电动汽车电驱动系统直流母线电容的准在线容值检测方法技术方案

电动汽车电驱动系统直流母线电容的准在线容值检测方法，属于直流母线电容健康状态监测领域，解决了现有电解电容的健康状态监测方法不适用于电动汽车电驱动系统直流母线电容的问题。所述准在线容值检测方法：在电动汽车行驶过程中的暂时停车期，向永磁同步电机的直轴注入一掺杂有直流分量的低频交流电流信号。根据永磁同步电机的三相电流信号、逆变器IGBT开关信号和逆变器直流侧的母线电流信号重构直流母线电容电流信号。提取直流母线电压信号并滤除其中的直流分量，滤除直流母线电容电流信号中的直流分量。对滤除直流分量后的直流母线电压信号和直流母线电容电流信号进行移相，并根据移相后的信号计算直流母线电容的容值。

Quasi-on-line capacitance detection method for DC bus capacitor of electric drive system of electric vehicle

The quasi-on-line capacitance detection method of DC bus capacitor in electric drive system of electric vehicle belongs to the field of health condition monitoring of DC bus capacitor, which solves the problem that the existing health condition monitoring method of electrolytic capacitor is not suitable for DC bus capacitor of electric drive system of electric vehicle. The quasi-on-line capacitance detection method is to inject a low frequency AC current signal doped with DC component into the straight axis of permanent magnet synchronous motor during the temporary stop period of electric vehicle driving. DC bus capacitive current signal is reconstructed according to three-phase current signal of permanent magnet synchronous motor, IGBT switching signal of inverter and bus current signal of DC side of inverter. The DC bus voltage signal is extracted and the DC component is filtered out, and the DC component in the DC bus capacitive current signal is filtered out. The DC bus voltage signal and DC bus capacitance current signal after filtering the DC component are phase shifted, and the capacitance of DC bus capacitance is calculated according to the phase shifted signal.

