估計驅動電機的溫度的系統和方法與流程

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本發明涉及一種用于估計驅動電機的溫度的系統和方法，更具體地，涉及如下一種用于估計驅動電機的溫度的系統和方法，其通過在執行驅動電機的零電流控制時使用反電動勢來估計驅動電機的溫度。

背景技術：

通常，被稱為環保車輛的混合動力車輛或電動車輛可以通過由電能產生扭矩的電機(以下稱為“驅動電機”)來驅動。

混合動力車輛在電動車輛(EV)模式或混合電動車輛(HEV)模式下行駛，所述電動車輛(EV)模式是僅使用來自驅動電機的功率的純電動車輛模式，所述混合電動車輛(HEV)模式使用發動機的扭矩和驅動電機的扭矩兩者。

通常，電動車輛使用驅動電機的扭矩來行駛。作為用于環保車輛的動力源的驅動電機，通常使用永磁同步電機(PMSM)。該永磁同步電機具有定子、設置為與定子之間具有預定空氣間隙的轉子、以及安裝到轉子上的永磁體。

根據將永磁體安裝到轉子的方法，永磁同步電機包括兩種類型：表面永磁電機(SPMM)，在其中永磁體被安裝在轉子的表面上；以及內置式永磁同步電機(IPMSM)，在其中永磁體被嵌入轉子中。

電感特性和永磁體的磁通特性被環境溫度和驅動電機根據行駛條件產生的熱量而改變。當電感特性和永磁體的磁通特性發生改變時，驅動電機的扭矩控制性能惡化。

因此，為了表現出最佳的動力性能和行駛性能，需要根據驅動電機的溫度變化來補償扭矩變化。

此外，當驅動電機的溫度超過預定基準溫度時，應該執行用于保護驅動電機的相關部件的控制邏輯。

為此，在現有技術中，通過設置在驅動電機中的額外的溫度傳感器(例如，負溫度系數(NTC)熱敏電阻或正溫度系數(PTC)熱敏電阻來測量驅動電機的溫度。

然而，由于額外的溫度傳感器應該設置在驅動電機中，車輛的總體制造成本增加。

上述在背景技術部分公開的信息僅用于增強對本發明的背景技術的理解，因此它可能包含不構成在該國中本領域技術人員已知的現有技術的信息。

技術實現要素：

本發明提供一種用于估計驅動電機的溫度的系統和方法，其能夠在不使用額外的溫度傳感器的情況下，通過控制邏輯估計驅動電機的溫度。

根據本發明的示例性實施例的一種用于估計驅動電機的溫度的系統可以包括：驅動電機，其產生驅動扭矩；檢測器，其檢測驅動電機的d軸電壓、q軸電壓、d軸電流和q軸電流；以及控制器，其根據檢測器檢測到的d軸電流和q軸電流來確定驅動電機的零電流控制是否被執行，根據檢測器檢測到的d軸電壓和q軸電壓來計算驅動電機的空載反電動勢，將空載反電動勢轉換成相對于基準轉速的反電動勢，根據相對于基準轉速的反電動勢和基準反電動勢來計算驅動電機的溫度變化，并且估計驅動電機的溫度。

零電流控制期間的空載反電動勢可以通過公式計算，其中ω是驅動電機的轉速，是負載磁鏈。

零電流控制期間的空載反電動勢可以通過公式計算，其中ω是驅動電機的轉速，是空載磁鏈。

相對于基準轉速的反電動勢可以通過公式計算，其中E_預定是空載反電動勢的相對于基準轉速的反電動勢，E₀是驅動電機的空載反電動勢。

驅動電機的溫度變化可以通過公式E_預定＝E_std×(1-0.0011×ΔT)計算，其中E_預定是空載反電動勢的相對于基準轉速的反電動勢，E_std是在室溫和基準轉速下的反電動勢。

根據本發明的另一示例性實施例的一種用于估計驅動電機的溫度的方法包括：由檢測器檢測驅動電機的控制電壓和控制電流；由控制器根據控制電流來確定驅動電機是否處于零電流控制下；當驅動電機的零電流控制被執行時，由控制器根據控制電壓來計算驅動電機的空載反電動勢；以及由控制器根據空載反電動勢來估計驅動電機的溫度。

零電流控制期間的空載反電動勢可以通過公式計算，其中ω是驅動電機的轉速，是負載磁鏈。

零電流控制期間的空載反電動勢可以通過公式計算，其中ω是驅動電機的轉速，是空載磁鏈。

估計驅動電機的溫度的步驟可以包括，將空載反電動勢轉換為相對于基準轉速的反電動勢；根據上述反電動勢和基準反電動勢來計算驅動電機的溫度變化；以及根據溫度變化和基準溫度來計算驅動電機的溫度。

