用于实施补救性电短路的系统和方法技术方案

车辆包括多相永磁同步电机、DC和AC总线、电池模块、牵引功率逆变器模块（TPIM）和控制器。与TPIM通信的控制器执行检测故障情况的方法，将电机的全部相的脉宽调制（PWM）占空比固定为50%，以使全部相同步地切换，并响应于检测的故障情况将多相断开状态应用到AC总线。通过在计算的递进持续时间上，在TPIM的每次PWM切换转换处自动地插入可调的死区时间，由此从初始死区时间转换到最小死区时间，控制器随后转换到多相短路状态。在该故障情况期间，该转换降低电机的负直轴电流的峰值超调。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】车辆包括多相永磁同步电机、DC和AC总线、电池模块、牵引功率逆变器模块（TPIM）和控制器。与TPIM通信的控制器执行检测故障情况的方法，将电机的全部相的脉宽调制（PWM）占空比固定为50%，以使全部相同步地切换，并响应于检测的故障情况将多相断开状态应用到AC总线。通过在计算的递进持续时间上，在TPIM的每次PWM切换转换处自动地插入可调的死区时间，由此从初始死区时间转换到最小死区时间，控制器随后转换到多相短路状态。在该故障情况期间，该转换降低电机的负直轴电流的峰值超调。【专利说明】
本专利技术涉及。
技术介绍
内置永磁(IPM)同步电机通常在混合动力电动和电池电动车辆中被用作牵引电动机。IPM同步电机经由DC电源(通常为可充电电池模块)与电流控制的电压源逆变器一起来供能。然而，这种电机的转子中使用的永磁体会使电动机控制器对检测到的电动机或驱动系统故障所作的响应复杂化。例如，在较高的电动机速度下，旋转的磁体可能在电动机的定子线圈中产生反电动势(EMF)电压。如果电压逆变器内的开关管响应于检测到的故障而临时性失效，则反EMF电压可引起逆变器内的二极管导通，由此允许电流朝向电池模块回流。这样的电流情况通常称为“不可控发电”(UCG)状态。UCG状态特征可包括，存在相对大量的作用在该电机上的再生制动扭矩，以及相当大的电流传导回到电池模块。为了对抗该结果，IPM类型同步电机的控制器可执行(针对示例的三相机器)三相短路(SHORT)，作为故障情况的补救措施。电压逆变器的半导体开关被同步地接通，以引起三相短路，这反过来阻止电流流向电池模块或从电池模块流动。在较高的发动机速度下，制动扭矩相对较低，这对于牵引驱动应用是有利的。在三相短路操作期间，电机阻抗将限制电动机电流。另外，对于大多数电动机速度，定子电流接近电机的特征电流。然而，虽然三相短路仍然为可行的故障响应，但是用于实施三相短路的传统方法仍不理想。
技术实现思路
本文公开了一种系统，其包括多相永磁同步电机、DC总线、AC总线、DC电压源(t匕如电池组或燃料电池)、功率逆变器模块(PM)和控制器。PM经由DC总线电连接到DC电压源，并经由AC总线电连接到电机。PIM包括一组半导体开关，其经由控制器被致动，以将AC电压转变为DC电压，且反之亦然。控制器与PM通信，且配置为检测系统中的故障情况。当检测到时，控制器则将电机全部相的脉宽调制(PWM)占空比固定为50%，以使全部相同步地切换。控制器响应于检测的故障情况将多相断开(OPEN)状态应用到AC总线，并通过在计算的递进持续时间(ramp duration)上自动地在PIM的每次PWM切换转换处插入可调的死区时间而转换到多相短路状态。以此方式，在计算的递进持续时间上，控制器从计算的初始死区时间向最小死区时间转换。在该故障情况期间，该转换降低电机的负直轴电流(negative d-axis current)的峰值超调。本文还公开了用于在车辆中实施上述多相短路的方法，所述车辆具有电动机驱动系统，该系统使用IPM类型的牵引电动机和牵引功率逆变器模块(TPIM)。另外，公开了一种车辆，其包括控制器、三相永磁同步电机(其形式为具有负直轴电流的牵引电动机)和行星齿轮组(联接到电机的输出构件，并接收来自牵引电动机的电动机扭矩)。该车辆还包括DC和AC总线、DC电源和TPM，所述TPM经由DC总线电连接到DC电源，并经由AC总线电连接到牵引电动机。TPM包括一组半导体开关，其被控制以将AC电压转变为DC电压，且反之亦然。控制器配置为执行上述方法。如本文所公开的，本专利技术的所有实施例使用在本文中称为智能死区时间转换或IDT的方法，以提供向多相短路状态的递进的转换(ramped transition),并由此将上述类型的任何直轴电流超调最小化。该受控的转换在多相断开和多相短路状态之间实现。