短路相识别方法和用于变换器电路的故障判断装置

摘要

车辆驱动设备(1)包含：电池(15)，其为直流电源；转换器(14)，其升高电池(15)的电压；变换器(28)，其连接到对车辆进行驱动的电机(11)；变换器(29)，其连接到作为电动机或发电机的电动发电机(12)；电机控制装置(18)，其控制电机。车辆驱动装置(1)还具有伏特计、判断变换器(28，29)的无通电状态的无通电状态判断装置(13，14)、检测从变换器各相臂施加到电机的电流的安培计(41-44)。这些装置的信号以及来自无通电状态判断装置(14)的信号被发送到电机控制装置(18)。

权利要求

1.一种短路相识别方法，通过该方法，由变换器电路(28)的控制信号以及由电流检测器(41，42)检测到的各相电流，识别出电机控制装置的发生短路的相，其中，所述变换器电路(28)包含切换并向安装在车辆上的交流电机(11)的各相供给电力的上段与下段晶体管(Q1至Q6)，所述电流检测器(41，42)对供到交流电机各相的电流进行检测，该方法的特征在于包含：无通电状态判断过程，基于各相中检测到的电流，判断当交流电机处于低旋转速度状态时各相是否无通电；以及故障检测过程，对检测到的各相电流进行平滑，基于取平滑处理后电流绝对值的信号与通过对检测到的各相电流的绝对值进行平滑所获得的信号之间的差，并基于预先确定的一相短路、两相短路、三相短路的电流水平，在无通电状态判断过程中不能检测出无通电状态的情况下，判断变换器电路(28)是否发生故障。

2.根据权利要求1的短路相识别方法，其中，故障检测过程还包含：

基于在各短路相中流动的电流的方向，检测在变换器电路(28)的上段还是下段晶体管中发生短路。

3.根据权利要求1或2的短路相识别方法，其还包含：

自由旋转过程，基于来自故障检测过程的信息，检测出变换器电路(28)的短路晶体管，通过开通位于检测出的晶体管侧的所有其余上段或下段晶体管，使用除电力外的动力，使得交流电机(11)旋转。

4.根据权利要求3的短路相识别方法，其还包含：

在交流电机(11)通过自由旋转过程被设置为自由旋转状态的情况下，通过另一变换器电路向交流电机(11)供给电力以便驱动车辆，并通过旋转另一交流电机，再度检测短路相。

5.一种用于变换器电路的故障判断装置，该变换器电路包含切换以及向安装在车辆上的交流电机(11)的各相供给电力的上段与下段晶体管，所述故障判断装置的特征在于包含：电流检测器(41，42)，其检测供到交流电机各相的电流；以及

故障检测装置，在不能基于检测到的各相电流来检测出交流电机低旋转状态下各相的无通电状态的情况下，所述故障检测装置对检测到的各相电流进行平滑，基于取平滑后的各相电流的绝对值的信号与通过对检测到的各相电流的绝对值进行平滑所获得的信号之间的差，并基于预先确定的一相短路、两相短路、三相短路的电流水平，判断变换器电路中是否发生故障。

说明书

短路相识别方法和用于变换器电路的故障判断装置

技术领域

[0001] 本发明涉及用于电气车辆或混合动力车的电机控制装置的短路相识别方法，特别涉及这样的短路相识别方法：其用于由电机旋转所产生的电流识别电机控制装置的短路相。

背景技术

[0002] 近来，对于对环境友好的电气车辆和混合动力车的需求已经得到增长。在混合动力车中，部分发动机动力经由具有第一电动发电机的动力分配机构被传送到驱动轴。其余的动力被第一电动发电机恢复为电力，所恢复的电力可用于对二次电池进行充电，或驱动第二电动发电机。