空載反電動勢轉換成相對于基準轉速的反電動勢可以通過公式計算，其中E_預定是空載反電動勢的相對于基準轉速的反電動勢，E₀是驅動電機的空載反電動勢。

上述方法還可以包括以下步驟，當驅動電機的溫度高于預定溫度時，執行用于保護驅動電機的保護邏輯。

一種包含由處理器執行的程序指令的非暫時性計算機可讀介質可以包括：檢測驅動電機的控制電壓和控制電流的程序指令；根據控制電流來確定驅動電機是否處于零電流控制下的程序指令；當驅動電機的零電流控制被執行時，根據控制電壓來計算驅動電機的空載反電動勢的程序指令；以及根據空載反電動勢來估計驅動電機的溫度的程序指令。

根據本發明的示例性實施例，由于驅動電機的溫度是通過控制邏輯來測量的而無需使用額外的溫度傳感器，因此可以降低車輛的制造成本。

附圖說明

附圖用于在描述本發明的示例性實施例時作為參考，所以不應該解釋為本發明的技術精神限于這些附圖。

圖1是示出根據本發明的示例性實施例的用于估計驅動電機的溫度的系統的方框圖。

圖2是示出根據本發明的示例性實施例的用于估計驅動電機的溫度的方法的流程圖。

具體實施方式

下面將參考附圖更全面地描述本發明，在這些附圖中示出了本發明的示例性實施例。本領域技術人員將意識到，可以以多種不同的方式修改所描述的實施例，而均不偏離本發明的精神或范圍。

在描述本發明時，與該描述不相關的部分/零件將被省略。在整個說明書中，相同的附圖標記一般指代相同的元件。

此外，為了更好的理解和便于描述，在附圖中所示的每個配置的大小和厚度是任意顯示的，但是本發明不限于此。在附圖中，為了清晰，層、膜、板、區域等的厚度是放大的。

在此使用的術語只是出于描述特定實施例的目的，并非意圖限制本發明。如在此使用的，單數形式“一”、“一個/一種”以及“該/所述”意在也包括復數形式，除非上下文另行清楚地指出。還應當理解，當在本說明書中使用時，術語“包括”和/或“包含”指明所敘述的特征、整數、步驟、操作、元素和/或部件的存在，但不排除存在或增加一個或多個其他特征、整數、步驟、操作、元素、部件和/或它們的群組。如在此使用的，術語“和/或”包括所列出的相關項目中的一個或多個的任何組合以及全部組合。在整個說明書中，除非明確地相反描述，否則詞語“包括”及其變形例如“包括”或“包含”應理解為暗示包括所敘述的元素但不排除任何其他元素。此外，說明書中描述的術語“單元”、“部/器/件(-er)(-or)”、“模塊”是指用于處理至少一個功能和操作的單元，并且能夠通過硬件、軟件或其組合來實現。

應當理解，在此使用的術語“車輛”或“車輛的”或者其他類似的術語包括一般機動車輛，例如客運汽車(包括運動型多功能車輛(SUV))、公共汽車、卡車、各種商用車輛、水運工具(包括各種艇和船)、飛機等，并且包括混合動力車輛、電動車輛、插電式混合動力電動車輛、氫動力車輛和其他替代燃料車輛(例如，從石油以外的資源得到的燃料)。如在此提到的，混合動力車輛是具有兩個或更多個動力源的車輛，例如，既有汽油動力又有電動力的車輛。

此外，本發明的控制邏輯可以被實施為計算機可讀介質上的非暫時性計算機可讀介質，其包含由處理器、控制器等執行的可執行程序指令。計算機可讀介質的示例包括但不限于ROM、RAM、光盤(CD)-ROM、磁帶、軟盤、閃存盤、智能卡和光學數據存儲設備。計算機可讀記錄介質也可以分布在聯網的計算機系統中，使得以分布式方式由例如遠程服務器或控制器局域網絡(CAN)存儲和執行計算機可讀介質。

下文中，將參考附圖詳細描述估計驅動電機的溫度的系統。

圖1是示出根據本發明的示例性實施例的用于估計驅動電機的溫度的系統的方框圖。

如圖1所示，根據本發明的示例性實施例的用于估計驅動電機的溫度的系統包括：驅動電機10，其產生驅動扭矩；檢測器20，其檢測驅動電機10的控制電壓和控制電流；以及控制器30，其根據驅動電機10的線電壓來估計驅動電機10的溫度。

