專利名稱：一種電動汽車牽引電機(jī)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源汽車牽引電機(jī)控制領(lǐng)域，特別涉及一種電動汽車牽引電機(jī)控制器。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代汽車中，電子部件所占的比例越來越大，電子部件的安全可靠性對汽車的安全起著關(guān)鍵作用。新能源汽車相比傳統(tǒng)汽車而言有更多的電子部件，牽弓I電機(jī)控制器是新能源汽車中的關(guān)鍵安全零部件，其安全可靠對新能源汽車安全運行有決定性作用。而目前現(xiàn)有的牽引電機(jī)控制器對自身安全可靠控制不夠完善，僅僅進(jìn)行簡單的高壓、過流、過溫保護(hù)控制，對母線繼電器運行狀態(tài)沒有進(jìn)行監(jiān)測。對電機(jī)控制器的狀態(tài)檢測和保護(hù)不到位，而且不能記錄控制器具體的故障和保護(hù)狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中問題，本發(fā)明提供了一種采用全閉環(huán)硬件軟件保護(hù)的電機(jī)控制器，既能克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，同時又不會增加任何的成本。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)一種電動汽車牽引電機(jī)控制器，其特征在于，該器包括控制模塊(I)、母線電壓電流檢測模塊(2)、硬件邏輯保護(hù)模塊(6)、硬件保護(hù)狀態(tài)模塊(8)、三相逆變電路模塊(7)、IGBT驅(qū)動模塊(9 )、IGBT模塊溫度檢測模塊(10 )、三相電流檢測模塊(11)、電機(jī)溫度檢測模塊(12)、電機(jī)轉(zhuǎn)子位置/轉(zhuǎn)速檢測模塊(13)、絕緣檢測模塊(14);所述電機(jī)控制器能夠?qū)崿F(xiàn)正母線繼電器閉環(huán)保護(hù)控制，過 壓、過流、過溫硬件保護(hù)控制，硬件保護(hù)狀態(tài)反饋控制、三相逆變電路每路IGBT溫度測量以及牽引電機(jī)控制器的絕緣檢測。進(jìn)一步地，所述正母線繼電器閉環(huán)保護(hù)控制由正母線繼電器(3)、預(yù)充繼電器(4 )、電阻R3 (5 )、電流傳感器(15 )、母線電壓電流檢測模塊(2 )、控制模塊(I)組成。進(jìn)一步地，所述正母線繼電器閉環(huán)保護(hù)控制具體為當(dāng)所述控制器預(yù)充電時，所述控制模塊控制正母線繼電器(3)斷開、預(yù)充繼電器(4)閉合，此時控制模塊(I)通過所述電壓電流檢測模塊(2)檢測正母線繼電器輸入對負(fù)母線電壓VN2_N3，隨時間推移電壓VN2_N3變大，控制模塊(I)判斷預(yù)充繼電器(4)能夠正常閉合，反之判斷預(yù)充繼電器(4)不能正常閉合；當(dāng)所述控制器正常工作時，所述控制模塊(I)控制正母線繼電器(3)閉合、預(yù)充繼電器
(4)斷開，此時控制模塊(I)通過電壓電流檢測模塊(2)檢測正母線繼電器(3)輸出對負(fù)母
線電壓VN1_N3、VN2_N3、正母線電流Idc，獲得正母線繼電器(3)上阻抗$ =若R彡R3
且IDC>0，則控制模塊(I)判斷正母線繼電器(3)沒有正常閉合，預(yù)充繼電器(4)沒有正常斷開；若IDe=0，則控制模塊(I)判斷正母線繼電器(3)沒有正常閉合，預(yù)充繼電器(4)正常斷開；若Rb彡R彡Ra，則控制模塊(I)判斷正母線繼電器(3)正常閉合，預(yù)充繼電器(4)正常斷開，其中Ra為正母線繼電器(3)觸點接觸電阻、Rb為正母線繼電器(3)閉合時允許的觸點接觸電阻；若R3彡R彡Rb，則控制模塊(I)判斷正母線繼電器(3)正常閉合，預(yù)充繼電器(4)正常斷開，但是正母線繼電器(3)觸點已經(jīng)氧化或燒焦，觸點接觸電阻已經(jīng)超過允許范圍，正母線繼電器(3)需要更換。