[0003] 在电气车辆或混合动力车的电机控制装置中，使用交流电机，且对每相进行驱动电流的反馈控制。在电机控制装置中，电流偏移由电流传感器的检测到的信号适当地检测，可通过使用这样的配置来增强电流传感器的测量准确度：其中，随着时间的推移而获知电流，且实现适当的反馈控制、电动发电机的状态监视以及故障检测。

[0004] 在上面介绍的混合动力车中，例如，当第一电动发电机中发生一相短路时，制动转矩通过处于逆旋转方向的转矩而被施加到发动机，且有时发生不希望的转矩波动。因此，日本专利申请公开No.2007-28733(JP-A-2007-28733)公开了解决当第一电动发电机中发生短路故障时导致制动转矩的问题的特征。

[0005] 另外，日本专利申请公开No.2006-246564(JP-A-2006-246564)介绍了与准确检测多种故障模式的故障诊断装置有关的特征，特别是这样的故障诊断装置：通过使用偏移校正后的电流传感器，其能区分发生在升压转换器中发生的故障与在变换器电路发生中的故障。

[0006] JP-A-2007-28733显示，执行三相短路控制，通过该控制，当电动发电机中的一相或两相短路时，其余相也被短路，以便获得三相短路状态，并且，设置短路故障控制装置，以便控制发动机速度，从而使得在短路故障发生后电动发电机的旋转速度不会下降到预定范围内。

[0007] 当电动发电机的一或两相短路时，当短路故障在变换器的上以及下各相臂设置的晶体管中发生时，电流甚至在无通电状态中流动。因此，通过零点调节来改变电流传感器的偏移值。结果产生的问题是，当故障已发生时偏移点的波动对后续的反馈控制、状态监视以及故障诊断具有不良的影响。

发明内容

[0008] 本发明涉及用于识别电机控制装置的短路相的方法。

[0009] 本发明的第一实施形态涉及短路相识别方法，通过该方法，由变换器电路的控制信号以及由电流检测器检测到的各相电流，识别出电机控制装置的短路相，变换器电路包含开关并向安装在车辆上的交流电机各相供给电力的上段与下段晶体管，电流检测器对供到交流电机各相的电流进行检测。该方法包含：无通电状态判断过程，基于检测到的各相的电流，判断交流电机低旋转速度状态中各相的无通电状态；故障检测过程，进行检测到的各相电流的平滑处理，基于平滑处理后取电流绝对值的信号与通过对检测到的各相电流的绝对值进行平滑处理所获得的信号之间的差，并基于已经预先确定的一相短路、两相短路、三相短路的电流水平，在无通电状态判断过程中不能检测到无通电状态的情况下，判断变换器电路故障。

[0010] 在根据本发明的短路相识别方法中，故障检测过程还可包含：基于在各短路相中流动的电流的方向，检测在变换器电路的上段还是下段晶体管中已发生短路。 [0011] 根据本发明的短路相识别方法还可包含：自由旋转过程，基于来自故障检测过程的信息，检测变换器电路的短路晶体管，通过开通位于检测到的晶体管侧的所有其余上段或下段晶体管，使用除电力外的动力，使得交 流电机旋转。

[0012] 根据本发明的短路相识别方法还可包含再度检测过程，在交流电机通过自由旋转过程被设置为自由旋转状态的情况下，通过另一变换器电路向交流电机供给电力以便驱动车辆，通过另一交流电机的旋转，再度检测短路相。

[0013] 根据用于识别电机控制装置的短路相的短路相识别方法，当变换器故障时，短路相或故障晶体管被识别出，不仅车辆能被驾驶到附近的维修站，还能在短时间内修理故障。 [0014] 本发明的第二实施形态涉及一种用于变换器电路的故障判断装置，变换器电路包含切换以及向安装在车辆上的交流电机供给电力的上段与下段晶体管。故障判断装置包含：电流检测器，其检测供到交流电机各相的电流；故障检测装置，在不能通过检测到的各相电流来检测出交流电机低旋转速度状态中各相的无通电状态的情况下，其进行检测到的各相电流的平滑处理，并基于取平滑处理后的电流绝对值的信号与通过对检测到的各相电流的绝对值进行平滑处理获得的信号之间的差，以及基于已经预先确定的一相短路、两相短路、三相短路的电流等级，判断变换器电路故障。

