一种电动汽车牵引电机控制器

摘要

本发明提供了一种全闭环、硬件软件全保护的牵引电机控制器，主要增加了正母线继电器闭环保护控制，过压、过流、过温硬件逻辑保护控制，硬件保护状态反馈模块，三相逆变电路模块每路IGBT温度测量，牵引电机控制器绝缘检测。通过增加以上电路模块使牵引电机控制器可以监测自身各部分运行状态、通过硬件或软件可实现各种故障保护、同时保护牵引电5机控制器自身不因为与牵引电机控制器相关联的部件损坏而损坏。

说明书

技术领域

本发明属于新能源汽车牵引电机控制领域，特别涉及一种电动汽车牵引电机控制器。

背景技术

在现代汽车中，电子部件所占的比例越来越大，电子部件的安全可靠性对汽车的安全起着关键作用。新能源汽车相比传统汽车而言有更多的电子部件，牵引电机控制器是新能源汽车中的关键安全零部件，其安全可靠对新能源汽车安全运行有决定性作用。而目前现有的牵引电机控制器对自身安全可靠控制不够完善，仅仅进行简单的高压、过流、过温保护控制，对母线继电器运行状态没有进行监测。对电机控制器的状态检测和保护不到位，而且不能记录控制器具体的故障和保护状态。

发明内容

为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种采用全闭环硬件软件保护的电机控制器，既能克服现有技术中存在的问题，同时又不会增加任何的成本。

本发明通过如下技术方案实现：

一种电动汽车牵引电机控制器，其特征在于，该器包括：控制模块（1）、母线电压电流检测模块（2）、硬件逻辑保护模块（6）、硬件保护状态模块（8）、三相逆变电路模块（7）、IGBT驱动模块（9）、IGBT模块温度检测模块（10）、三相电流检测模块（11）、电机温度检测模块（12）、电机转子位置/转速检测模块（13）、绝缘检测模块（14）；所述电机控制器能够实现正母线继电器闭环保护控制，过压、过流、过温硬件保护控制，硬件保护状态反馈控制、三相逆变电路每路IGBT温度测量以及牵引电机控制器的绝缘检测。

进一步地，所述正母线继电器闭环保护控制由正母线继电器（3）、预充继电器（4）、电阻R3（5）、电流传感器（15）、母线电压电流检测模块（2）、控制模块（1）组成。

进一步地，所述正母线继电器闭环保护控制具体为：当所述控制器预充电时，所述控制模块控制正母线继电器（3）断开、预充继电器（4）闭合，此时控制模块（1）通过所述电压电流检测模块（2）检测正母线继电器输入对负母线电压V_N2-N3，随时间推移电压V_N2-N3变大，控制模块（1）判断预充继电器（4）能够正常闭合，反之判断预充继电器（4）不能正常闭合；当所述控制器正常工作时，所述控制模块（1）控制正母线继电器（3）闭合、预充继电器（4）断开，此时控制模块（1）通过电压电流检测模块（2）检测正母线继电器（3）输出对负母线电压V_N1-N3、V_N2-N3、正母线电流I_DC，获得正母线继电器（3）上阻抗若R≥R3且I_DC≥0，则控制模块（1）判断正母线继电器（3）没有正常闭合，预充继电器（4）没有正常断开;若I_DC=0,则控制模块（1）判断正母线继电器（3）没有正常闭合，预充继电器（4）正常断开；若Rb≥R≥Ra，则控制模块（1）判断正母线继电器（3）正常闭合，预充继电器（4）正常断开，其中Ra为正母线继电器（3）触点接触电阻、Rb为正母线继电器（3）闭合时允许的触点接触电阻;若R3≥R≥Rb，则控制模块（1）判断正母线继电器（3）正常闭合，预充继电器（4）正常断开，但是正母线继电器（3）触点已经氧化或烧焦，触点接触电阻已经超过允许范围，正母线继电器（3）需要更换。

