王满粮
佛山市顺德区金泰德胜电机有限公司
摘要：文章首先浅谈过电流保护的内涵，其次分条列举了电机控制器过电流故障的主要成因，较为详细的分析了过电流故障的防护措施。希望与同行分享技术经验，促进电机控制器的安全、有效运行过程。
关键词：电机;控制器;过电流保护;方法分析
引言
随着能源危机的日益加剧和环境压力的增加,电动汽车代替传统的燃油汽车已经成为一个必然的趋势。电驱动系统是电动汽车的心脏,是提高电动汽车的驱动性能、行驶里程及可靠性的根本保证,电机控制器是电驱动系统的关键部件,在复杂极限路况下使电机控制器内部的电流、电压值可能达到所设定的值,内部的元器件承受能力有限,尤其是对功率模块的损害巨大,需要对其采取相应的措施。其中过电流故障是电动车电机控制器的常见故障,主要是突变性和峰值性的电流值,该故障的保护在电机控制器中极其重要。
目前电机控制器过电流保护一般可通过延长加速时间和减速时间,减少负载突变,加强绝缘水平,外加能耗制动元件、EMC滤波器。下面从电机控制器产生过电流的原因、电流值的信号检测、采样、硬件保护电路和软件保护策略角度对该电机控制器进行过电流分析和保护。
1概述
当电路中的电流超过额定限值时，促使保护装置产生动作的一类保护形式，被叫做过电流保护。过电流保护以短路保护、过载保护为主，前者特征是整定电流较大、瞬时动作，后者整定电流偏孝反限时动作。短路是电力系统中常见故障类型，形成短路时故障点电流很大，很可能破坏系统完整性并降低其运行稳定性，故而在系统中增设过电流保护具有很大现实意义。
2过电流故障成因
过电流故障是电动车电机控制器的常见故障,主要是突变性和峰值性的电流值,一般表现为:
(1)电动汽车电机控制器输出端三相线出现短路,导致过电流;
(2)电动车出现冲击负载或者电动车爬坡出现驱动电机堵转时,导致驱动电机的两相长时间接通,相线电感饱和,导致过电流;
(3)电动车急加速(急刹车)时,车子本身负载惯性较大,升速(降速)时间设定太短,电机控制器的工作频率上升太快,同步电机的转速迅速上升(下降),同步电机原来处于转子产生的磁场与定子产生的旋转磁场同步,当出现急加速(急刹车)时,电机的转子转速因惯性较大,转子速度仍处于高速旋转,转子产生的磁场与定子的旋转磁场出现转差过大,导致绕组切割磁感线太快,产生过大的感应电动势,导致产生过电流;
(4)电机控制器的控制电路遭到电磁干扰,导致控制信号错误,速度反馈信号丢失或非正常时,也会引起过电流;
(5)短时间内IGBT电流值变化过大也会导致过电流;如瞬时断电,电流产生尖峰,导致IGBT过电流;电机控制器复位后再起动造成过电流。
电机控制器过电流主要是加减速时间太短、负载发生突变、电压过低或过高、断相、短路、漏电流、电磁干扰及电机控制器内部元件故障等引起。
3过电流保护方法分析
3.1硬件检测与保护
加强对硬件电路过电流情况的保护，有益于提高电机汽车反应的敏捷性。且在检测与收集电流信号指标、及实现电机控制器功率保护等方面也体现出一定效能。针对控制器的电流检测，一般是在电流传感器检测母线及相线电流。
3.2软件策略及保护
在软件系统与相配套程序的协助下，能实现对控制器过电流故障对应数据的深度分析，进而对不同运行状态下的故障信号实施有效处置措施，在电控制器内，故障安全保护装置应用分级处理模式，实现对多类别信号的整体采集，并对其所处级别做出规划，以保证处置措施的有效性，进一步维护控制器功能安全性与电机汽车运行安稳性。
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在实现对控制器有效保护后，需采用有关方法保证电动汽车运行的安稳性。在关闭、断离部分构件时，通常会形成一个毫秒级别的时间隔期，以上过程中当电流信号降至安全范畴中时，ICBT将会再次接通，以上动作一方面实现了对元器件功能的有效维护，另一方面也保证汽车退出过电流状态后，能顺利的进入至正常运转模式中。