附图说明

[0015] 参照附图，在下面对本发明的示例性实施例的详细介绍中，将介绍本发明的特征、优点、技术以及工业意义，在附图中，同样的标号表示同样的元件，其中： [0016] 图1示出了车辆驱动设备的整体构造，该设备包含根据当前实施例的电机控制装置；

[0017] 图2A-2C为说明图，其示出了车辆驱动设备的主电子电路的构造图中的短路； [0018] 图3为一流程图，其示出了根据当前实施例由电机控制装置执行的用于判断是否发生变换器故障的过程；

[0019] 图4为一流程图，其示出了根据当前实施例由电机控制装置执行的用 于判断是否发生多相短路故障的过程；

[0020] 图5A-5C示出了车辆驱动设备中的短路电路波形的变化；

[0021] 图6A-6D示出了车辆驱动设备中的一相短路电流波形的实例；

[0022] 图7A-7D示出了车辆驱动设备中的两相短路电流波形的实例；以及 [0023] 图8示出了从一相短路到三相ON(无相短路)的短路电流波形与电机旋转速度之间的关系。

具体实施方式

[0024] 下面参照附图介绍实现本发明的最佳模式(下面被称为实施例)。 [0025] 图1示出了安装在电气车辆或混合动力车上的车辆驱动设备1的整体构造，并示出了包含电机控制装置18的车辆驱动设备1。车辆驱动设备1包含：电池15，其为直流电源；转换器27，其升高电池15的电压；变换器28，其被连接到对车辆进行驱动的电机11(MG1)；变换器29，其被连接到作为电动机或发电机的电动发电机12(MG2)；对这些电机进行控制的电机控制装置18；对电机控制装置18进行控制的混合动力车控制装置19。 [0026] 车辆驱动装置1还具有：无通电状态判断装置13和14，其判断变换器28和29是否处于无通电状态；伏特计16，其检测电池电压VB；伏特计17，其检测升高的电压VH；安培计41、42、43、44，其分别检测从变换器的各相臂31-36施加到电机的电流。这些装置的信号以及来自无通电状态判断装置13与14的IMG1与IMG2信号被发送到电机控制装置18。 [0027] 绝缘栅型双极型晶体管(IGBT)为高电流晶体管，其被布置在转换器27以及变换器28、29的上下。二极管与各个IGBT并联连接，并且，配置具有相臂的臂模块21-26。变换器28和29经由平滑电容器C1连接到包含电抗器L1与IGBT的转换器27。

[0028] 通过向各IGBT Q1-Q4输出驱动信号，电机控制装置18致动转换器27或变换器28与29。相臂31-36连接到电机11或电动发电机12，施加到电机的电流等等由安培计41、42、43、44进行检测，检测到的电流被输出 到电机控制装置18和无通电状态判断装置13。 [0029] 基于驱动信号是否被提供给受到电机控制装置18控制的变换器28与29的各IGBT以及各个安培计检测到的电流，无通电状态判断装置13和14判断变换器28和29是否处于正常的无通电状态，并将判断信号IMG1与IMG2输出到电机控制装置18。在变换器
28与29中，上下IGBT之一在上下IGBT中的另一个处于ON模式之后被切换为ON，以便防止上下IGBT同时被切换为ON。因此，当旋转速度低且IGBT被正常致动时，检测出无通电状态。