进一步地，V_N1-N3、V_N2-N3的测量采用电阻分压法测量，I_DC的测量采用霍尔电流传感器测量。

进一步地，所述硬件逻辑保护模块（6）；当三相逆变电路使能信号INVERTER_ENABLE（此信号由硬件逻辑保护模块（6）输出）为高电平时，三相逆变电路的IGBT才允许导通；当所述控制模块（1）控制三相逆变电路使能时，若所述控制器出现过压、过流或过温时三相逆变电路使能信号INVERTER_ENABLE变低，三相逆变电路的IGBT被禁止导通。

进一步地，所述硬件保护状态反馈模块（8）将控制器的所有保护状态输入所述控制模块（1），控制模块（1）将各种保护状态记录以方便追溯，同时控制模块（1）依据保护状态信号做出响应控制进行软件保护。

进一步地，所述反馈的硬件保护状态包括：母线过流、母线过压、电机控制器A相输出过流、电机控制器B相输出过流、电机控制器C相输出过流、三相逆变电路A相IGBT T3过温、三相逆变电路B相IGBT T4过温、三相逆变电路C相IGBT T5过温、电机温度T1过温、电机温度T2过温。

进一步地，由所述IGBT模块温度检测模块（10）检测三相逆变电路模块（7）的每路IGBT温度T4、T5、T6，防止因局部过热无法及时进行保护而损坏所述三相逆变电路。

进一步地，所述绝缘检测模块（14）检测正母线对控制器外壳的绝缘电阻以及负母线对控制器外壳的绝缘电阻；所述绝缘检测模块（14）将测量值输入控制模块（1），使控制模块（1）监测控制器的绝缘电阻，当绝缘电阻小于警戒阀值时，控制模块（1）切断母线继电器，并控制三相逆变电路模块（7）消耗掉所述控制器中电容内电量，同时报告绝缘故障。

本发明的有益效果是：通过本发明的改善的电机牵引控制器，使牵引电机控制器的安全可靠性等级得到提高，实现完整的自我保护控制，能够监测控制器所有点状态及故障，直接检测所有部件的状态量保证对控制器保护的正确性，及有效性。

附图说明

图1是本发明的牵引电机控制器原理图；

图2是本发明的过压、过流、过温硬件逻辑保护控制原理图；

图3是本发明的绝缘检测电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明设计一种全闭环硬件软件保护的牵引电机控制器，主要增加正母线继电器闭环保护控制，过压、过流、过温硬件逻辑保护控制，硬件保护状态反馈控制，三相逆变电路每路IGBT温度测量，牵引电机控制器绝缘检测。通过增加以上电路模块使牵引电机控制器可以监测自身各部分运行状态、通过硬件或软件可实现各种故障保护、同时保护牵引电机控制器自身不因为与牵引电机控制器相关联的部件损坏而损坏。附图1是本发明设计的改善后的牵引电机控制器原理图。

本发明设计的牵引电机控制器技术方案为：

增加正母线继电器闭环保护控制，测量正母线继电器输入输出对负母线电压，计算出正母线继电器压降，从而可以判断正母线继电器是否响应了控制模块控制指令，工作状态是否正常。过压、过流、过温硬件逻辑保护控制，通过硬件电路方式，在控制器出现过压、过流、过温故障的情况下快速关闭三相逆变电路保护控制器，此方式比软件响应更快，对破坏性故障形成有效保护。硬件保护状态反馈控制模块将具体的保护反馈给控制模块，使控制器能够监测到每个电路的保护并能够记录，使故障和保护变得可追溯。三相逆变电路每路IGBT温度测量，可以监控到每个半桥的温度，有效保护IGBT。牵引电机控制器绝缘检测，实时检测，防止控制器因绝缘电阻变小漏电流变大而产生安全故障。

