逆变器系统和检测逆变器系统的电力电缆的状态的方法

摘要

本发明提供了一种检测逆变器系统的电力电缆的状态的方法和一种逆变器系统。所述方法包括根据预设周期获得通过电力电缆供给至电机的相电流的值；产生关于每个周期所获得的相电流值的具有一定尺寸的移动窗口，并通过利用包括在所产生的移动窗口中的相电流值来获得移动窗口运算值；将所获得的移动窗口运算值与预设参考值进行比较；以及根据比较的结果来检测电力电缆是否异常。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请依据35U.S.C.119和35U.S.C.365要求2013年6月3日提交的第 10-2013-0063615号的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于 此。

技术领域

本公开涉及逆变器，且更特别地，本公开涉及检测包括在逆变器中的高 压电缆的断开的方法。

背景技术

在环保车辆等中使用的作为电机控制器的逆变器系统是将高压直流电 (DC)转换成交流电(AC)或直流电的电气/电子子组件(ESA)以及包括 在车辆的电动机中的主要部件。

如上所述，环保车辆使用永磁电动机作为驱动单元。作为驱动单元被应 用于所述环保车辆的电机由通过第一高压电力电缆传送自逆变器的相电流来 驱动，逆变器根据控制器的脉宽调制(PWM)信号，将直流电转换成三相电 压。

另外，逆变器通过主继电器的断开和闭合将通过第二高压电力电缆传送 的直流侧电压转换成三相电压。

因此，当连接逆变器与电机的第一电力电缆，和连接高压电池与逆变器 的第二电力电缆中的其中之一脱离时，则电机不会被稳定驱动且高压/高电流 被引入逆变器系统中，从而造成损坏整个逆变器系统的致命的故障。

图1是用于检测逆变器系统中电力电缆的脱离的一般装置的示意图。

参照图1，所述装置包括：电力电缆10；连接器20；以及传感器30，其 形成于电力电缆10和连接器20之间且传送与电力电缆10和连接器20之间 的脱离相对应的信号。

传感器30连接至电力电缆10和连接器20之间的接触部并根据电力电缆 10是否连接至连接器20而给控制器传送数字信号。

也就是，通常，用来检查电力电缆10是否脱离的传感器以硬件的方式附 加地安装在电力电缆10和连接器20中的其中之一上。利用从传感器输出的 数字信号来实时检查电力电缆10是否脱离。

然而，因为用于检测电力电缆脱离的装置仅以硬件的方式来检测电力电 缆是否脱离，所以在价格和空间方面存在限制。

另外，由于诸如振动等外部原因，用于检测电力电缆脱离的装置可能容 易误操作，这给驾驶员的安全造成危险。

发明内容

实施例提供了一种检测逆变器系统中的电力电缆的脱离的方法，能够以 软件的方式来检测电力电缆是否脱离，无需额外的硬件。

实施例还提供了一种检测安装有能够检测电力电缆脱离的硬件的系统中 的电力电缆的脱离的方法，从而检查硬件是否正常运行。

其他方案将在以下描述中被部分地阐明，且部分地会从描述中显而易见， 或可以通过实践本实施例而被了解。

在一个实施例中，一种检测被包括在逆变器系统中的电力电缆的状态的 方法包括根据预设周期获得通过电力电缆供给至电机的相电流的值；产生关 于每个周期所获得的相电流值的具有一定尺寸的移动窗口，并通过利用包括 在所产生的移动窗口中的相电流值来获得移动窗口运算值；将所获得的移动 窗口运算值与预设参考值进行比较；以及根据比较的结果来检测电力电缆是 否异常。

所述方法可以进一步包括计算所获得的相电流值的绝对值，其中，通过 利用所计算出的绝对值可以运算移动窗口运算值。

移动窗口运算值可以是以下任何一个数值：包括在具有特定尺寸的移动 窗口中的绝对值的总和；包括在具有特定尺寸的移动窗口中的绝对值的积分 值；包括在具有特定尺寸的移动窗口中的绝对值的平均值；以及包括在具有 特定尺寸的移动窗口中的所述绝对值的总和，所述绝对值增加了预设加权因 子。