【技术实现步骤摘要】
电动汽车电驱动系统直流母线电容的准在线容值检测方法
本专利技术涉及一种直流母线电容的容值检测方法，属于直流母线电容健康状态监测领域。
技术介绍
近年来，随着电动汽车的迅速普及，电动汽车的安全性与可靠性受到了人们越来越多的关注。电驱动系统是电动汽车的主要动力来源，其安全性与可靠性将直接影响整车的安全运行。直流母线电容是电驱动系统的重要部件，也是电力电子系统中的一个薄弱环节。直流母线电容的失效故障会导致电驱动系统性能劣化，严重时甚至会导致电驱动系统死机。因此，对电动汽车电驱动系统直流母线电容的健康状态进行监测是提高电驱动系统安全性与可靠性、确保整车安全运行的重要手段之一。现有的电容健康状态监测方法主要针对的是电解电容，该类方法以电解电容的等效串联电阻阻值来评价电解电容的健康状态。然而，为了提高系统的可靠性，现有电驱动系统的直流母线电容普遍采用可靠性更高的薄膜电容，薄膜电容的健康状态与等效串联电阻阻值的相关度不高，与薄膜电容的容值高度相关。因此，现有的电容健康状态监测方法不适用于电动汽车电驱动系统直流母线电容。
技术实现思路
本专利技术为解决现有电解电容的健康状态监测方法不适用于电动汽车电驱动系统直流母线电容的问题，提出了一种电动汽车电驱动系统直流母线电容的准在线容值检测方法。所述准在线容值检测方法包括：步骤一、在电动汽车行驶过程中的暂时停车期，向永磁同步电机的直轴注入一掺杂有直流分量的低频交流电流信号；步骤二、根据永磁同步电机的三相电流信号和逆变器IGBT开关信号重构逆变器负载侧的母线输出电流信号，并根据逆变器负载侧的母线输出电流信号和逆变器直流侧的母线电流信号重构直流母线电容电流信号；步骤三、通过一阶高通滤波器提取直流母线电压信号，通过第一二阶广义积分器滤除直流母线电压信号中的直流分量，通过第二二阶广义积分器滤除直流母线电容电流信号中的直流分量；步骤四、通过第三二阶广义积分器和第四二阶广义积分器对滤除直流分量后的直流母线电压信号进行移相，通过第五二阶广义积分器和第六二阶广义积分器对滤除直流分量后的直流母线电容电流信号进行移相；步骤五、根据第三二阶广义积分器～第六二阶广义积分器的输出信号计算直流母线电容的容值。作为优选的是，步骤一通过在永磁同步电机的直轴电流环中引入比例谐振控制器的方式，将永磁同步电机的电流控制器自PI控制器修改为PIR控制器，并通过该电流控制器实现掺杂有直流分量的低频交流电流信号的注入；掺杂有直流分量的低频交流电流信号的表达式为：式中，为掺杂有直流分量的低频交流电流信号，I0为直流分量的幅值，Ih和ωh分别为低频交流电流信号的幅值和频率，I0＞Ih＞0；PIR控制器的表达式为：式中，Gc(s)为PIR控制器，Kp、Ki和Kc均为PIR控制器的控制参数。作为优选的是，步骤二重构的逆变器负载侧的母线输出电流信号的表达式为：式中，iL为逆变器负载侧的母线输出电流信号，Uh为永磁同步电机的直轴交流电压信号的幅值，是功率因数角，R为永磁同步电机相电阻的阻值，udc为直流母线电压信号。作为优选的是，步骤二重构的直流母线电容电流信号的表达式为：icap＝idc-iL式中，icap为直流母线电容电流信号，idc为逆变器直流侧的母线电流信号。作为优选的是，第一二阶广义积分器将直流母线电压信号作为其输入信号，输出直流母线电压信号中频率为2ωh的交流分量；第二二阶广义积分器将直流母线电容电流信号作为其输入信号，输出直流母线电容电流信号中频率为2ωh的交流分量；第三二阶广义积分器和第四二阶广义积分器均将直流母线电压信号中频率为2ωh的交流分量作为其输入信号；第五二阶广义积分器和第六二阶广义积分器均将直流母线电容电流信号中频率为2ωh的交流分量作为其输入信号。作为优选的是，二阶广义积分器的传递函数为：式中，v为二阶广义积分器的输入信号，vd和vq均为二阶广义积分器的输出信号，k为阻尼系数，0<k<1；第一二阶广义积分器、第二二阶广义积分器、第四二阶广义积分器和第六二阶广义积分器均采用D(s)作为其传递函数；第三二阶广义积分器和第五二阶广义积分器均采用Q(s)作为其传递函数。作为优选的是，步骤五根据下式计算直流母线电容的容值：式中，C为直流母线电容的容值，vq,3、vd,4、vq,5和vd,6分别为第三二阶广义积分器～第六二阶广义积分器的输出信号。本专利技术所述的电动汽车电驱动系统直流母线电容的准在线容值检测方法，在电动汽车行驶过程中的暂时停车期，向永磁同步电机的直轴注入一掺杂有直流分量的低频交流电流信号。根据永磁同步电机的三相电流信号和逆变器IGBT开关信号重构逆变器负载侧的母线输出电流信号，并根据逆变器负载侧的母线输出电流信号和逆变器直流侧的母线电流信号重构直流母线电容电流信号。通过一阶高通滤波器提取直流母线电压信号，通过第一二阶广义积分器滤除直流母线电压信号中的直流分量，通过第二二阶广义积分器滤除直流母线电容电流信号中的直流分量。通过第三二阶广义积分器和第四二阶广义积分器对滤除直流分量后的直流母线电压信号进行移相，通过第五二阶广义积分器和第六二阶广义积分器对滤除直流分量后的直流母线电容电流信号进行移相。根据第三二阶广义积分器～第六二阶广义积分器的输出信号计算直流母线电容的容值。由此，本专利技术所述的电动汽车电驱动系统直流母线电容的准在线容值检测方法能够解决现有电解电容的健康状态监测方法不适用于电动汽车电驱动系统直流母线电容的问题。附图说明在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术所述的电动汽车电驱动系统直流母线电容的准在线容值检测方法进行更详细的描述，其中：图1为实施例提及的电动汽车在NEDC工况下的速度曲线图；图2为实施例提及的电容的等效电路图；图3为实施例提及的电动汽车电机逆变器的电路原理图；图4为实施例提及的一个开关周期中逆变器负载侧的母线输出电流信号与电机相电流信号的对应关系图；图5为实施例提及的停机状态下永磁同步电机直轴的控制框图；图6为实施例提及的一阶高通滤波器的电路原理图；图7为实施例提及的二阶广义积分器的结构框图；图8为实施例提及的二阶广义积分器在k＝0.01，ωh＝100π时的伯德图；图9为实施例提及的直流母线电容容值检测方法的流程框图；图10为实施例提及的永磁同步电机交轴电流iq为0，直轴电流id的给定为I0＝10A，Ih＝9A，ωh＝30Hz时直轴电流id的指令波形和响应波形图；图11为实施例提及的永磁同步电机交轴电流iq为0，直轴电流id的给定为I0＝10A，Ih＝9A，ωh＝30Hz时idc的响应波形和iL的计算波形图；图12为实施例提及的永磁同步电机交轴电流iq为0，直轴电流id的给定为I0＝10A，Ih＝9A，ωh＝30Hz时icap的计算波形、经过二阶广义积分器滤波后的直流母线电容电流信号中频率为2ωh的交流分量icap,2h和直流母线电压信号中频率为2ωh的交流分量udc,2h的波形图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术所述的电动汽车电驱动系统直流母线电容的准在线容值检测方法作进一步说明。实施例：下面结合图1～图12详细地说明本实施例。本实施例所述的电动汽车电驱动系统直流母线电容的准在线容值检测方法，适用于直流母线电容为薄膜电容且电动机为永磁同步电机的电动汽车电驱动系统；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电动汽车电驱动系统直流母线电容的准在线容值检测方法，其特征在于，所述准在线容值检测方法适用于直流母线电容为薄膜电容且电动机为永磁同步电机的电动汽车电驱动系统；所述准在线容值检测方法包括：步骤一、在电动汽车行驶过程中的暂时停车期，向永磁同步电机的直轴注入一掺杂有直流分量的低频交流电流信号；步骤二、根据永磁同步电机的三相电流信号和逆变器IGBT开关信号重构逆变器负载侧的母线输出电流信号，并根据逆变器负载侧的母线输出电流信号和逆变器直流侧的母线电流信号重构直流母线电容电流信号；步骤三、通过一阶高通滤波器提取直流母线电压信号，通过第一二阶广义积分器滤除直流母线电压信号中的直流分量，通过第二二阶广义积分器滤除直流母线电容电流信号中的直流分量；步骤四、通过第三二阶广义积分器和第四二阶广义积分器对滤除直流分量后的直流母线电压信号进行移相，通过第五二阶广义积分器和第六二阶广义积分器对滤除直流分量后的直流母线电容电流信号进行移相；步骤五、根据第三二阶广义积分器～第六二阶广义积分器的输出信号计算直流母线电容的容值。

