的次数。用于基于硬件的诊断的重试的数量可为预定的固定的值。该固定的重试数量形成保护以防止令人讨厌的差错，但是在真正的故障出现时会对硬件形成过载的状态。
【发明内容】
[0007]多相电动机/发电机被联接到逆变器模块。响应由基于硬件的退饱和诊断配置指示的逆变器模块中的初步故障，逆变器模块被停止且被设置成向逆变器模块供应电功率的高压总线上的电压被监测。当高压总线上的电压的变化大于预定的阈值时检测到产生真故障。当高压总线上的电压的变化小于预定的阈值时检测到产生假故障。
[0008]本发明提供如下方案:
1.用于监测逆变器模块的方法，所述逆变器模块用于多相电动机/发电机，所述方法包括:
响应于由基于硬件退饱和诊断配置所指示的所述逆变器模块中的初步故障的发生
而:
停止所述逆变器模块的运行；
监测被设置成向所述逆变器模块供应电功率的高压总线上的电压；
当所述高压总线上的电压的变化大于预定的阈值时检测到真故障发生；以及 当所述高压总线上的电压的变化小于所述预定的阈值时检测到假故障发生。
[0009]2.根据方案I所述的方法，其中，当所述高压总线上的电压的变化大于所述预定的阈值时检测到真故障发生包括在采样窗口期间当所述高压总线上的电压的变化大于所述预定的阈值时检测到真故障发生。
[0010]3.根据方案2所述的方法，
其中，监测所述高压总线上的电压包括在所述采样窗口期间监测越过所述高压总线的基于时间的电压差；以及
其中，检测到所述假故障发生包括当所述基于时间的电压差小于所述预定的阈值时检测到所述假故障发生。
[0011]4.根据方案2所述的方法，
其中，监测所述高压总线上的电压包括在所述采样窗口期间监测越过所述高压总线的基于时间的电压差；以及
其中，检测到所述真故障发生包括当所述基于时间的电压差大于所述预定的阈值时检测到所述真故障发生。
[0012]5.根据方案I所述的方法，还包括:
执行真故障计数器以对真故障的发生计数；
当所述真故障计数器大于预定的真故障计数时确认逆变器模块故障；以及当所述逆变器模块故障被确认时，禁止所述逆变器模块运行，且禁止所述多相电动机/发电机运行。
[0013]6.根据方案I所述的方法，还包括:
执行假故障计数器以对假故障的发生计数；
当所述假故障计数器大于预定的假故障计数时确认逆变器模块故障；以及
当所述逆变器模块故障被确认时，禁止所述逆变器模块运行，且禁止所述多相电动机/发电机运行。
[0014]7.根据方案I所述的方法，其中，停止所述逆变器模块的运行包括禁止所述逆变器模块运行达预定的开关冷却周期。
[0015]8.根据方案I所述的方法，还包括在预定的开关冷却周期之后重启所述逆变器模块的运行。
[0016]9.根据方案I所述的方法，还包括:
执行真故障计数器以对真故障的发生计数，以及执行假故障计数器以对假故障的发生计数；
当所述真故障计数器大于预定的真故障计数时确认逆变器模块故障；以及当所述逆变器模块故障被确认时，禁止所述逆变器模块运行且禁止所述多相电动机/发电机运行。
[0017]10.根据方案9所述的方法，还包括当所述假故障计数器大于预定的假故障计数时确认逆变器模块故障。
[0018]11.用于监测电动机/发电机的方法,包括:
基于监测逆变器模块高压开关的基于硬件退饱和诊断配置而检测与控制所述电动机/发电机的逆变器模块相关联的初步故障；以及随后检测到初步故障:
停止所述逆变器模块的运行达预定的开关冷却周期，并监测向所述逆变器模块供应电功率的高压总线上的电压；以及
在所述开关冷却周期期间当所述高压总线上的电压的变化大于预定的阈值时检测到真故障发生。
[0019]12.根据方案11的方法，其中，检测到所述真故障发生包括在预定的采样窗口期间当所述高压总线上的电压的变化大于所述预定的阈值时检测到所述真故障发生。
[0020]13.根据方案11所述的方法:
其中，监测所述高压总线上的电压包括监测越过所述高压总线的基于时间的电压差；
以及
其中，检测到所述真故障发生包括当所述基于时间的电压差大于所述预定的阈值时检测到所述真故障发生。
[0021]14.根据方案11所述的方法，还包括:
随后检测初步故障:
在所述开关冷却周期期间当所述高压总线上的电压的变化小于所述预定的阈值时检测到假故障发生。
[0022]15.根据方案14所述的方法，还包括:
执行假故障计数器以对假故障的发生计数；
当所述假故障计数器大于预定的假故障计数时确认逆变器模块故障；以及当所述逆变器模块故障被确认时禁止所述逆变器模块运行，且禁止所述多相电动机/发电机运行。