电力电缆可以是三相电力电缆。在这种情况下，获得相电流值可以包括 关于三相分别获得a相电流值、b相电流值以及c相电流值，而检测电力电 缆是否异常可以包括分别检测包括在三相电力电缆中的a相电力电缆、b相 电力电缆以及c相电力电缆是否异常。

检测电力电缆是否异常可以包括当所获得的移动窗口运算值是预设参考 值或大于预设参考值时检测出电力电缆是正常的，以及当所获得的移动窗口 运算值小于预设参考值时检测出电力电缆是异常的。

所述方法可以进一步包括确定逆变器系统的目前状态是否满足预设先决 条件，其中，当逆变器系统的目前状态满足预设先决条件时可以进行电力电 缆是否异常的检测，且先决条件可以包括以下任何一个条件：相电流的周期 是特定值或小于特定值；逆变器根据用于进行脉冲宽度调制(PWM)控制的 排挡级来运行；包括扭矩、速度和电流中的至少其中一个的指令是特定值或 大于特定值。

所述方法可以进一步包括，当获得移动窗口运算值时，以一定的时间间 隔向右移动移动窗口的位置并获得移动后的移动窗口的移动窗口运算值。

在另一个实施例中，逆变器系统包括逆变器，其将从电池供给的直流 (DC)电转换成交流(AC)电；电力电缆，其连接至逆变器并将AC电供 给至电机；以及控制器，其关于每个周期供给至电机的AC电来获得相电流 值的绝对值，通过利用在每个特定周期所获得的绝对值中的包括在具有一定 尺寸的移动窗口中的绝对值来获得移动窗口运算值，以及通过利用所获得的 移动窗口运算值来检测电力电缆的状态。

移动窗口运算值可以是以下任何一个数值：包括在具有特定尺寸的移动 窗口中的绝对值的总和；包括在具有特定尺寸的移动窗口中的绝对值的积分 值；包括在具有特定尺寸的移动窗口中的绝对值的平均值；以及包括在具有 特定尺寸的移动窗口中的所述绝对值的总和，所述绝对值增加了预设加权因 子。

电力电缆可以是三相电力电缆。在这种情况下，相电流值可以包括分别 关于三相的a相电流值、b相电流值以及c相电流值，而控制器可以分别检 测包括在三相电力电缆中的a相电力电缆、b相电力电缆以及c相电力电缆 是否异常。

当所获得的移动窗口运算值是预设参考值或大于预设参考值时控制器可 以检测出电力电缆是正常的。当所获得的移动窗口运算值小于预设参考值时 控制器可以检测出电力电缆是异常的。

当满足以下任何一个条件时，控制器可以检测电力电缆是否异常：相电 流的周期是特定值或小于特定值；逆变器根据用于进行脉冲宽度调制(PWM) 控制的排挡级来运行；包括扭矩、速度和电流中的至少其中一个的指令是特 定值或大于特定值。

当获得移动窗口运算值时，控制器可以以一定的时间间隔向右移动移动 窗口的位置并可以获得移动后的移动窗口的移动窗口运算值。

在附图和以下描述中阐明了一个或多个实施例的细节。从描述和附图， 以及从权利要求书中其他特征将是显而易见的。

附图说明

图1是用于检测逆变器系统中电力电缆脱离的一般装置的示意图；

图2是根据实施例的逆变器系统的配置示意图；

图3是示出了用于检测电力电缆120与图2中所示的控制器130的脱离 的部件的示意图；

图4和图5是示出了根据实施例的获得移动窗口运算值的过程的示意图； 以及

图6和图7是示出了根据实施例的检测逆变器系统中电力电缆的状态的 方法的操作的流程图。

具体实施方式

以下将描述实施例的原理。因此，尽管在本说明书中没有清楚地描述或 示出，但本领域任何一个普通技术人员都可以制造体现实施例的原理且包括 在实施例的概念和范围内的各种装置。另外，在此描述的所有的条件性的术 语和实施例都是基本地描述以允许清楚地理解实施例的概念，而不会限制实 施例的概念。

