一种电动汽车电机过电流保护方法及保护电路

摘要

本发明公开了一种电动汽车电机过电流保护方法及保护电路，所述保护方法采集电机三相电流信号并将其转换为电压信号；将电压信号与预设的电压限值相比较，得到比较结果；根据比较结果判断所述电压信号是否超出预设的电压限值，如果是，则关断电机控制信号，并对该电压信号进行钳位，得到钳位后电压信号；根据钳位后电压信号计算电机三相电流值；判断电机三相电流值是否超出了预设的过电流保护限值；如果否，则重启电机控制信号。本发明一方面消除了由于信号干扰触发过电流保护而使电机与电机控制器系统停止运行的可能性，另一方面在电机三相线真正出现过电流情况时，可以及时关断电机与电机控制器系统，有效保护电机与电机控制器不受损坏。

权利要求

1.一种电动汽车电机过电流保护方法，其特征在于：所述保护方法包括，采集电机三相电流信号并将其转换为电压信号；

将所述电压信号与预设的电压限值相比较，得到比较结果；

根据所述比较结果判断所述电压信号是否超出预设的电压限值，如果是，则关断电机控制信号，并对该电压信号进行钳位，得到钳位后电压信号；

根据所述钳位后电压信号计算电机三相电流值；

判断所述电机三相电流值是否超出了预设的过电流保护限值；如果否，则重启电机控制信号。

2.根据权利要求1所述的电动汽车电机过电流保护方法，其特征在于：所述保护方法还包括，在重启电机控制信号后，判断在规定时间T内获取的比较结果是否再次超出预设的电压限值，如果是，则关断电机控制信号。

3.根据权利要求2所述的电动汽车电机过电流保护方法，其特征在于：所述规定时间T为20ms。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的电动汽车电机过电流保护方法，其特征在于：所述预设的过电流保护限值为所述电机三相电流信号的最大值的2.5倍。

5.一种电动汽车电机过电流保护电路，其特征在于：所述保护电路包括，电流采集元件，用于采集电机三相电流信号并将其转换为电压信号；

比较模块，用于将所述电压信号与预设的电压限值相比较，并得到比较结果；

钳位模块，用于对所述电压信号进行钳位，并输出钳位后电压信号；

主控模块，用于根据所述比较结果判断所述电压信号是否超出了预设的电压限值，如果是，则关断电机控制信号；以及根据所述钳位后电压信号计算电机三相电流值，并判断所述电机三相电流值是否超出了预设的过电流保护限值；如果否，则重启电机控制信号。

6.根据权利要求5所述的电动汽车电机过电流保护电路，其特征在于：所述主控模块还用于在重启电机控制信号后，判断在规定时间T内获取的比较结果是否再次超出预设的电压限值，如果是，则关断电机控制信号。

7.根据权利要求5所述的电动汽车电机过电流保护电路，其特征在于：所述比较模块包括第一电容、第一电阻、第二电阻、第二电容、双比较器；其中，所述电流采集元件的输出端经第一电容接地；

所述电流采集元件的输出端经第一电阻接第一电源，该输出端还经由第二电阻和第二电容构成的RC低通滤波器连接双比较器的输入端；所述双比较器的输出端经第四电阻连接所述第一电源，该双比较器的输出端连接主控模块；并且，所述预设的电压限值包括输入至双比较器的上限位电压和下限位电压。

8.根据权利要求7所述的电动汽车电机过电流保护电路，其特征在于：所述第一电源为5V电源。

9.根据权利要求5所述的电动汽车电机过电流保护电路，其特征在于：所述钳位模块包括第三电阻、第三电容和钳位二极管；其中，所述电流采集元件的输出端顺次地经由第三电阻和第三电容构成的RC低通滤波器、以及钳位二极管连接主控模块。

10.根据权利要求5所述的电动汽车电机过电流保护电路，其特征在于：所述电流采集元件为霍尔电流传感器；主控模块为数字信号处理芯片。

说明书

一种电动汽车电机过电流保护方法及保护电路

技术领域

[0001] 本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种电动汽车电机过电流保护方法及保护电路。

背景技术

[0002] 传统燃油汽车产业因能源短缺与气候变暖而面临着巨大的挑战，节能环保的电动汽车越来越受到关注，并开始从实验室走向市场。

[0003] 目前电动汽车上电能与机械能的相互转换任务由电机完成。电机运行时，若电机控制器控制不当，或者电机自身出现异常，则可能导致电机三相线电流增大，也就是常说的“过电流”。若超过电机与电机控制器元件的承受范围，则会损坏零部件。因此电机控制器需采取相应策略以避免电机与电机控制器因过电流而受到破坏性影响。