檢測器20檢測驅動電機10的控制電壓(d軸電壓、q軸電壓)和控制電流(d軸電流、q軸電流)，并將控制電壓和控制電流供給到控制器30。

控制器30優選是由預定程序執行的至少一個微處理器和/或包括該微處理器的硬件。預定程序可以由一系列指令構成，這些指令執行下文描述的根據本發明的示例性實施例的用于估計驅動電機的溫度的方法。

當驅動電機10的零電流控制被執行時，控制器30根據驅動電機10的線電壓來計算空載反電動勢，將空載反電動勢轉換成相對于基準轉速的反電動勢，并且根據相對于基準轉速的反電動勢和基準反電動勢來估計驅動電機10的溫度變化。

具體地，當驅動電機10的零電流控制被執行時，控制器30可以通過下述過程計算驅動電機10的反電動勢。

驅動電機10的線電壓可以根據以下公式計算。

(公式1)

這里，V_a是驅動電機10的線電壓，V_d是驅動電機10的d軸電壓，V_q是驅動電機10的q軸電壓，R_a是驅動電機10的相電阻，i_d是驅動電機10的d軸電流，ω是驅動電機10的轉速，L_q是驅動電機10的q軸電感，i_q是驅動電機10的q軸電流，以及是驅動電機10的空載磁鏈(即，空載磁鏈是由永磁體引起的磁鏈，或是當沒有供給d軸電流和q軸電流時的磁鏈)。

當驅動電機10的零電流控制被執行時，d軸電流和q軸電流為零。因此，驅動電機10的線電壓可以表示為如下公式2。

(公式2)

這里，V_a是驅動電機10的線電壓，V_d是驅動電機10的d軸電壓，V_q是驅動電機10的q軸電壓，ω是驅動電機10的轉速，是驅動電機10的空載磁鏈(即，空載磁鏈是指由驅動電機的永磁體引起的磁鏈)，是驅動電機10的負載磁鏈(即，負載磁鏈是指由場磁體和電樞的合成引起的磁鏈，或者是當將d軸電流和q軸電流供給到驅動電機時的磁鏈)，以及E₀是驅動電機的反電動勢。

當驅動電機10的零電流控制被執行時，d軸電流和q軸電流為零。因此，負載磁鏈和空載磁鏈具有相同的值。

控制器30將公式2計算得到的驅動電機10的空載反電動勢轉換成相對于基準轉速的反電動勢。如果假設基準轉速為1000RPM，則空載反電動勢可以通過下述公式3轉換成相對于基準轉速的反電動勢。

(公式3)

$<mrow> <msub> <mi>E</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>000</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>E</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>×</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>000</mn> </mrow> <mrow> <mi>R</mi> <mi>P</mi> <mi>M</mi> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>$

這里，E₀是驅動電機10的反電動勢，以及E_1,000是E₀轉換成相對于基準轉速1000RPM的電壓。

如上所述，在驅動電機10的反電動勢被轉換成相對于基準轉速的反電動勢之后，可以通過轉換后的電壓和基準反電動勢之間的關系來估計驅動電機10的溫度變化。轉換后的電壓與基準反電動勢之間的關系表示為下述公式4。

(公式4)

E_1,000＝E_std×(1-0.0011×ΔT)

這里，E_1,000是E₀轉換成相對于基準轉速1000RPM的電壓，E_std是基準反電動勢，以及ΔT是驅動電機10的溫度變化。上述基準反電動勢是在室溫(25攝氏度)和1000RPM時的驅動電機10的反電動勢。

公式4是通過實驗確定的。當驅動電機10的規格被確定時，相對于基準溫度(25攝氏度)和基準轉速(1000RPM)的E_std被確定。

通過將公式4計算得到的驅動電機10的溫度變化補償到室溫(25攝氏度)來估計驅動電機10的當前溫度。例如，當公式4計算得到的ΔT是5攝氏度時，通過將ΔT(5攝氏度)加上基準溫度(25攝氏度)得到驅動電機10的當前溫度30攝氏度。

在下文中，將參考附圖詳細地描述根據本發明的示例性實施例的用于估計驅動電機的溫度的方法。

圖2是示出根據本發明的示例性實施例的用于估計驅動電機的溫度的方法的流程圖。

如圖2所示，在步驟S10中，檢測器20檢測驅動電機10的控制電壓(d軸電壓和q軸電壓)和控制電流(d軸電流和q軸電流)。

在步驟S20中，控制器30根據檢測器20檢測到的控制電流(d軸電流和q軸電流)來確定驅動電機10的零電流控制是否被執行。

在步驟S30中，當驅動電機10的零電流控制被執行時，控制器30根據檢測器20檢測到的控制電壓(d軸電壓和q軸電壓)來計算驅動電機10的空載反電動勢。驅動電機10的反電動勢可以根據公式2計算。