進(jìn)一步地，VN1_N3、VN2_N3的測量采用電阻分壓法測量，Idc的測量采用霍爾電流傳感器測量。進(jìn)一步地，所述硬件邏輯保護(hù)模塊(6);當(dāng)三相逆變電路使能信號INVERTER_ENABLE (此信號由硬件邏輯保護(hù)模塊(6)輸出)為高電平時，三相逆變電路的IGBT才允許導(dǎo)通；當(dāng)所述控制模塊(I)控制三相逆變電路使能時，若所述控制器出現(xiàn)過壓、過流或過溫時三相逆變電路使能信號INVERTER_ENABLE變低，三相逆變電路的IGBT被禁止導(dǎo)通。進(jìn)一步地，所述硬件保護(hù)狀態(tài)反饋模塊(8)將控制器的所有保護(hù)狀態(tài)輸入所述控制模塊(1)，控制模塊(I)將各種保護(hù)狀態(tài)記錄以方便追溯，同時控制模塊(I)依據(jù)保護(hù)狀態(tài)信號做出響應(yīng)控制進(jìn)行軟件保護(hù)。進(jìn)一步地，所述反饋的硬件保護(hù)狀態(tài)包括母線過流、母線過壓、電機(jī)控制器A相輸出過流、電機(jī)控制器B相輸出過流、電機(jī)控制器C相輸出過流、三相逆變電路A相IGBT T3過溫、三相逆變電路B相IGBT T4過溫、三相逆變電路C相IGBT T5過溫、電機(jī)溫度Tl過溫、電機(jī)溫度T2過溫。進(jìn)一步地，由所述IGBT模塊溫度檢測模塊(10)檢測三相逆變電路模塊(7)的每路IGBT溫度T4、T5、T6，防止因局部過熱無法及時進(jìn)行保護(hù)而損壞所述三相逆變電路。進(jìn)一步地，所述絕緣檢測模塊(14)檢測正母線對控制器外殼的絕緣電阻以及負(fù)母線對控制器外殼的絕緣電阻；所述絕緣檢測模塊(14)將測量值輸入控制模塊(1)，使控制模塊(I)監(jiān)測控制器的絕緣電 阻，當(dāng)絕緣電阻小于警戒閥值時，控制模塊(I)切斷母線繼電器，并控制三相逆變電路模塊(7)消耗掉所述控制器中電容內(nèi)電量，同時報告絕緣故障。本發(fā)明的有益效果是通過本發(fā)明的改善的電機(jī)牽引控制器，使?fàn)恳姍C(jī)控制器的安全可靠性等級得到提高，實現(xiàn)完整的自我保護(hù)控制，能夠監(jiān)測控制器所有點狀態(tài)及故障，直接檢測所有部件的狀態(tài)量保證對控制器保護(hù)的正確性，及有效性。


圖1是本發(fā)明的牽引電機(jī)控制器原理圖；圖2是本發(fā)明的過壓、過流、過溫硬件邏輯保護(hù)控制原理圖；圖3是本發(fā)明的絕緣檢測電路原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合

及具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)一步說明。本發(fā)明設(shè)計一種全閉環(huán)硬件軟件保護(hù)的牽引電機(jī)控制器，主要增加正母線繼電器閉環(huán)保護(hù)控制，過壓、過流、過溫硬件邏輯保護(hù)控制，硬件保護(hù)狀態(tài)反饋控制，三相逆變電路每路IGBT溫度測量，牽弓I電機(jī)控制器絕緣檢測。通過增加以上電路模塊使?fàn)抗璉電機(jī)控制器可以監(jiān)測自身各部分運行狀態(tài)、通過硬件或軟件可實現(xiàn)各種故障保護(hù)、同時保護(hù)牽引電機(jī)控制器自身不因為與牽引電機(jī)控制器相關(guān)聯(lián)的部件損壞而損壞。附圖1是本發(fā)明設(shè)計的改善后的牽弓I電機(jī)控制器原理圖。