电路系统经由过滤波、紧紧尾随和差分能获取IA-DSP，该电流信号被采集后，将会经由模数处理被转换，并整合至DSP内，被平滑处理后，转型为电路运行期间的现实数值，此时电路检修人员就可依此为据，实现对过电流故障的有效判断。
本文主要对该软件保护程序，在如下几种过电流故障处理过程中的应用做出探究:
(1)电流控制器运作过程中，由于载荷量过大，而形成的过电流故障。在对以上过电流保护期间，可结合驱动电机及其负载性能指标，明确电流限值Ilm，若检测到的电流值＞Ilm，建议通过降低控制器运行频率(fX)的形式，直至电流值＜fX再将其复位至额定值。针对电动汽车爬坡时出现堵转的过电流故障，也可采用以上方法及相应流程去解除。
(2)针对电动汽车瞬间加速或刹车的情况，可采用拖延加速或刹车时间的方法，实现降低电流指标的目标，但如果存在大于设计过电流值Ilm的情况，则建议维持控制器工作频率fX的相对恒定性。带电流指标＜fX时，再对控制器运行频率fX实施提升措施，以全面保证电机控制器运作过程的安全性、可靠性。
(3)由于电动汽车高压部件较多，零部件的设计和工艺水平差异较大，加之高压线遍布整车，导致整车电磁电磁环境较差。首先，对CAN线的屏蔽层工艺要求应高，CAN通讯线应使用双绞屏蔽线，连接各CAN终端的屏蔽层必须相连，并且CAN屏蔽层应单点接地。有些CAN终端设备要求CAN线屏蔽层接入终端内部，应确保屏蔽层连接良好。其次，高压线也是产生电磁干扰的重要来源，高压线与CAN线在平线布置时必须取保一定距离，当无法避免的交叉布置时，也要尽量90度布置。再次，DCDC转换器的降压模块会产生强大的电磁干扰，必须确保其壳体良好搭铁，并保证壳体与车身之间电阻小于0.1Ω。最后，是增大电机控制器输入端滤波电容容量和在电机控制器直流输入端并联容量大的电容，抑制传导性电磁干扰的主要措施。
(4)整车控制策略应根据不同的电池特性和放电平台，设置制动再生回馈的进入门限，以磷酸铁锂动力电池为例，荷电状态SOC＞95%或动力电池总电压超过设定值或单体电池电压超过3.55V或单体电池最高温度超过60℃，电机控制器不应进入制动再生回溃优化动力电池的电池管理系统控制策略，在关闭主接触器前，须向整车控制器提出请求，在请求期间内不应断开主接触器直至达到规定时间，以便整车控制器作出相应的控制策略。
结语
通过对电机控制器过流保护情况进行分析，发现优化过电流故障的原因繁多。故此为实现对故障的有效处理，保证控制器运行安稳性，促进电动汽车平稳运行过程，应加强对相关数据信息的检测、收集与处理，从硬件电路与软件管理措施两方面出发，以实现对电路系统中过电流的有效保护，进而获得预期的处理效益。
参考文献
［1］刘云楷，邵昌尧，李杰，等．智能安防机器人控制系统设计与研究［J］．电子测量技术，2019，17(04):25-29．
［2］张浩．电动汽车电机控制器的电源完整性分析［J］．电子与封装，2019，19(02):42-44．
［3］宋国清，何元庆，李跃刚，李彦武．一种三相异步电动机保护控制器的研制［J］．山东工业技术，2016，23(12):185-157．
［4］陈清泉,孙逢春,祝嘉光.现代电动汽车技术[M].北京:北京理工大学出版社,2002.
［5］陈清泉.环境保护和电动车的开发[J]江苏机械制造与自动化，2000，(1):3-7.
论文作者:王满粮
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：电流论文; 控制器论文; 电机论文; 故障论文; 电路论文; 信号论文; 电动汽车论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;