另外，应该理解的是不仅原理、视图和实施例，而且特定实施例所有详 细的说明都包括其结构上的和功能上的等同方案。另外，应当理解等同方案 不仅包括目前已知的等同方案还包括未来可开发的等同方案，也就是，不考 虑其结构的情况下可以包括用于执行相同功能而制造的所有设备。

图2是根据实施例的逆变器系统的配置示意图。

参照图2，逆变器系统包括：逆变器110；三相电力电缆120，其将通过 逆变器110输出的电力供给至电机；以及控制器130，其检测三相电力电缆 120是否脱离并在控制逆变器110的操作的同时停止逆变器110的操作。

逆变器110形成于电动汽车中，然后将由形成于电动汽车中的电池(未 显示)所产生的直流(DC)电转换成三相交流(AC)电。

在这种情况下，电池可以由一组多个单元电池(unit cell)构成。

可以由电池管理系统(未显示)来管理多个单元电池以保持一定电压。 电池可以在电池管理系统的控制下释放特定电压。

另外，由电池放电所输出的电力被转移至形成于逆变器110中的电容器 中。

在这种情况下，继电器形成于电池和逆变器110之间且可以通过继电器 的操作来控制供给至逆变器110的电力。

也就是，当继电器执行“接通”操作时，将电池的电力供给至逆变器110， 而当继电器执行“断开”操作时，可以切断供给至逆变器110的电力。

逆变器110将从电池供给的DC电力转换成为AC电力并将该AC电力 供给至电机。

在这种情况下，通过逆变器110所转换的AC电力可以是三相AC电力。

逆变器110由电容器和多个绝缘栅双极晶体管(IGBT)构成。IGBT根 据来自控制器施加的控制信号通过脉冲宽度调制(PWM)切换来转换从电池 供给的电力的相位并将相位转换后的电力供给至电机。

电机可以包括不旋转且固定的定子和旋转的转子。电机接受通过逆变器 110供给的AC电力。

例如，电机可以是三相电机。当具有可变电压和频率的各相AC电力施 加给各相定子的线圈时，转子的旋转速度可以随所施加频率的改变而变化。

电机可以是各种各样的，例如，感应电机、无刷DC(BLDC)电机和磁 阻电机。

另一方面，驱动排挡(未显示)可以设置在电机的一侧上。所述驱动排 挡根据排挡比转换电机的旋转能量。从驱动排挡输出的旋转能量被传递给前 轮和/或后轮以允许电动汽车移动。

电力电缆120形成于逆变器110和电机之间。电力电缆120可以是三相 电力电缆，则因此，由a相电缆、b相电缆和c相电缆构成。

控制器130控制逆变器110的整体操作。

例如，控制器130通过利用电流，例如，供给至电机的三相电流，来计 算用于驱动电机的驱动值，并根据所计算出的驱动值产生用于控制逆变器 110的开关信号，特别地，产生用于构成逆变器110的IGBT的开关信号。