本發(fā)明設(shè)計的牽引電機(jī)控制器技術(shù)方案為增加正母線繼電器閉環(huán)保護(hù)控制，測量正母線繼電器輸入輸出對負(fù)母線電壓，計算出正母線繼電器壓降，從而可以判斷正母線繼電器是否響應(yīng)了控制模塊控制指令，工作狀態(tài)是否正常。過壓、過流、過溫硬件邏輯保護(hù)控制，通過硬件電路方式，在控制器出現(xiàn)過壓、過流、過溫故障的情況下快速關(guān)閉三相逆變電路保護(hù)控制器，此方式比軟件響應(yīng)更快，對破壞性故障形成有效保護(hù)。硬件保護(hù)狀態(tài)反饋控制模塊將具體的保護(hù)反饋給控制模塊，使控制器能夠監(jiān)測到每個電路的保護(hù)并能夠記錄，使故障和保護(hù)變得可追溯。三相逆變電路每路IGBT溫度測量，可以監(jiān)控到每個半橋的溫度，有效保護(hù)IGBT。牽引電機(jī)控制器絕緣檢測，實時檢測，防止控制器因絕緣電阻變小漏電流變大而產(chǎn)生安全故障。具體控制方法如下一、正母線繼電器(3)閉環(huán)保護(hù)控制測量正母線繼電器(3)輸入輸出對負(fù)母線電壓，計算出正母線繼電器(3)壓降，從而可以判斷正母線繼電器(3)是否響應(yīng)了控制單元控制指令，工作狀態(tài)是否正常。測量正母線繼電器(3)輸入對負(fù)母線電壓為VN1_N3，測量正母線繼電器(3)輸出對負(fù)母線電壓為VN2_N3，測量母線電流為ID。。電機(jī)控制器預(yù)充電時，控制模塊(I)控制正母線繼電器(3)斷開、預(yù)充繼電器(4)閉合，此時控制模塊(I)通過電壓電流檢測模塊(2)檢測電壓VN2_N3。隨時間推移電壓VN2_N3變大，由此控制模塊(I)判斷預(yù)充繼電器(4)可以正常閉合，反之可判斷預(yù)充繼電器(4)不能正常閉合。電機(jī)控制器正常工作時，控制模塊(I)控制正母線繼電器閉合、預(yù)充繼電器(4)斷開，此時控制模塊(I)通過電壓電流檢測模塊(2)檢測電壓VN1_N3、VN2_N3、電流
Idco算出此時母線繼電器上阻抗A = Fm-Ay^V2-V3，若此時R彡R3(預(yù)充電阻)且Idc彡0，
^ DC`
則控制模塊(I)可判斷正母線繼電器(3)沒有正常閉合，預(yù)充繼電器(4)沒有正常斷開；若Idc=O,則控制模塊(I)可判斷正母線繼電器(3)沒有正常閉合，預(yù)充繼電器(43)正常斷開；若此時Rb彡R彡Ra (Ra為正母線繼電器(3)觸點接觸電阻、Rb為正母線繼電器(3)閉合時允許的觸點接觸電阻)，則控制模塊(I)可判斷正母線繼電器(3)正常閉合，預(yù)充繼電器(4)正常斷開；若此時R 3彡R彡Rb，則控制模塊(I)可判斷正母線繼電器(3)正常閉合，預(yù)充繼電器(4)正常斷開，但是正母線繼電器(3)觸點已經(jīng)氧化或燒焦，觸點接觸電阻已經(jīng)超過允許范圍，正母線繼電器(3)需要更換。VN1_N3、VN2_N3的測量方法為采用電阻分壓測取電壓信號經(jīng)隔離放大后送入控制器模塊，Idc的測量方法為采用霍爾電流傳感器測量信號送入控制模塊。二、過壓、過流、過溫硬件邏輯保護(hù)控制硬件邏輯保護(hù)控制模塊(6)，具體電路如附圖2所示。INVERTER_ENABLE為三相逆變電路模塊(7)使能信號，此信號由硬件邏輯保護(hù)控制模塊(6)輸出，當(dāng)INVERTER_ENABLE為高電平時，三相逆變電路模塊(7)的IGBT才允許開通。在控制模塊(I)控制三相逆變電路模塊(7)使能時，當(dāng)控制器出現(xiàn)過壓、過流或過溫時三相逆變電路模塊(7)使能信號INVERTER_ENABLE變低，三相逆變電路模塊(7)的IGBT被禁止開通?；谶^溫、過流是不能突變量，一旦出現(xiàn)過溫、過流需要控制模塊(I)控制回復(fù)正常工作，以保證控制器不損壞。因此一旦出過溫、過流需要控制模塊(I)控制發(fā)出CLEAR_FAULT_LATCHES信號給硬件邏輯保護(hù)控制模塊(6)上升沿電平，才能清除過溫和過流保護(hù)。這樣由硬件邏輯保護(hù)控制可保證控制器不出現(xiàn)破壞性故障。三、硬件保護(hù)狀態(tài)反饋控制硬件保護(hù)狀態(tài)反饋模塊(8)，此模塊將控制器所有的保護(hù)狀態(tài)送入控制模塊(1)，控制模塊(I)將各種保護(hù)狀態(tài)記錄以方便追溯，同時控制模塊(I)依據(jù)保護(hù)狀態(tài)信號做出響應(yīng)控制進(jìn)行軟件保護(hù)。