[0004] 目前，电动汽车电机控制器中均会设置专门的过电流保护方案，现阶段做法如下：

[0005] 硬件方面，如图1所示，通过电流采集元件将电机三相电流信号转换成电压信号，之后将电压信号送入由双比较器构成的比较环节，比较环节的输出信号作为第一信号直接送入主控模块。比较环节中，通过设定比较器的上限位电压和下限位电压来设定过电流保护限值。一旦电流采集元件输出的电压信号高于上限电压或低于下限电压，比较环节输出的高电平信号将会变为低电平信号。

[0006] 软件方面，如图2所示，主控模块接收到低电平信号后，随即关断PWM信号输出，同时向外界发送过电流故障码，以此向整车控制器说明电机与电机控制器系统处于故障状态，无法继续运行。

[0007] 然而在实际应用中，采取上述过电流保护方案的电机与电机控制器常常会因为信号干扰而触发过电流保护，进而停止工作。此种情况下，车辆的安全性与驾驶平顺性会受到很大的影响，同时一定程度上也影响着市场对电动汽车的接受程度。

发明内容

[0008] 本发明针对电机与电机控制器因信号干扰而触发过电流保护的问题，提出一种电动汽车电机过电流保护方法及保护电路。旨在消除信号干扰触发过电流保护而使电机与电机控制器系统停止运行的可能性，同时在电机三相线真正出现过电流情况时，及时关断电机与电机控制器系统，有效保护电机与电机控制器不受损坏。

[0009] 为实现上述目的，所述电动汽车电机过电流保护方法，其特点是，所述保护方法包括，

[0010] 采集电机三相电流信号并将其转换为电压信号；

[0011] 将所述电压信号与预设的电压限值相比较，得到比较结果；

[0012] 根据所述比较结果判断所述电压信号是否超出预设的电压限值，如果是，则关断电机控制信号，并对该电压信号进行钳位，得到钳位后电压信号；

[0013] 根据所述钳位后电压信号计算电机三相电流值；

[0014] 判断所述电机三相电流值是否超出了预设的过电流保护限值；如果否，则重启电机控制信号。

[0015] 优选的是，所述保护方法还包括，在重启电机控制信号后，判断在规定时间T内获取的比较结果是否再次超出预设的电压限值，如果是，则关断电机控制信号。

[0016] 优选的是，所述规定时间T为20ms。

[0017] 优选的是，所述预设的过电流保护限值为所述电机三相电流信号的最大值的2.5倍。

[0018] 一种电动汽车电机过电流保护电路，其特点是，所述保护电路包括，[0019] 电流采集元件，用于采集电机三相电流信号并将其转换为电压信号；

[0020] 比较模块，用于将所述电压信号与预设的电压限值相比较，并得到比较结果；

[0021] 钳位模块，用于对所述电压信号进行钳位，并输出钳位后电压信号；

[0022] 主控模块，用于根据所述比较结果判断所述电压信号是否超出了预设的电压限值，如果是，则关断电机控制信号；以及判断所述电机三相电流值是否超出了预设的过电流保护限值；如果否，则重启电机控制信号。

[0023] 优选的是，所述主控模块还用于在重启电机控制信号后，判断在规定时间T内获取的比较结果是否再次超出预设的电压限值，如果是，则关断电机控制信号。

[0024] 优选的是，所述比较模块包括第一电容、第一电阻、第二电阻、第二电容、双比较器；其中，所述电流采集元件的输出端经第一电容接地；

[0025] 所述电流采集元件的输出端经第一电阻接第一电源，该输出端还经由第二电阻和第二电容构成的RC低通滤波器连接双比较器的输入端；所述双比较器的输出端经第四电阻连接所述第一电源，该双比较器的输出端连接主控模块；并且，所述预设的电压限值包括输入至双比较器的上限位电压和下限位电压。

[0026] 优选的是，所述第一电源为5V电源。

[0027] 优选的是，所述钳位模块包括第三电阻、第三电容和钳位二极管；其中，所述电流采集元件的输出端顺次地经由第三电阻和第三电容构成的RC低通滤波器、以及钳位二极管连接主控模块。