[0023]16.根据方案11所述的方法，还包括:
执行真故障计数器以对所述真故障的发生计数；以及当所述真故障计数器大于预定的真故障计数时，确认逆变器模块故障；以及当所述逆变器模块故障被确认时禁止所述逆变器模块运行，且禁止所述多相电动机/发电机运行。
[0024]17.用于监测逆变器模块的方法，所述逆变器模块用于被设置成对车辆产生牵引扭矩的多相电动机/发电机，所述方法包括:
响应于由基于硬件退饱和诊断配置所指示的初步故障的发生，而停止所述逆变器模块达预定的开关冷却周期；
随后停止所述逆变器模块:
监测向所述逆变器模块供应电功率的高压总线上的电压；
当所述高压总线上的电压的变化大于预定的阈值时检测到真故障发生；
执行故障计数器以对真故障的发生计数；
当所述故障计数器超过预定的故障计数时确认逆变器模块故障；以及 当所述逆变器模块故障被确认时执行关闭以禁止所述多相电动机/发电机运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]现在将参照附图 通过示例的方式描述一个或多个实施例，其中:
图1图示了根据本公开的包括高压蓄电池、逆变器模块和控制器的用于多相电动机/发电机的电力系统；
图2-1图示了根据本公开的故障确认配置，以监测、检测和确认在用于多相电动机/发电机的逆变器模块的功率开关中之一中的退饱和(DSAT)故障；
图2-2图示了根据本公开的包括执行故障计数配置的图2-1的故障确认配置的实施例的附加细节；
图3图示了根据本公开的高压总线电压上的真DSAT故障发生的效果；以及 图4图示了根据本公开的高压总线电压上的假DSAT故障发生的效果。
【具体实施方式】
[0026]现在参考附图，其中附图仅用于图示某些的示范性实施例的目的，且不用于对其进行限制的目的，图1示意性图示了用于多相电动机/发电机40的电气系统。该系统包括高压蓄电池30、逆变器模块20和控制器10。电动机/发电机40包括用于输送扭矩的输出构件42，例如向车辆系统或不做限制地向其他系统输送输送牵引扭矩。该系统包括高压总线，该高压总线包括将蓄电池30电连接于逆变器模块20的正极总线32和负极总线34。在一个实施例中，逆变器模块20优选包括控制器10、电压传感器35和开关模块21。电压传感器35监测正极总线32和负极总线34之间的电势，且信号地连接于控制器10。开关模块21优选包括总线电容器26和多个诸如IGBT等高压开关22，其通过相应的电线24与电动机/发电机30的相或引线互连。每个高压开关22包括内部监测电路，该内部监测电路测量越过集电极/发射极接合点的电压(Vce)且被设置成当Vce大于阈值时检测硬件故障。控制器10通过信号线27操作地连接于每个高压开关22，以控制其启动和停止，且信号地连接于每个高压开关22以监测和检测硬件故障的出现。电流传感器25被用于监测通过每个电线24的电流。电流传感器25信号连接于控制器10。控制器10包括多个控制例程11。控制器10优选通过连接总线15信号连接于其他系统和使用了电动机/发电机40的系统中的控制器。
[0027]控制模块、模块、控制、控制器、控制单元、处理器和相似的术语的意思是如下项目中的任意一个或其中的一个或多个的任意各种组合:专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序或例程的中央处理单元(优选微处理器)及关联的内存和存储器(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和设备、合适的信号调制和缓冲电路以及提供所述功能的其他的组件。软件、固件、程序、指令、例程、代码、运算法则和相似的术语意思是包括校准和查表的任意的指令组。控制模块具有一系列的被执行以提供期望的功能的控制例程。例程被诸如中央处理单元等执行，且可被运行以监测从传感设备和其他网络控制模块的输入，且执行控制和诊断例程以控制驱动器的运行。可在运行中的发动机和车辆运行期间以规律的间隔(例如每3.125,6.25,12.5、25和100毫秒)来执行例程。可选地，可响应事件的发生执行例程。