硬件保護(hù)狀態(tài)反饋包含母線過流、母線過壓、控制器A相輸出過流、控制器B相輸出過流、控制器C相輸出過流、三相逆變電路A相IGBTT3過溫、三相逆變電路B相IGBT T4過溫、三相逆變電路C相IGBT T5過溫、電機(jī)溫度Tl過溫、電機(jī)溫度T2過溫。四、三相逆變電路每路IGBT溫度測量 以往的控制器僅僅檢測三相逆變電路一點的溫度。三相逆變電路模塊(7)可能因局部過熱無法檢測到及時進(jìn)行保護(hù)而損壞。此控制器檢測三相逆變電路模塊(7)每路IGBT溫度T4、T5、T6，可防止溫度檢測不到位。五、牽引電機(jī)控制器絕緣檢測牽引電機(jī)控制器絕緣檢測模塊(14)檢測正母線對控制器外殼絕緣電阻及負(fù)母線對控制器外殼絕緣電阻。絕緣檢測模塊(14)將測量值送入控制模塊(I )，使控制模塊(I)監(jiān)測控制器的絕緣電阻，當(dāng)絕緣電阻小于警戒閥值時，控制器切斷母線繼電器，并控制三相逆變電路模塊(7 )消耗掉控制器中電容內(nèi)電量，同時報絕緣故障，保證控制器絕緣安全及車內(nèi)人身安全。絕緣檢測電路結(jié)構(gòu)如圖，RP、RN分別為控制器正母線對控制器外殼絕緣電阻及負(fù)母線對控制器外殼絕緣電阻。在正負(fù)母線與地之間串聯(lián)遠(yuǎn)大于絕緣電阻最小要求值的電阻。然后采樣正母線和負(fù)母線分別對地電壓。通過計算可獲得正負(fù)母線對地絕緣電阻值。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電動汽車牽引電機(jī)控制器，其特征在于，該電機(jī)控制器包括控制模塊(I)、母線電壓電流檢測模塊(2)、硬件邏輯保護(hù)模塊(6)、硬件保護(hù)狀態(tài)模塊(8 )、三相逆變電路模塊(7 )、IGBT驅(qū)動模塊(9 )、IGBT模塊溫度檢測模塊(10 )、三相電流檢測模塊(11)、電機(jī)溫度檢測模塊(12)、電機(jī)轉(zhuǎn)子位置/轉(zhuǎn)速檢測模塊(13)、絕緣檢測模塊(14);所述電機(jī)控制器能夠?qū)崿F(xiàn)正母線繼電器閉環(huán)保護(hù)控制，過壓、過流、過溫硬件邏輯保護(hù)控制，硬件保護(hù)狀態(tài)反饋控制、三相逆變電路每路IGBT溫度檢測以及牽引電機(jī)控制器的絕緣檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽引電機(jī)控制器，其特征在于所述正母線繼電器閉環(huán)保護(hù)控制由正母線繼電器(3)、預(yù)充繼電器(4)、電阻R3 (5)、電流傳感器(15)、母線電壓電流檢測模塊(2)、控制模塊(I)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的牽引電機(jī)控制器，其特征在于所述正母線繼電器閉環(huán)保護(hù)控制具體為當(dāng)所述電機(jī)控制器預(yù)充電時，所述控制模塊(I)控制正母線繼電器(3)斷開、預(yù)充繼電器(4)閉合，此時控制模塊通過所述電壓電流檢測模塊(2)檢測正母線繼電器(3)輸入對負(fù)母線電壓VN2_N3，隨時間推移電壓VN2_N3變大，控制模塊判斷預(yù)充繼電器(4)能夠正常閉合，反之判斷預(yù)充繼電器(4)不能正常閉合；當(dāng)所述電機(jī)控制器正常工作時，所述控制模塊(I)控制正母線繼電器(3)閉合、預(yù)充繼電器(4)斷開，此時控制模塊(I)通過電壓電流檢測模塊(2)檢測正母線繼電器(3)輸出對負(fù)母線電壓VN1_N3、VN2_N3、正母線電流Idc，獲得正母線繼電器(3)上阻抗Λ =若R彡R3且ID。