实时在线估算电机转子温度的方法、系统、车辆及计算机可读存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种实时在线估算电机转子温度的方法、系统、车辆及计算机可读存储介质，首先判断系统是否上电，然后根据电机实际转速、转矩判断电机实时工作状态。其次根据电机运行状态估算电机转子温度值，接下来判断电机转子温度修正条件决定对其值进行更新，从而消除积分累计误差。最后判断系统下电条件对修正后的转子温度进行非遗失性存储，以便系统再次上电后能够估算出电机转子初始温度。本发明专利技术提高了电机在复杂运行工况下转子温度在线估算的准确性。

Method, System, Vehicle and Computer Readable Storage Medium for Real-time On-line Estimation of Motor Rotor Temperature

【技术实现步骤摘要】
实时在线估算电机转子温度的方法、系统、车辆及计算机可读存储介质
本专利技术属于汽车电机
，具体涉及一种实时在线估算电机转子温度的方法、系统、车辆及计算机可读存储介质。
技术介绍
永磁同步电机以其高能量密度、高效率等优点在电动车上获得了广泛应用，其转子磁场强度随温度升高而线性减弱，随温度降低后又线性增强。在永磁同步电机控制中，获取转子温度具有非常重要的意义，一方面随着转子温度升高，永磁同步电机转矩输出能力与精度下降，造成整车性能控制偏差；另一方面当永磁同步电机转子温度过高且超过某一临界温度时，转子磁钢会发生不可逆退磁现象，对永磁同步电机造成使用风险。目前永磁同步电机转子磁钢温度主要使用基于硬件的温度传感器采集方案，由于永磁同步电机工作时转子处于旋转状态，需要对电机结构进行改制并加装滑环或无线温度采集系统来满足转子温度信号的可靠性传送，这样不仅增加了电机系统制造成本，而且复杂结构带来更高的系统故障率。现有转子温度估算方法是利用试验测试转子温度与定子温度的对应关系，再通过系数拟合查表获得转子温升。然而，现有转子温度估算技术通常忽略实际工作中电机变负载运行以及环境温度对定子温度变化带来的动态影响，造成转子温升的计算偏差，从而影响电机工作性能。因此，有必要开发一种实时在线估算电机转子温度的方法、系统、车辆及计算机可读存储介质。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种实时在线估算电机转子温度的方法、系统、车辆及计算机可读存储介质，能提高电机在复杂运行工况下转子温度在线估算的准确性。本专利技术所述的实时在线估算电机转子温度的方法，包括以下步骤：步骤1、系统上电；步骤2、判断电机的工况，若电机处于自然冷却状态，则查询当前环境温度下自然冷却条件下的转子温度数值曲线，获得系统上电时的转子初始温度Tr_init；若电机处于运行状态，则估算电机运动状态下的当前时刻电机转子温度Tr2；Tr2＝Tr1+ΔTr；其中：Tr1为前一时刻电机转子温度；ΔTr为采样周期内转子温度变化值；Cs为电机定子比热容；Ms为电机定子质量；Ts1为前一时刻电机定子温度；Ts2为当前时刻电机定子温度；Pw为冷却液循环带走的功率损耗；Ps_air为通过定子表面耗散到空气中的功率损耗；Pr_air为通过转子表面耗散到空气中的功率损耗；Δt为采样单位时间；Cr为电机转子比热容；Mr为电机转子质量；步骤3、判断条件a至条件c是否同时满足，条件a、ncal_1≤|nmot|≤ncal_2；条件b、|Tmot_trq|≤Tcal；条件c、Δψmot≤Δψcal；其中：ncal_1为电机转速低限制标定值；nmot为电机实际转速；ncal_2为电机转速高限制标定值；Tmot_trq为电机实际扭矩；Tcal为电机转矩限制标定值；Δψmot为采样周期内电机实际磁链变化率；Δψcal为电机磁链变化率限制标定值；若条件a至条件c不同时满足，则对Tr2不进行修正，判断系统是否下电，若否，则进入步骤2，若是，则存储Tr2；若条件a至条件c同时满足，则计算出电机实际磁链ψmot，并查询电机转子修正温度与磁链的对应关系，得到电机转子修正温度Tr_upd，并令电机运动状态下的当前时刻电机转子温度Tr2等于Tr_upd；判断系统是否下电，若否，则返回步骤2；若是，则存储修正后的Tr2。