[0028] 优选的是，所述电流采集元件为霍尔电流传感器；主控模块为数字信号处理芯片。

[0029] 本发明的有益效果在于，本发明的过电流保护电路可对过电流进行二次确定，从而在干扰信号触发过电流保护时，电机与电机控制器系统关断后会立即重新启动，使电动汽车可以在不停车复位的情况下继续运行。因此，消除了由于信号干扰触发过电流保护而使电机与电机控制器系统停止运行的可能性。

[0030] 此外，当电机三相线真正出现过电流情况时，或者依据第二信号所计算的电机三相电流值超出预设的过电流保护限值，或者规定时间T内过电流故障会再次发生。此两种情况下，电机与电机控制器系统均会及时关断，有效了保护电机与电机控制器不受损坏。

附图说明

[0031] 图1示出了现有技术中过电流保护硬件电路结构示意图；

[0032] 图2示出在现有技术中过电流保护软件流程图；

[0033] 图3示出了本发明所述的电动汽车电机过电流保护方法的流程图；

[0034] 图4示出了图3中所示的流程图中，判断所述电压信号超出了预设的电压限值之后，过电流保护方法的具体流程图；

[0035] 图5示出了本发明所述的电动汽车电机过电流保护电路的方框原理图；

[0036] 图6示出了图5中示出的电动汽车电机过电流保护电路的电路示意图。

具体实施方式

[0037] 为使发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图3至图6对本发明的具体实施方式做详细的说明。

[0038] 图3示出了本发明所述的电动汽车电机过电流保护方法的流程图，如图3所示，所述电动汽车电机过电流保护方法包括以下步骤：

[0039] 采集电机三相电流信号并将其转换为电压信号S1；

[0040] 将所述电压信号与预设的电压限值相比较，得到比较结果S2；

[0041] 根据所述比较结果判断所述电压信号是否超出预设的电压限值，如果是，则关断电机控制信号，并对该电压信号进行钳位，得到钳位后电压信号S3；

[0042] 根据所述钳位后电压信号计算电机三相电流值S4；

[0043] 判断所述电机三相电流值是否超出了预设的过电流保护限值；如果否，则重启电机控制信号S5。

[0044] 值得注意的是，上述方法的步骤1中，用于采集电机三相电流信号并将其转换为电压信号的装置可选择为霍尔电流传感器。

[0045] 上述方法的步骤3中，所述“关断电机控制信号”，指的是仅将电机的控制信号切断，在短时间内电机因惯性作用仍是运转的；进行二次判断后，若即时重启该电机控制信号，则不会影响电机的运转。

[0046] 上述方法的步骤4中，“根据所述钳位后电压信号计算电机三相电流值”所用到的计算公式如下：

[0047]

[0048] 其中：Ip为电机三相电流值；Vout为霍尔电流传感器的输出电压；Vc为霍尔电流传感器的工作电压；G为转换系数，与霍尔电流传感器的工作电压Vc有关，其值可在数据手册中查到。

[0049] 进一步地，所述保护方法还包括，在重启电机控制信号后，判断在规定时间T内获取的比较结果是否再次超出预设的电压限值，如果是，则关断电机控制信号。

[0050] 参照图4，上述步骤中提到的电机控制信号可采用PWM信号，“关断电机控制信号”即为“关断PWM信号输出”；同理“重启电机控制信号”即为“重启PWM信号输出”。所述过电流保护方法具体包括以下步骤：

[0051] 步骤1：采集电机三相电流信号并将其转换为电压信号；

[0052] 步骤2：将所述电压信号与预设的电压限值相比较，得到比较结果；

[0053] 步骤3：根据所述比较结果判断所述电压信号是否超出了预设的电压限值，如果是，则判定为一次过电流故障，关断PWM信号输出，并对该电压信号进行钳位，得到钳位后电压信号后，执行步骤4；如果否，返回执行步骤1；

[0054] 步骤4：根据所述钳位后电压信号计算电机三相电流值；

[0055] 步骤5：判断所述电机三相电流值是否超出了预设的过电流保护限值；如果是，则执行步骤7；如果否，则重启PWM信号输出，将过电流次数标志位加1，然后执行步骤6；

[0056] 步骤6：判断规定时间T内获取的电压信号是否再次超出预设的电压限值；如果是，则关断PWM信号输出，然后执行步骤7；如果否，则执行步骤8；

[0057] 步骤7：判定为发生过电流故障，向外界发送过电流故障码，之后将过电流次数标志位清零，过电流故障处理结束；

[0058] 步骤8：判定所述一次过电流故障是信号干扰触发，此时控制电机与电机控制器系统继续运行，并将过电流次数标志位清零，过电流故障处理结束。

[0059] 图5示出了本发明所述的电动汽车电机过电流保护电路的方框原理图，如图5所示，所述电动汽车电机过电流保护电路包括电流采集元件1、比较模块2、钳位模块4以及主控模块3。其中：