[0030] 通过根据来自混合动力车控制装置19——其为较高等级的控制装置——的指示致动转换器27和变换器28与29，电机控制装置18驱动电机11或电动发电机12。 [0031] 图2A-2C示出了车辆驱动装置1的主电子电路的短路故障，图5A-5C示出了车辆驱动装置1的短路电流波形的变化。图2A与5A示出了U相单独的一相短路，图2B与5B示出了V相与U相的两相短路，图2C与5C示出了V相、U相、W相的三相短路。在图2A-2C所示的主电子电路中，连接到转换器27的变换器28具有V相臂31、U相臂32、W相臂33。当发生图2A所示的一相短路时，U相臂32的IGBT Q3短路，另一IGBT处于OFF状态。 [0032] 在IGBT Q3在图2A与5A所示一相短路状态中短路时，循环电流从各臂的上侧短路的IGBT以及二极管D1与D5的阳极侧流到阴极侧。假设电流I在短路的IGBT Q3中流动，I/2的电流将在V相二极管D1与W相二极管D5中的每一个中流动。在图2B与5B所示的两相短路状态中，V相与U相短路，在短路的V相与U相的IGBT中流动的合成电流将在W相二极管中流动。另外，在图2C与5C所示的三相短路状态中，V相、U相、W相IGBT短路。因此，电流分布在三个二极管中，由此产生如图5C所示的循环电流。 [0033] 图3示出了判断是否发生了变换器故障的过程，其在电机控制装置18中执行。图
4示出了判断变换器故障是否发生的过程。在步骤S10中，在 低旋转速度模式下，当基于来自无通电状态判断装置13、14的判断信号在变换器中检测到异常时，故障判断过程开始。
于是，在步骤S10中，如果在所有IGBT已经被关断后变换器异常再次被检测到，如图1所示在电机11或电动发电机12的低旋转速度模式中执行的零点调节被停止。于是，后面的电流值使用前面的零点信息来检测，上下臂的IGBT在步骤S12中被设置在OFF状态。结果，如果电机通过外力自由旋转，循环电流将会产生，如图5A-5C所示。

[0034] 在步骤S14中，V相与W相电流通过电流传感器41、42来检测，其余的U相的电流由V相和W相电流计算。如果所获得的电流大于预定的最低可检测电流，判断为可能为短路故障，过程移动到步骤S18。如果电流值等于或低于最低可检测电流，在步骤S16中判断为短路以外的故障已经发生，过程返回到主程序。

[0035] 如果判断为可能有短路故障，故障IGBT可在步骤S18中通过确定各相的电流水平来识别。关于确定各发送电流水平的情况的公式在下面示出。两个平滑处理运算获得的“收敛(converging)绝对值”和“绝对收敛值”为本实施例的特定特征。 [0036] (1)收敛绝对值：通过取由平滑处理获得的信号的绝对值并总是将之选择为正电流值而获得的值，。

[0037] |Bn+1|＝(当前值Bn-前一收敛值Bn-1)/收敛常数＊采样时间+前一收敛值Bn-1 (公式1)

[0038] (2)绝对收敛值：通过进行平滑而拾取的值，其中，平滑处理中使用的信号取为绝对值。

[0039] Cn+1＝(|当前值Cn|-前一收敛值Cn-1)/收敛常数＊采样时间+前一收敛值Cn-1 (公式2)

[0040] (3)差分电流：在交流电流的电流值中，公式1获得的绝对收敛值和公式2获得的具有正或负值的收敛绝对值之间的差分具有预定的值且不为零。因此，通过使用差分电流值，一相短路、两相短路、三相短路通过电流水平来判断。

[0041] Dn＝(绝对收敛值Cn-收敛绝对值Bn)

[0042] (公式3)

[0043] 图6A-6D示出了车辆驱动设备中的一相短路电流波形的实例，图7A-7D示出了两相短路电流波形的实例。图6A-6D以及图7A-7D所示的波形为当电机具有低旋转速度(例如大约100rpm)时获得的电流波形；电流传感器检测到的电流值关于纵坐标绘制，时间关于横坐标绘制。图6A示出了电流传感器检测到的值，图6B示出了收敛绝对值，图6C示出了绝对收敛值，图6D示出了差分电流。图1所示变换器28故障过程中执行的处理将在下面介绍。

