一种电动汽车驱动系统单相绕组断路容错控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电动汽车控制技术领域，具体涉及电动汽车驱动系统单相绕组断路容 错控制系统和方法。
【背景技术】
[0002] 随着石油等化石燃料的枯竭以及环境污染问题日趋严重，研宄开发节能、环保和 安全的汽车以取代以内燃机提供动力的汽车，是实现可持续发展的必由之路。其中，电动汽 车以其高效率低排放的显著优点受到推崇，得到加速发展。电机驱动系统是电动汽车核心 技术之一，而轮毂驱动更是未来电动汽车驱动方式的主要发展方向。当驱动系统电机绕组 出现单相断路故障后，转矩输出脉动极大，导致电动汽车运行不稳定，从而直接到威胁到人 身安全。
[0003]传统上一些驱动系统单相绕组断路容错控制方法主要有：
[0004] 1.两相四开关控制策略：两相四开关策略主要是当单相绕组断路后，绕组中点引 出到电源中点处，形成中线，为零序电流提供回路，实现容错运行。
[0005] 2.两相三桥臂控制策略：当出现单相绕组断路后，绕组中点引出到备用桥臂上， 通过三个桥臂驱动电机故障下容错运行。
[0006] 3.两相全桥控制策略：当出现单相绕组断路后，故障相桥臂的开关管全部打开， 正常相实现两相全桥控制，实现容错运行。
[0007]然而以上几种传统的控制方法由于本身拓扑结构以及容错运行后的三相电流，影 响着其容错控制系统整体性能。例如方法1中需要一个电源中点，容错控制后由于零序电 流的影响，会造成中点电压偏移，进而影响电机控制及电机运行，此外方法1与方法2都需 要绕组引出中线，因此这两种方法的应用受到局限；方法2与方法3都需要额为开关器件， 增大系统的体积以及造价；三种方法同样都具有中性线，中性电流与剩余相电流不是三相 对称正弦电流，并且容错运行后逆变器输出的电流随着断开绕组相的不同而不同。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是针对传统电动汽车驱动系统单相绕组断路容错控制系统存在的 问题，提出一种新的电动汽车驱动系统单相绕组断路容错控制系统及方法，减少设备投资， 精简容错控制算法。
[0009] 为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
[0010] 一种电动汽车驱动系统单相绕组断路容错控制系统，包括：PWM产生模块、逆变 器、三相永磁轮毂电机、开关模块、切换控制模块、电流米样模块和旋转编码器；
[0011] 所述旋转编码器与所述电机连接，用于测量电机的实际转速，并输出转速信号至 所述PWM产生模块；
[0012] 所述电流采样模块与所述电机连接，用于测量电机的三相电流，并输出电流信号 至所述PWM产生模块和切换控制模块；
[0013] 所述开关模块，与所述电机的三相绕组连接，至少包括两组开关，第一组开关使三 相绕组成星型连接方式，第二组开关使三相绕组成三角形连接方式；
[0014] 所述PWM产生模块，包括：
[0015] 转速PI调节器，用于根据参考转速和实际转速的差值得到参考电流幅值；
[0016] 电流计算模块，用于根据参考电流幅值通过与星型连接方式对应的第一电流形状 函数或与三角形连接方式对应的第二电流形状函数计算得到逆变器输出三相电流的参考 值；
[0017] 以及，滞环比较器，用于结合三相电流的参考值和实际值，输出用于控制逆变器的 开关的PWM序列；
[0018] 所述切换控制模块，用于根据所述电流采样模块输出的电流信号判断是否出现单 相绕组断路，若出现断路则输出切换信号至所述开关模块和所述PWM产生模块。
[0019] 进一步地，正常运行时，所述第一组开关常开，所述第二组开关常闭，三相绕组的 连接方式为星型连接，所述开关模块接收到切换信号后，所述第二组开关常开，所述第一组 开关常闭，三相绕组的连接方式为三角形连接。
[0020] 进一步地，
【主权项】
1. 一种电动汽车驱动系统单相绕组断路容错控制系统，其特征在于，包括；PWM产生模 块（1)、逆变器（2)、=相永磁轮穀电机（3)、开关模块（4)、切换控制模块巧）、电流采样模块 (6)和旋转编码器（7); 所述旋转编码器（7)与所述电机（3)连接，用于测量电机（3)的实际转速，并输出转速 信号至所述PWM产生模块（1); 所述电流采样模块（6)与所述电机（3)连接，用于测量电机（3)的=相电流，并输出电 流信号至所述PWM产生模块（1)和切换控制模块巧）； 所述开关模块（4)，与所述电机（3)的=相绕组连接，至少包括两组开关，第一组开关 使=相绕组成星型连接方式，第二组开关使=相绕组成立角形连接方式； 所述PWM产生模块（1)，包括： 转速PI调节器，用于根据参考转速和实际转速的差值得到参考电流幅值； 电流计算模块，用于根据参考电流幅值通过与星型连接方式对应的第一电流形状函数 或与=角形连接方式对应的第二电流形状函数计算得到逆变器（4)输出=相电流的参考 值； W及，滞环比较器，用于结合S相电流的参考值和实际值，输出用于控制逆变器（4)的 开关的PWM序列； 所述切换控制模块巧），用于根据所述电流采样模块（6)输出的电流信号判断是否出 现单相绕组断路，若出现断路则输出切换信号至所述开关模块（4)和所述PWM产生模块 (1)。