因此，逆变器110根据经由控制器130所产生的开关信号通过选择性地 执行接通-断开操作来将从电池供给的DC电力转换成AC电力。

另一方面，控制器130通过确定从逆变器110供给至电机的三相电流的 状态来检查连接逆变器110和电机的电力电缆120的状态。

另外，当电力电缆120的状态中出现问题时，例如，断开、脱离等，通 过逆变器110所转换的AC电力不供给至电机，从而在驱动电动汽车中出现 问题。

据此，控制器130检测电力电缆120是否脱离，并当检测到电力电缆120 脱离时，切断供给至电机的AC电力。

在下文中，将详细地描述通过控制器130进行对电力电缆120的脱离的 检测操作。

图3是示出了用于检测电力电缆120与图2所示的控制器的脱离的部件 的示意图。

参照图3，控制器130包括相电流获得单元132、移动窗口运算单元134 和电缆状态检测单元136。

相电流获得单元132获得从逆变器110供给至电机的相电流。

在这种情况下，相电流获得单元132分别获得通过电力电缆120的a相 电缆供给至电机的a相电流Ias、通过电力电缆120的b相电缆供给至电机的 b相电流Ibs和通过电力电缆120的c相电缆供给至电机的c相电流Ics。

这之后，相电流获得单元132分别关于a相电流Ias、b相电流Ibs和c 相电流Ics计算绝对值|Ias|、|Ibs|和|Ics|。

这之后，相电流获得单元132分别关于a相电流Ias、b相电流Ibs和c 相电流Ics计算绝对值|Ias|、|Ibs|和|Ics|并在每一个预设特定时间Tsamp 传送绝对值|Ias|、|Ibs|和|Ics|至移动窗口运算单元134。

移动窗口运算单元134关于通过相电流获得单元132所传送的绝对值 |Ias|、|Ibs|和|Ics|来产生具有特定尺寸的移动窗口，并在所产生的移动窗 口中获得移动窗口运算值MW|Ias|、MW|Ibs|和MW|Ics|。

图4和图5是示出了根据实施例的获得移动窗口运算值的过程的示意图。

参照图4，水平轴线表示时间轴，而垂直轴线表示在每一个特定时间 Tsamp所获得的绝对值。图4示出了关于任何一个绝对值|Ias|、|Ibs|和|Ics| 的特定相位的绝对值。

相电流获得单元132获得上述绝对值并在每一个特定时间传送上述绝对 值至移动窗口运算单元134。

移动窗口运算单元134关于所获得的绝对值利用包括在具有特定尺寸的 窗口w中的值来获得移动窗口运算值。

在这种情况下，利用以下任何一个等式可以获得移动窗口运算值。

$D_{\mathrm{sum}}={\Sigma }_{n=i}^{i+w-1}{D}_n$    等式(1)

等式1表示在尺寸为w的窗口中的w个连续的绝对值的总和。

D_integ＝T_samp·D_sum    等式(2)

等式2表示w段内的积分，其为由等式1所获得的结果值乘以特定时间 Tsamp的结果值。

D_average＝D_sum/W     等式(3)

在等式3中，根据等式1所获得的结果值除以w，其中，w表示包括在窗 口中的绝对值个数，且根据等式3所获得的结果值表示窗口中的绝对值的平 均值。

$D_{\mathrm{weighted}}={\Sigma }_{n=i}^{i+w-1}{a}_n·D_n$

                                                等式(4)

等式4表示包括在窗口中的每一个绝对值乘以预设加权因子a_n所获得的 值，其表示在考虑几个不同因子的窗口中增加加权因子的绝对值的总和。

正如等式1至等式4所述，移动窗口运算单元134通过利用包括在具有 如上所述的预设尺寸的窗口中的绝对值来运算以下任何一个值：绝对值的总 和、绝对值的平均值、绝对值的积分值，以及增加了加权因子的绝对值的总 和。

根据预设条件可以确定通过移动窗口运算单元14的运算所获得的结果 值。也就是，经由预先的各种实验，将根据逆变器110的运行状态通过确定 最佳条件来运算结果值。

例如，在逆变器110一开始运行的时间点，通过利用等式3中提到的平 均值可以获得移动窗口运算值。在逆变器110稳定的时间点，通过等式1至 等式4的任何一个等式可以获得移动窗口运算值。

电缆状态检测单元136通过利用经由移动窗口运算单元134所获得的移 动窗口运算值来检测电力电缆120的状态。

也就是，电缆状态检测单元136确定在电力电缆120正常连接状态下示 出的移动窗口运算值的参考值，并将参考值与由移动窗口运算单元134所获 得的移动窗口运算值进行比较，从而检测电力电缆120的状态。