[0044] 在图3所示的步骤S18中，将差分电流与经验确定的常数进行比较，如果差分电流大于该常数，判断为发生了多相短路故障。因此，处理进行到步骤S20，接着，移动到下面介绍的多相短路故障判断。如果差分电流等于或小于该常数值，处理进行到用于一相短路判断的步骤S22，以便判断是否发生了一相短路。

[0045] 在步骤S22中，计算U相、V相、W相中的差分电流，接着，计算在预定时间内各相的差分电流的平均值。于是，在步骤S24中，从各相差分电流平均值中选择最大电流相。例如，图6D及其放大图示出了在U相、V相、W相中具有最大电流的相为U相。在步骤S26中，判断流经另外两相的电流是否等于短路电流的1/2，如果判断为流经另外两相的电流等于短路电流的1/2，过程进行到步骤S30。如果流经其他两相的电流不为短路电流的1/2，在步骤S28中判断为发生了电流传感器故障，处理返回到主程序。

[0046] 在步骤S30中，基于U相电流流动方向识别上臂还是下臂，在步骤S32中，所识别的上或下短路臂侧的V相和W相被开通，防止电机阻力(drag)，并假定自由旋转速度状态。于是，在步骤S34中，电动发电机12被图1所示的另一变换器29驱动，开始退避走行(1imp)模式，处理返回到主程序。在如上所述判断是否发生一相短路中所用的常数为低的差分电流值，如图6D所示。因此，故障时的零点调节必须停止以便进行测量。 [0047] 图4示出了判断是否发生多相短路的过程。图7A-7D示出了两相短路 电流波形。
两相短路或三相短路发生的频率非常低，但将两相短路示为一个实例。图7A示出了U相与V相两相短路的两相短路电流波形。如果步骤S40中所有相电流值(U相、V相、W相)超过常数，判断已经发生三相同侧臂短路，即，在同侧臂(上臂或下臂)上在U相、V相、W相的每一个中发生短路，过程移动到步骤S42。于是，过程返回到主程序，以便在步骤S54中在另一变换器29中开始退避走行模式。

[0048] 如果在步骤S40中仅仅两相电流值(U相与V相)超过常数值，在步骤S46中判断为发生了两相同侧臂短路。如果在步骤S44中两相电流值等于或低于常数值，过程移动到步骤S48，在那里，判断为两相上与下臂短路已经发生。于是，该过程返回到主程序。 [0049] 如果在步骤S46中判断为两相同侧臂短路已经发生，在步骤S50中基于电流的方向识别上下臂，上或下短路臂的另一相在步骤S52中被开通，处理移动到步骤S54，故障判断处理结束。于是，该过程返回到主程序，执行另一变换器29中的退避走行(retraction motion)。

[0050] 图8示出了当已在另一变换器中进行退避走行时在驱动系统中从一相短路到三相ON(或三相短路)在一时间间隔内电机的短路电流波形与旋转速度之间的关系。如图8所示，如果电机的旋转速度超过大约1,000rpm，一相短路、两相短路、三相ON的短路电流值彼此显著不同，一相短路、两相短路、三相ON状态可基于电机的旋转速度与短路电流之间的关系来区分。

[0051] 因此，在当前实施例中，通过用图3所示电机控制装置18再次检查变换器故障判断过程获得的判断结果来实现更为准确的判断，例如，通过使用图8所示特性在接近于4,000rpm的低旋转速度区域中判断。

[0052] 如上所述，采用当前实施例的电机控制装置，可执行准确的故障判断和短路相识别。另外，车辆不仅能被驱动到附近的维修站，故障还能得到快速修理。出于说明本实施例的目的所用的多种波形和数字值不是限制性的，且可根据车辆参数进行调节。