进一步，所述步骤2中，在计算ΔTr时，其中的Pw、Ps_air和Pr_air之和通过查系统冷却损耗功率数值模型得到，所述系统冷却损耗功率数值模型为系统总冷却损耗功率Pcool_loss(ΔTs/Δt)与电机定子温度变化率ΔTs之间的对应关系(参加图3)。进一步，所述系统冷却损耗功率数值模型的构建方法：首先对系统总冷却损耗功率Pcool_loss(ΔTs/Δt)进行能量等效转换，即令：Pcool_loss(ΔTs/Δt)＝Pw+Ps_air+Pr_air；然后以不同恒定负载工况下转子温度估算值与转子温度实测值的误差为依据，通过计算机仿真反复优化与标定得到系统总冷却损耗功率Pcool_loss(ΔTs/Δt)与电机定子温度变化率ΔTs的对应关系，直到不同环境温度变化负载工况下转子温度估算精度满足要求。进一步，所述电机实际磁链ψmot的计算方法如下：其中：EΦ为相电势幅值；ωmot为电角频率；Emot为线电势有效值；nmot为电机实际转速；pmot为电机极对数。进一步，所述步骤2中，若电机处于自然冷却状态，则查询当前环境温度下自然冷却条件下的转子温度数值曲线，获得系统上电时的转子初始温度Tr_init，具体为：读取系统上次下电时存储到电机控制器的转子温度、电池控制系统发送的停机时长tstop以及整车控制器发送的环境温度Tevir；然后查询电机转子自然冷却数值模型中对应环境温度自然冷却条件下的转子温度数值曲线，根据系统上次下电时记录的转子温度，找到该温度对应时间点t0并加上停机时长tstop，查询时间点(t0+tstop)的温度值，即获得系统上电时的转子初始温度Tr_init。进一步，若电机转子自然冷却数值模型中未包含有环境温度Tevir的环境温度自然冷却条件下的转子温度数值曲线，则以该环境温度Tevir的相邻温度来查询，得到当前环境温度对应相邻环境温度点下的转子初始温度T1、T2，并通过Tr_init＝λT1+(1-λ)T2计算出该环境温度Tevir下的转子初始温度Tr_init；其中：λ为拟合系数。进一步，若系统停机时长tstop大于等于自然冷却到环境温度的热平衡时长，则该转子初始温度Tr_init为环境温度Tevir。本专利技术所述的一种实时在线估算电机转子温度的系统，包括电机控制器和存储器，所述存储器用于存储数据；所述电机控制器被编程以便执行如本专利技术所述的实时在线估算电机转子温度的方法的步骤。本专利技术所述的一种车辆，包括如本专利技术所述的实时在线估算电机转子温度的系统。本专利技术所述的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如本专利技术所述的实时在线估算电机转子温度的方法的步骤。本专利技术具有以下优点：(1)本方法考虑了实际工作中电机变负载运行以及环境温度对定子温度变化带来的动态影响，故提高了电机在复杂工况下转子温度在线估算的准确性，从而提高了电机的工作性能。(2)建立电机系统各关键热节点功率损耗与系统总冷却损耗功率的等效转换，并在不同恒定负载工况下利用计算机仿真对定子各温度变化率对应的系统总冷却损耗功率进行优化与标定，然后通过变负载工况下转子温度估算精度来判定是否需要对系统总冷却功率损耗数值模型继续调优。(3)通过试验测试构建转子温度与磁链密度对应的修正模型，并在电机转矩、转速以及磁链变化率均满足一定条件时，通过查询修正模型获得转子温度修正值，并对转子温度估算模型产生的累计误差进行更新修正。