【技术特征摘要】
1.电动汽车电驱动系统直流母线电容的准在线容值检测方法，其特征在于，所述准在线容值检测方法适用于直流母线电容为薄膜电容且电动机为永磁同步电机的电动汽车电驱动系统；所述准在线容值检测方法包括：步骤一、在电动汽车行驶过程中的暂时停车期，向永磁同步电机的直轴注入一掺杂有直流分量的低频交流电流信号；步骤二、根据永磁同步电机的三相电流信号和逆变器IGBT开关信号重构逆变器负载侧的母线输出电流信号，并根据逆变器负载侧的母线输出电流信号和逆变器直流侧的母线电流信号重构直流母线电容电流信号；步骤三、通过一阶高通滤波器提取直流母线电压信号，通过第一二阶广义积分器滤除直流母线电压信号中的直流分量，通过第二二阶广义积分器滤除直流母线电容电流信号中的直流分量；步骤四、通过第三二阶广义积分器和第四二阶广义积分器对滤除直流分量后的直流母线电压信号进行移相，通过第五二阶广义积分器和第六二阶广义积分器对滤除直流分量后的直流母线电容电流信号进行移相；步骤五、根据第三二阶广义积分器～第六二阶广义积分器的输出信号计算直流母线电容的容值。2.如权利要求1所述的电动汽车电驱动系统直流母线电容的准在线容值检测方法，其特征在于，步骤一通过在永磁同步电机的直轴电流环中引入比例谐振控制器的方式，将永磁同步电机的电流控制器自PI控制器修改为PIR控制器，并通过该电流控制器实现掺杂有直流分量的低频交流电流信号的注入；掺杂有直流分量的低频交流电流信号的表达式为：式中，为掺杂有直流分量的低频交流电流信号，I0为直流分量的幅值，Ih和ωh分别为低频交流电流信号的幅值和频率，I0>Ih>0；PIR控制器的表达式为：式中，Gc(s)为PIR控制器，Kp、Ki和Kc均为PIR控制器的控制参数。3.如权利要求2所述的电动汽车电驱动系统直流母线电容的准在线容值检测方法，其特征在于，步骤二重构的逆...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，杜博超，崔淑梅，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23