彡O，則控制模塊(I)判斷正母線繼電器(3)沒有正常閉合，預(yù)充繼電器(4)沒有正常斷開；若Irc=O,則控制模塊(I)判斷正母線繼電器(3)沒有正常閉合，預(yù)充繼電器(4)正常斷開；若此彡R彡Ra，則控制模塊(I)判斷正母線繼電器(3)正常閉合，預(yù)充繼電器(4)正常斷開，其中Ra為正母線繼電器(3)觸點接觸電阻、Rb為正母線繼電器(3)閉合時允許的觸點接觸電阻；若R3彡R彡Rb，則控制模塊(I)判斷正母線繼電器(3)正常閉合，預(yù)充繼電器(4)正常斷開，但是正母線繼電器(3)觸點已經(jīng)氧化或燒焦，觸點接觸電阻已經(jīng)超過允許范圍，正母線繼電器(3)需要更換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽引電機(jī)控制器，其特征在于VN1_N3、VN2_N3的測量采用電阻分壓法測量，Idc的測量采用霍爾電流傳感器測量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽引電機(jī)控制器，其特征在于所述硬件邏輯保護(hù)模塊(6)；當(dāng)三相逆變電路模塊(7)使能信號INVERTER_ENABLE (此信號由硬件邏輯保護(hù)模塊(6)輸出為高電平時，三相逆變電路模塊(7)的IGBT才允許導(dǎo)通；當(dāng)所述控制模塊(I)控制三相逆變電路模塊(7)使能時，若所述電機(jī)控制器出現(xiàn)過壓、過流或過溫時三相逆變電路模塊(7)使能信號INVERTER_ENABLE變低，三相逆變電路的IGBT被禁止導(dǎo)通。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽引電機(jī)控制器，其特征在于所述硬件保護(hù)狀態(tài)模塊(8)塊將電機(jī)控制器的所有保護(hù)狀態(tài)輸入所述控制模塊(I )，控制模塊(I)將各種保護(hù)狀態(tài)記錄以方便追溯，同時控制模塊依據(jù)保護(hù)狀態(tài)信號做出響應(yīng)控制進(jìn)行軟件保護(hù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的牽引電機(jī)控制器，其特征在于所述反饋的硬件保護(hù)狀態(tài)包括母線過流、母線過壓、電機(jī)控制器A相輸出過流、電機(jī)控制器B相輸出過流、電機(jī)控制器C相輸出過流、三相逆變電路A相IGBT T3過溫、三相逆變電路B相IGBT T4過溫、三相逆變電路C相IGBT T5過溫、電機(jī)溫度Tl過溫、電機(jī)溫度T2過溫。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽引電機(jī)控制器，其特征在于由所述IGBT模塊溫度檢測模塊(10)檢測三相逆變電路的每路IGBT溫度T4、T5、T6，防止因局部過熱無法及時進(jìn)行保護(hù)而損壞所述三相逆變電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽引電機(jī)控制器，其特征在于所述絕緣檢測模塊(14)檢測正母線對控制器外殼的絕緣電阻以及負(fù)母線對控制器外殼的絕緣電阻；所述絕緣檢測模塊(14)將測量值輸入控制模塊(I )，使控制模塊(I)監(jiān)測控制器的絕緣電阻，當(dāng)絕緣電阻小于警戒閥值時，控制模塊(I)切斷母線繼電器，并控制三相逆變電路模塊(7)消耗掉所述電機(jī)控制器中電容內(nèi)電量，同時報告絕緣故障。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種全閉環(huán)、硬件軟件全保護(hù)的牽引電機(jī)控制器，主要增加了正母線繼電器閉環(huán)保護(hù)控制，過壓、過流、過溫硬件邏輯保護(hù)控制，硬件保護(hù)狀態(tài)反饋模塊，三相逆變電路模塊每路IGBT溫度測量，牽引電機(jī)控制器絕緣檢測。通過增加以上電路模塊使?fàn)恳姍C(jī)控制器可以監(jiān)測自身各部分運行狀態(tài)、通過硬件或軟件可實現(xiàn)各種故障保護(hù)、同時保護(hù)牽引電5機(jī)控制器自身不因為與牽引電機(jī)控制器相關(guān)聯(lián)的部件損壞而損壞。
文檔編號H02H7/08GK103050944SQ20121043198
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者熊本波, 劉金強, 農(nóng)振付 申請人:深圳市航盛電子股份有限公司