[0028]图2-1示意性地示出了故障确认配置200，其作为一个或多个例程和预定的阈值被执行以监测、检测和确定用于多相电动机/发电机的逆变器模块的故障，例如在控制器10中执行其中一个控制例程11以控制参考图1描述的用于多相电动机/发电机40的逆变器模块20。整体上，监测逆变器模块包括响应于由基于硬件的退饱和诊断配置指示的初步故障的发生而停止逆变器模块的运行，和监测高压总线上的电压。当高压总线上的电压的变化大于预定的阈值时可检测到真故障的发生。当高压总线上的电压的变化小于阈值时可检测到假故障发生。本领域技术人员将意识到阈值比较包括已知的滞后技术。表1被提供为图2-1的索引，其中数字标识的块和相应的功能被如下给出。
[0029]表1
【权利要求】
1.用于监测逆变器模块的方法，所述逆变器模块用于多相电动机/发电机，所述方法包括: 响应于由基于硬件退饱和诊断配置所指示的所述逆变器模块中的初步故障的发生而: 停止所述逆变器模块的运行； 监测被设置成向所述逆变器模块供应电功率的高压总线上的电压； 当所述高压总线上的电压的变化大于预定的阈值时检测到真故障发生；以及 当所述高压总线上的电压的变化小于所述预定的阈值时检测到假故障发生。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述高压总线上的电压的变化大于所述预定的阈值时检测到真故障发生包括在采样窗口期间当所述高压总线上的电压的变化大于所述预定的阈值时检测到真故障发生。
3.根据权利要求2所述的方法， 其中，监测所述高压总线上的电压包括在所述采样窗口期间监测越过所述高压总线的基于时间的电压差；以及 其中，检测到所述假故 障发生包括当所述基于时间的电压差小于所述预定的阈值时检测到所述假故障发生。
4.根据权利要求2所述的方法， 其中，监测所述高压总线上的电压包括在所述采样窗口期间监测越过所述高压总线的基于时间的电压差；以及 其中，检测到所述真故障发生包括当所述基于时间的电压差大于所述预定的阈值时检测到所述真故障发生。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括: 执行真故障计数器以对真故障的发生计数； 当所述真故障计数器大于预定的真故障计数时确认逆变器模块故障；以及当所述逆变器模块故障被确认时，禁止所述逆变器模块运行，且禁止所述多相电动机/发电机运行。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括: 执行假故障计数器以对假故障的发生计数； 当所述假故障计数器大于预定的假故障计数时确认逆变器模块故障；以及当所述逆变器模块故障被确认时，禁止所述逆变器模块运行，且禁止所述多相电动机/发电机运行。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，停止所述逆变器模块的运行包括禁止所述逆变器模块运行达预定的开关冷却周期。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括在预定的开关冷却周期之后重启所述逆变器模块的运行。
9.用于监测电动机/发电机的方法，包括: 基于监测逆变器模块高压开关的基于硬件退饱和诊断配置而检测与控制所述电动机/发电机的逆变器模块相关联的初步故障；以及随后检测到初步故障:停止所述逆变器模块的运行达预定的开关冷却周期，并监测向所述逆变器模块供应电功率的高压总线上的电压；以及
在所述开关冷却周期期间当所述高压总线上的电压的变化大于预定的阈值时检测到真故障发生。
10.用于监测逆变器模块的方法，所述逆变器模块用于被设置成对车辆产生牵引扭矩的多相电动机/发电机，所述方法包括: 响应于由基于硬件退饱和诊断配置所指示的初步故障的发生，而停止所述逆变器模块达预定的开关冷却周期； 随后停止所述逆变器模块:
监测向所述逆变器模块供应电功率的高压总线上的电压；
当所述高压总线上的电压的变化大于预定的阈值时检测到真故障发生； 执行故障计数器以对真故障的发生计数； 当所述故障计数器超过预定的故障计数时确认逆变器模块故障；以及 当所述逆变器模块故障被确认时执行关闭以禁止所述多相电动机/发电机运行。
【文档编号】G01R19/165GK103969597SQ201410045000
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年2月7日 优先权日:2013年2月1日
【发明者】K.S.马加罗夫, D.唐, R.A.苏亚佐泽佩达, N.R.帕特尔, D.L.科瓦列夫斯基 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司