[0060] 所述电流采集元件1，用于采集电机三相电流信号并将其转换为电压信号。

[0061] 所述比较模块2，用于将所述电压信号与预设的电压限值相比较，并得到比较结果。

[0062] 所述钳位模块4，用于对所述电压信号进行钳位，并输出钳位后电压信号。

[0063] 所述主控模块3，用于根据所述比较结果判断所述电压信号是否超出了预设的电压限值，如果是，则关断电机控制信号；以及判断所述电机三相电流值是否超出了预设的过电流保护限值；如果否，则重启电机控制信号。所述主控模块3还用于在重启电机控制信号后，判断在规定时间T内获取的比较结果是否再次超出预设的电压限值，如果是，则关断电机控制信号。

[0064] 图6示出了图5中示出的电动汽车电机过电流保护电路的电路示意图，如图6所示，第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、第二电容C2和双比较器构成了所述模块。第三电阻R3、第三电容C3和钳位二极管D1构成了所述钳位模块4。具体连接关系如下：

[0065] 所述电流采集元件1的输出端经第一电容C1接地；所述电流采集元件1的输出端还经第一电阻R1接第一电源，第一电源选为+5V电源；，该输出端还经由第二电阻R2和第二电容C2构成的RC低通滤波器连接双比较器的输入端；所述双比较器的输出端经第四电阻R4连接+5V电源，该双比较器的输出端连接主控模块3。

[0066] 另外，所述电流采集元件1的输出端还顺次地经由第三电阻R3和第三电容C3构成的RC低通滤波器、以及钳位二极管D1连接主控模块3。

[0067] 具体地，电流检测元件为霍尔电流传感器，主控模块3为数字信号处理（DSP）芯片。第一电容C1与第四电容C4为滤波电容，第一电阻R1与第四电阻R4为上拉电阻，第二电阻R2与第二电容C2构成RC低通滤波器，第三电阻R3与第三电容C3构成低通滤波器，二极管D1为钳位二极管，U1A与U1B为差动比较器，即双比较器，双比较器的输入有上限位电压和下限位电压，所述预设的电压限值包括上限位电压和下限位电压。

[0068] 所述电动汽车电机过电流保护电路的工作原理为：

[0069] 霍尔电流传感器采集电机三相电流信号并将其转换为电压信号，之后此电压信号通过第一电容C1滤波与第一电阻R1上拉后：

[0070] 一路经由第二电容R2与第二电容C2构成的RC低通滤波器进入比较环节，比较环节的输出信号经第四电阻R4上拉后形成比较结果，该比较信号送入DSP芯片的数字量接口。若霍尔电流传感器所输出的电压信号在上限位电压与下限位电压之间，上述比较结果为高电平；若此电压信号高于上限位电压或低于下限位电压，上述比较结果则变为低电平。DSP芯片可根据此比较结果做出相应的动作。

[0071] 另一路，经由第三电阻R3与第三电容C3构成的RC低通滤波器与钳位二极管D1构成的钳位模块4后形成钳位后电压信号，该钳位后电压信号送入DSP芯片的模拟量接口。DSP芯片可根据此钳位后电压信号实时计算电机三相电流值。

[0072] 实际使用环境下，上述保护方法中，规定时间T由电磁干扰频率决定。本方案中取20ms。

[0073] 另外，实际使用环境下，电机三相电流最大值决定了预设的过电流保护限值，进而决定了比较模块2的上限位电压和下限位电压。本方案中，取预设的过电流保护限值为电机三相电流的最大值的2.5倍。并且，硬件电路中，上限位电压与下限位电压可由电阻分压获得。另外，还可以通过改变RC低通滤波器的电阻值与电容值，来调节过电流保护的响应时间。

[0074] 值得注意的是，本发明所述的电动汽车电机过电保护方法及保护电路虽然来源于电动汽车领域，然而其同样可应用与工业电机领域以及其它需要设置过电流保护的领域，具体使用时可根据需要对硬件电路的上限位电压、下限位电压和软件中的规定时间T进行相应调整。

[0075] 综上所述仅为本发明较佳的实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本发明的技术范畴。