附图说明图1为本专利技术中电机系统运行状态下各关键热节点能量流模型；图2为本专利技术中电机转子自然冷却数值模型；图3为本专利技术中系统总冷却损耗功率数值模型；图4为本专利技术中系统总冷却损耗功率数值模型优化流程；图5为本专利技术中电机转子温度修正数值模型；图6为本专利技术中全工况下电机转子温度方法的流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图6所示，一种实时在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实时在线估算电机转子温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、系统上电；步骤2、判断电机的工况，若电机处于自然冷却状态，则查询当前环境温度下自然冷却条件下的转子温度数值曲线，获得系统上电时的转子初始温度Tr_init；若电机处于运行状态，则估算电机运动状态下的当前时刻电机转子温度Tr2；Tr2＝Tr1+ΔTr；

【技术特征摘要】
1.一种实时在线估算电机转子温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、系统上电；步骤2、判断电机的工况，若电机处于自然冷却状态，则查询当前环境温度下自然冷却条件下的转子温度数值曲线，获得系统上电时的转子初始温度Tr_init；若电机处于运行状态，则估算电机运动状态下的当前时刻电机转子温度Tr2；Tr2＝Tr1+ΔTr；其中：Tr1为前一时刻电机转子温度；ΔTr为采样周期内转子温度变化值；Cs为电机定子比热容；Ms为电机定子质量；Ts1为前一时刻电机定子温度；Ts2为当前时刻电机定子温度；Pw为冷却液循环带走的功率损耗；Ps_air为通过定子表面耗散到空气中的功率损耗；Pr_air为通过转子表面耗散到空气中的功率损耗；Δt为采样单位时间；Cr为电机转子比热容；Mr为电机转子质量；步骤3、判断条件a至条件c是否同时满足，条件a、ncal_1≤|nmot|≤ncal_2；条件b、|Tmot_trq|≤Tcal；条件c、Δψmot≤Δψcal；其中：ncal_1为电机转速低限制标定值；nmot为电机实际转速；ncal_2为电机转速高限制标定值；Tmot_trq为电机实际扭矩；Tcal为电机转矩限制标定值；Δψmot为采样周期内电机实际磁链变化率；Δψcal为电机磁链变化率限制标定值；若条件a至条件c不同时满足，则对Tr2不进行修正，判断系统是否下电，若否，则进入步骤2，若是，则存储Tr2；若条件a至条件c同时满足，则计算出电机实际磁链ψmot，并查询电机转子修正温度与磁链的对应关系，得到电机转子修正温度Tr_upd，并令电机运动状态下的当前时刻电机转子温度Tr2等于Tr_upd；判断系统是否下电，若否，则返回步骤2；若是，则存储修正后的Tr2。2.根据权利要求1所述的实时在线估算电机转子温度的方法，其特征在于：所述步骤2中，在计算ΔTr时，其中的Pw、Ps_air和Pr_air之和通过查系统冷却损耗功率数值模型得到，所述系统冷却损耗功率数值模型为系统总冷却损耗功率Pcool_loss(ΔTs/Δt)与电机定子温度变化率ΔTs之间的对应关系。3.根据权利要求2所述的实时在线估算电机转子温度的方法，其特征在于：所述系统冷却损耗功率数值模型的构建方法：首先对系统总冷却损耗功率Pcool_loss(ΔTs/Δt)进行能量等效转换，即令：Pcool_loss(ΔTs/Δt)＝Pw+Ps_air+Pr_air；然后以不同恒定负载工况下转子温度估算值与转子温度实...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭志远，杜长虹，周安健，马永泉，陈健，金国庆，周洪波，王世锋，
申请(专利权)人：重庆长安新能源汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50