2. 根据权利要求1所述的电动汽车驱动系统单相绕组断路容错控制系统，其特征在 于，正常运行时，所述第一组开关常开，所述第二组开关常闭，=相绕组的连接方式为星型 连接，所述开关模块（4)接收到切换信号后，所述第二组开关常开，所述第一组开关常闭， =相绕组的连接方式为=角形连接。
3. 根据权利要求1所述的电动汽车驱动系统单相绕组断路容错系统，其特征在于， 所述第一电流形状函数为：
其中，为正常运行时的参考电流幅值，這、（为逆变器输出S相电流的参考 值，为电角速度，为实际转速《 0的P倍，P为电机的极对数； 所述第二电流形状函数为：
其中，imf为容错运行时的参考电流幅值。
4. 根据权利要求1所述的电动汽车驱动系统单相绕组断路容错控制系统，其特征在 于，所述切换控制模块包括第一比较器、第二比较器、第=比较器、或口、积分器和第四比较 器；第一比较器、第二比较器和第=比较器的一个输入端分别输入一相电流值，另一端输入 参考电流0值，输出端分别连接或口的一个输入端，或口的输出端连接积分器的输入端，积
分器的输出端连接第四比较器的输入端；当=相电流中存在电流值为0时，或口输出触发 信号，触发积分器开始工作，当=相电流都不存在0值时，积分器清零；当积分器输出值大 于设定阀值时，第四比较器输出故障信号。
5. -种电动汽车驱动系统单相绕组断路容错控制方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 正常运行时，设定=相永磁轮穀电机的=相绕组的连接方式为星型连接； (2) 测量得到电机的实际转速和=相电流，将实际转速和参考转速经过转速PI调节器 得到正常运行时的参考电流幅值，将参考电流幅值与星型连接方式对应的第一电流形状函 数相乘，得到逆变器输出=相电流的参考值，经过滞环比较器输出控制逆变器的开关的PWM 序列； (3) 检测电机的S相电流，判断是否出现单相绕组断路，若出现断路则进入步骤（4)， 否则进入步骤（2); (4) 将电机的=相绕组的连接方式切换为=角形连接； (5) 测量得到电机的实际转速和=相电流，将实际转速和参考转速经过转速PI调节器 得到容错运行时的参考电流幅值，将参考电流幅值与=角形连接方式对应的第二电流形状 函数相乘，得到逆变器输出=相电流的参考值，经过滞环比较器输出控制逆变器的开关的 PWM序列。
6. 根据权利要求5所述的电动汽车驱动系统单相绕组断路容错控制方法，其特征在 于，所述判断是否出现单相绕组断路的具体方法为：当=相电流中存在任一相电流的值为 0的时间大于1/6个电流周期，则判断出现单相绕组开路故障。
7. 根据权利要求5所述的电动汽车驱动系统单相绕组断路容错控制方法，其特征在 于， 所述第一电流形状函数为：
其中，in*为正常运行时的参考电流幅值，這、《、（为逆变器输出S相电流的参考 值，为电角速度，为实际转速《。的P倍，P为电机的极对数； 所述第二电流形状函数为：
其中，imf为容错运行时的参考电流幅值。
【专利摘要】本发明公开了一种电动汽车驱动系统单相绕组断路容错控制系统及方法，系统包括PWM产生模块、逆变器、三相永磁轮毂电机、开关模块、切换控制模块、电流采样模块和旋转编码器，正常运行时电机的三相绕组采用星型连接方式，逆变器侧三相电流为三相对称电流，当检测到单相绕组开路故障后，三相绕组连接方式通过开关模块转变为三角形连接，通过调整逆变器侧三相电流的参考值来改变控制方法，转矩输出值的大小为正常运行时转矩值，从而实现三相永磁轮毂电机单相绕组断路下容错运行。本发明的容错控制系统及方法不需要额外的开关管以及中点电压，减小设备的投资，容错后的逆变器侧三相电流仍为对称正弦电流，幅值上升为正常运行时电流的倍，转矩输出稳定。
【IPC分类】H02P23-00, H02P27-08
【公开号】CN104601079
【申请号】CN201510026835
【发明人】樊英, 张向阳, 程明
【申请人】东南大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月19日