在这样的转换期间，脉宽调制(PWM)经由P頂被采用，其方式使得，P頂的所有相桥臂以50%占空比操作。经由控制器动态地调节PM的死区时间，以提供从断开状态向短路状态的有效的转换。一旦完成转换，则应用可靠的(solid)多相短路。在本控制方法的最基本的实施中，不要求反馈传感器，尽管这样的传感器可被用在其他实施例中以提高性能。本专利技术的上述特征和优势及其他特征和优势将在结合附图时，从用于实施本专利技术的最佳模式的以下详细描述显而易见。【专利附图】【附图说明】图1是具有多相电机、功率逆变器模块和控制器的示例车辆的示意图，所述控制器实施如前所述的车辆上的多相短路状态。图2A是振幅时间图，其显示了近似完全断开状态情况的最大死区时间。图2B是示例波形的振幅时间图，其描述了足以产生大约50%六阶梯电压的死区时间。图2C是示例波形的振幅时间图，该波形具有模拟短路状态情况的最小死区时间。图3是振幅时间图，其通过示例电压/速度对描述了直轴电流超调与上升时间。图4A和4B是示出了图1的车辆中实现死区时间控制的时间图。图5A和5B是示出了当速度传感器出故障或不可用时，实现图1的车辆中死区时间控制的时间图。图6是用于在图1的车辆10中实施三相短路的示例方法的流程图。【具体实施方式】参考附图，图1中示意性地显示了示例车辆10。车辆10包括第一和第二电动机/发电机单元16和26。MGU16和26都是牵引电动机形式的多相内置永磁体(IPM)电机。MGU16、26应根据该实施例而额定为大约60-300VAC或更大。MGU16和26经由电动机控制器40控制，所述电动机控制器例如为混合动力控制模块或电动机控制模块，其选择性地执行体现方法100的代码，方法100的一个示例在图5中被显示，且在下文更详细地描述。方法100的执行使得控制器40响应于检测到驱动系统中的电故障、过速和/或其他故障，选择性地将三相短路应用到车辆10的AC总线15。尽管此后为了说明的一致性而描述了三相短路，但本方法可应用到任何多相电机，例如五相电机。在车辆10的驱动系统中存在多种可被检测到的可能类型的故障情况，例如转子位置、电流和/或电压传感器故障或性能故障，例如过载电流或超速，所有这些可通过控制器40监测。在图1中示出的非限制性示例实施例中，车辆10还包括内燃发动机12和具有至少一个齿轮组30的变速器22。DC电池模块20或其他合适的DC电压源，例如燃料电池，经由DC总线17和牵引功率逆变器模块(TPM) 18被电连接到第一和第二 MGU16、26。可任选的减振/输入离合器14可被用来选择性地将发动机12从传动系断开，例如在自动停车事件之后的发动机12重启期间。发动机12的输出轴13连接到第一 MGU16，使得当发动机12运行时，第一 MGU16经由发动机扭矩被供能，且可被用来产生电动机扭矩，该电动机扭矩可转而根据变速器运行模式用来推进车辆10或为电池模块20再充电。第二 MGU26可被用来驱动车辆10或为电池模块20充电，而与发动机12的状态无关。车辆10的其他实施例可被设想具有仅一个MGU16或26，具有或不具有发动机12，而不脱离预期的专利技术范围。然而为了说明的一致性，此后将仅描述图1的两个电动机的配置。图1的示例性实施例中所示的行星齿轮组30可包括第一、第二和第三节点32、34和36。如本领本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，包括：多相永磁体同步电机，其具有负直轴电流；DC总线；AC总线；DC电源；功率逆变器模块（PIM），其经由DC总线电连接到DC电源，并经由AC总线电连接到该电机，其中PIM包括一组半导体开关，所述一组半导体开关被控制以将AC电压转变为DC电压，且反之亦然；和控制器，其与PIM通信，该控制器配置为：检测系统中的故障情况；确定初始死区时间；将电机的全部相的脉宽调制（PWM）占空比设置为50%，以使全部相同步地切换；响应于检测到的故障情况，将多相断开状态应用到AC总线；和通过在计算的递进持续时间上，在PIM的每次PWM切换转换处自动地插入可调的死区时间，由此在计算的递进持续时间上从初始死区时间转换到最小死区时间，转换到作为补救措施的多相短路状态；其中，在检测的故障情况期间，该转换降低牵引电动机的负直轴电流的峰值超调。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：SE舒尔茨，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US