参考值可以包括关于根据等式1所获得的移动窗口运算值的第一参考 值、关于根据等式2所获得的移动窗口运算值的第二参考值、关于根据等式 3所获得的移动窗口运算值的第三参考值，以及关于根据等式4所获得的移 动窗口运算值的第四参考值。

另外，可以有分别对应于a相电缆、b相电缆，以及c相电缆的上述第 一参考值至第四参考值。

据此，可以存在如下表所示的参考值，其可以存储在控制器130中或可 以通过由控制器130进行的另外的运算过程来获得。

表1

  a相 b相 c相 等式1 1-1参考值 1-2参考值 1-3参考值 等式2 2-1参考值 2-2参考值 2-3参考值 等式3 3-1参考值 3-2参考值 3-3参考值 等式4 4-1参考值 4-2参考值 4-3参考值

因此，当根据等式1分别运算对应于a相、b相和c相的第一移动窗口 运算值至第三移动窗口运算值时，电缆状态检测单元136通过比较第一移动 窗口运算值与1-1参考值来检测电力电缆120关于a相的状态，且采用相类 似的方法，分别检测电力电缆120关于b相和c相的状态。

在检测状态的方法中，当所获得的移动窗口运算值是参考值或大于参考 值时，确定电力电缆120正常连接。不同地，当移动窗口运算值小于参考值 时，电力电缆120异常连接，例如，脱离、断开等。

另一方面，电缆状态检测单元135确定预先设定的先决条件以防止错误 地检测电力电缆120的连接状态，且当目前的条件满足所有先决条件时，检 测电力电缆120的连接状态。

在这种情况下，先决条件可以包括如下的条件：

1.相电流的周期是特定值或小于特定值吗？

2.在逆变器用于电动汽车的情况下，逆变器是在一定排挡级中根据脉冲 宽度调制(PWM)信号进行开关操作吗？

3.诸如扭矩、速度和电流的指令是特定值或大于特定值吗？

相电流的周期的倒数与电机的驱动速度成正比。也就是，相电流的周期 是特定值还是小于特定值的条件表示电机的驱动速度是预设速度还是大于预 设速度。

据此，当相电流的周期是特定值或小于特定值时，换言之，只有当电机 的驱动速度是特定值或大于特定值时，电缆状态检测单元136进行对电力电 缆的检测。

另外，在电动汽车的情况下，根据排挡状态来确定逆变器110的运行。 也就是，当排挡状态是R、D和P时，根据PWM来控制逆变器110的运行。 据此，只有当排挡状态允许根据PWM信号来控制逆变器110时，电缆状态 检测单元136进行对电力电缆120的检测。

另外，当指令是特定值或小于特定值时，不会正常进行对电力电缆120 的检测，而是可能会错误地进行对电力电缆120的检测。因此，只有当诸如 扭矩、速度和电流的指令是特定值或大于特定值时，电缆状态检测单元136 才检测电力电缆120的状态。

另一方面，如上所述，当获得首个移动窗口运算值时，移动窗口运算单 元134通过利用由相电流获得单元132所连续提供的绝对值来获得第二至第 n个移动窗口运算值。

参考图5，当获得第一移动窗口运算值时，窗口的位置随Tsamp向右移 动。通过利用包括在移动后的窗口中的绝对值根据等式1至等式4来获得移 动窗口运算值。电力电缆检测单元135通过利用连续获得的移动窗口运算值 来检测电力电缆120的状态。

根据实施例，因为能够以软件的方式实时地检测出电力电缆120断开， 所以，不仅能够在价格方面来提供有益效果，还能够防止由于外部原因可能 出现的故障，从而提高驾驶员的安全性。