具体控制方法如下：

一、正母线继电器（3）闭环保护控制

测量正母线继电器（3）输入输出对负母线电压，计算出正母线继电器（3）压降，从而可以判断正母线继电器（3）是否响应了控制单元控制指令，工作状态是否正常。测量正母线继电器（3）输入对负母线电压为V_N1-N3,测量正母线继电器（3）输出对负母线电压为V_N2-N3，测量母线电流为I_DC。电机控制器预充电时，控制模块（1）控制正母线继电器（3）断开、预充继电器（4）闭合，此时控制模块（1）通过电压电流检测模块（2）检测电压V_N2-N3。随时间推移电压V_N2-N3变大,由此控制模块（1）判断预充继电器（4）可以正常闭合，反之可判断预充继电器（4）不能正常闭合。电机控制器正常工作时，控制模块（1）控制正母线继电器闭合、预充继电器（4）断开，此时控制模块（1）通过电压电流检测模块（2）检测电压V_N1-N3、V_N2-N3、电流I_DC。算出此时母线继电器上阻抗若此时R≥R3(预充电阻)且I_DC≥0，则控制模块（1）可判断正母线继电器（3）没有正常闭合，预充继电器（4）没有正常断开;若I_DC=0,则控制模块（1）可判断正母线继电器（3）没有正常闭合，预充继电器（43）正常断开;若此时Rb≥R≥Ra(Ra为正母线继电器（3）触点接触电阻、Rb为正母线继电器（3）闭合时允许的触点接触电阻)，则控制模块（1）可判断正母线继电器（3）正常闭合，预充继电器（4）正常断开;若此时R 3≥R≥Rb，则控制模块（1）可判断正母线继电器（3）正常闭合，预充继电器（4）正常断开，但是正母线继电器（3）触点已经氧化或烧焦，触点接触电阻已经超过允许范围，正母线继电器（3）需要更换。V_N1-N3、V_N2-N3的测量方法为采用电阻分压测取电压信号经隔离放大后送入控制器模块，I_DC的测量方法为采用霍尔电流传感器测量信号送入控制模块。

二、过压、过流、过温硬件逻辑保护控制

硬件逻辑保护控制模块（6），具体电路如附图2所示。

INVERTER_ENABLE为三相逆变电路模块（7）使能信号，此信号由硬件逻辑保护控制模块（6）输出，当INVERTER_ENABLE为高电平时，三相逆变电路模块（7）的IGBT才允许开通。在控制模块（1）控制三相逆变电路模块（7）使能时，当控制器出现过压、过流或过温时三相逆变电路模块（7）使能信号INVERTER_ENABLE变低，三相逆变电路模块（7）的IGBT被禁止开通。基于过温、过流是不能突变量，一旦出现过温、过流需要控制模块（1）控制回复正常工作，以保证控制器不损坏。因此一旦出过温、过流需要控制模块（1）控制发出CLEAR_FAULT_LATCHES信号给硬件逻辑保护控制模块（6）上升沿电平，才能清除过温和过流保护。这样由硬件逻辑保护控制可保证控制器不出现破坏性故障。

三、硬件保护状态反馈控制

硬件保护状态反馈模块（8），此模块将控制器所有的保护状态送入控制模块（1），控制模块（1）将各种保护状态记录以方便追溯，同时控制模块（1）依据保护状态信号做出响应控制进行软件保护。硬件保护状态反馈包含：母线过流、母线过压、控制器A相输出过流、控制器B相输出过流、控制器C相输出过流、三相逆变电路A相IGBTT3过温、三相逆变电路B相IGBT T4过温、三相逆变电路C相IGBT T5过温、电机温度T1过温、电机温度T2过温。

四、三相逆变电路每路IGBT温度测量

以往的控制器仅仅检测三相逆变电路一点的温度。三相逆变电路模块（7）可能因局部过热无法检测到及时进行保护而损坏。此控制器检测三相逆变电路模块（7）每路IGBT温度T4、T5、T6，可防止温度检测不到位。

五、牵引电机控制器绝缘检测

牵引电机控制器绝缘检测模块（14）检测正母线对控制器外壳绝缘电阻及负母线对控制器外壳绝缘电阻。绝缘检测模块（14）将测量值送入控制模块（1），使控制模块（1）监测控制器的绝缘电阻，当绝缘电阻小于警戒阀值时，控制器切断母线继电器，并控制三相逆变电路模块（7）消耗掉控制器中电容内电量，同时报绝缘故障，保证控制器绝缘安全及车内人身安全。绝缘检测电路结构如图，RP、RN分别为控制器正母线对控制器外壳绝缘电阻及负母线对控制器外壳绝缘电阻。在正负母线与地之间串联远大于绝缘电阻最小要求值的电阻。然后采样正母线和负母线分别对地电压。通过计算可获得正负母线对地绝缘电阻值。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。