图6和图7是示出了根据实施例的检测逆变器系统中的电力电缆的状态 的方法中的操作流程图。

参照图6，相电流获得单元132获得供给至电机的相电流值(S101)。也 就是，相电流获得单元132分别获得关于a相的电流值、关于b相的电流值 和关于c相的电流值。

这之后，相电流获得单元132计算关于所获得的各个相的电流值的绝对 值(S102)。将所计算出的各个相的绝对值传送给移动窗口运算单元134。

移动窗口运算单元134通过利用关于各个相的绝对值来获得关于各个相 的移动窗口运算值(S103)。

因为已经描述了参照等式1至等式4获得移动窗口运算值的方法，所以， 将省略掉其详细描述。

当根据等式1至等式4中任何一个等式来获得移动窗口运算值时，移动 窗口运算单元134限制所获得的移动窗口运算值的最大值以防止溢出。

这之后，移动窗口运算单元134确定是否经过一定时间(S104)。也就 是，移动窗口运算单元134确定是否获得对应于窗口尺寸的所有绝对值以及 是否获得与之相对应的移动窗口运算值。

作为确定的结果(S104)，当尚未经过一定时间时，移动窗口运算单元 134待机一定时间，然后返回运算(S101)。当经过一定时间时，移动窗口运 算单元134确定是否满足用来检测电力电缆120的状态的先决条件(S105)。

也就是，移动窗口运算单元134确定相电流的周期是否为特定值或小于 特定值，用于电动汽车的逆变器是否根据PWM信号基于一定排挡级进行切 换，或诸如扭矩、速度和电流的指令是否为特定值或大于特定值。

在这种情况下，当满足上述任何一个条件时，移动窗口运算单元134可 以确定为满足先决条件。不同地，当满足多个所述条件时，移动窗口运算单 元134可以确定为满足先决条件。

这之后，当满足先决条件时，电缆状态检测单元136将算术运算的结果 值与预设参考值进行比较(S106)。

继续地，作为比较的结果，确定运算结果值是否小于预设参考值(S107)。

作为运算S107的确定的结果，当运算结果值小于预设参考值时，确定 电力电缆120的状态为异常(S108)。

为了参照图7详细地描述运算S106、S107和S108，电缆状态检测单元 136将由移动窗口运算单元134所获得的关于a相的运算结果值与预设的第 一参考值进行比较，并确定a相的运算结果值是否小于第一参考值(S201)。

作为运算S201的确定的结果，当关于a相的运算结果值小于预设的第一 参考值时，电缆状态检测单元136确定电力电缆120的a相电缆是异常的 (S202)。

另外，电缆状态检测单元136将由移动窗口运算单元134所获得的关于 b相的运算结果值与预设的第二参考值进行比较，并确定b相的运算结果值 是否小于第二参考值(S203)。

作为运算S203的确定的结果，当关于b相的运算结果值小于预设的第 二参考值时，电缆状态检测单元136确定电力电缆120的b相电缆是异常的 (S204)。

另外，电缆状态检测单元136将由移动窗口运算单元134所获得的关于 c相的运算结果值与预设的第三参考值进行比较，并确定c相的运算结果值 是否小于第三参考值(S205)。

作为运算S205的确定的结果，当关于c相的运算结果值小于预设的第三 参考值时，电缆状态检测单元136确定电力电缆120的c相电缆是异常的 (S206)。

根据实施例，因为能够以软件的方式实时地检测出电力电缆120断开， 所以，不仅能够在价格方面提供有益效果，还能够防止由于外部原因可能出 现的故障，从而提高驾驶员的安全性。

尽管已经参照数个其示范实施例描述了一些实施例，但应该理解的是， 本领域技术人员能够设想出将落在本公开原理的精神和范围内的许多其他修 改和实施例。更具体地说，在本公开、附图及所附权利要求的范围内可以对 主题组合布置的组成部件和/或布置作出各种变化和修改。除了对组成部件和 /或布置作出各种变化和修改以外，对于本领域的技术人员来说，替代使用也 将是显而易见的。