检测逆变器系统内电力电缆的状态的方法
【专利摘要】本发明提供一种检测逆变器系统内电力电缆的状态的方法，所述逆变器系统通过使用三相电力电缆将产生自逆变器的电力供应至电动机。所述方法包括：当第一周期到来时，计算所述第一周期的电流空间向量的位置；使用所计算的所述第一周期的电流空间向量的位置来计算第二周期的电流空间向量的预测位置；当所述第二周期到来时，计算所述第二周期的电流空间向量的实际位置；比较所计算的预测位置与实际位置；以及根据比较结果检测所述三相电力电缆的状态。
【专利说明】检测逆变器系统内电力电缆的状态的方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请根据35U. S. C. 119和35U. S. C. 365要求于2013年9月2日递交的申请号为 10-2013-00104839的韩国专利申请的优先权，该专利申请的全部内容通过引用合并于此。
【技术领域】
[0003] 本公开涉及一种逆变器系统，而且更特别地，涉及一种检测逆变器系统内电力电 缆的状态的方法，该方法可W检测将逆变器连接至电动机的高压电缆的断开。
【背景技术】
[0004] 作为用于环保车辆的电动机控制器的逆变器系统，其为起到将高压直流值C)电 力转换为用于控制电动机的交流（AC)或者DC电力的作用的电气/电子组合件巧SA)或者 电气/电子部件。因此，该逆变器系统是属于车辆的电动机的重要部件。
[0005] 同样地，永磁式电动机作为驱动单元而应用于环保车辆。作为驱动单元而应用于 环保车辆的电动机通过相电流进行驱动，该相电流自逆变器经由第一高压电力电缆进行传 输，该逆变器通过控制器的脉冲宽度调制（PWM)信号将DC电压转换为H相电压。
[0006] 而且，逆变器通过主继电器的开/合将经由第二高压电力电缆传输的DC链电压转 换为H相电压。
[0007] 因此，如果将逆变器连接至电动机的第一电力电缆和将高压电池连接至逆变器的 第二电力电缆中的任意一个分离，则电动机不能平稳地工作并且高电压/电流将引入系 统，因而会出现损坏整个逆变器系统的致命缺陷。
[000引图1示出根据现有技术的用于检测逆变器系统内电力电缆分离的装置。
[0009] 参照图1，根据现有技术的用于检测电力电缆的分离的装置包括电力电缆10、连 接器20 W及传感器30,传感器30形成在电力电缆10和连接器20之间并且根据电力电缆 10与连接器20是否分离而传输信号。
[0010] 传感器30连接至电力电缆10和连接器20之间（的接触部分），并且根据电力电 缆10是否连接至连接器20而将数字信号传输至控制器。
[0011] 就是说，检查电力电缆10是否分离的传感器作为独立硬件典型地安装在电力电 缆10或者连接器20上，而电力电缆10是否分离通过使用从传感器输出的数字信号而实时 进行检查。
[0012] 然而，由于上文描述的用于检测电力电缆的分离的装置通过使用硬件检测电力电 缆是否分离，因而存在资金和空间的限制。
[0013] 同样地，上文描述的用于检测电力电缆的分离的装置由于外界因素（例如振动） 而更容易失灵，并且该产生了威胁驾驶员安全的因素。
[0014] 近来，提供了一种通过使用软件来检测电力电缆的断开的方法。
[0015] 图2示出了当一般的电力电缆断开时电流中的变化。
[001引参照图2,当电力电缆被断开时，电流发生变化，在此情形中，当两相W上的相被断 开时，H相电流全变成零，而当仅一相被断开时，则仅被断开的相（在图2中为V相）的电 流变成零。因而，根据对于特定时间的电流强度和指令值之间是否存在较大的差或者电流 强度是否为零来确定断开。
[0017] 然而，由于上文所描述的方法仅检测电流强度，因而由于电动机的速度和采样周 期而具有失灵的可能。
【发明内容】
[001引实施例提供了一种检测逆变器系统内电力电缆的状态的方法，该方法除了使用电 流强度之外，还可W通过使用电流的空间向量的大小来检测电力电缆的状态。
[0019] 通过本实施例实现的技术任务并不限于上文提及的技术任务，本领域技术人员通 过W下描述将能清楚地理解未提及的其它技术任务。
[0020] 在一个实施例中，一种检测逆变器系统内电力电缆的状态的方法，所述逆变器系 统通过使用H相电力电缆将产生自逆变器的电力供应至电动机，所述方法包括：当第一周 期到来时，计算第一周期的电流空间向量的位置；使用所计算的第一周期的电流空间向量 的位置来计算第二周期的电流空间向量的预测位置；当第二周期到来时，计算第二周期的 电流空间向量的实际位置；比较所计算的预测位置与实际位置；W及根据比较结果检测H 相电力电缆的状态。
[0021] 计算第一周期的电流空间向量的位置或者计算第二周期的电流空间向量的实际 位置可W包括；获取相应周期的供应至电动机的H相电流值；使用所获取的H相电流值来 计算定子的坐标系统的d轴电流和q轴电流；W及使用所计算的q轴电流与所计算的d轴 电流的比值W及反正切函数来计算电流空间向量的位置。
[0022] 计算第二周期的电流空间向量的预测位置可W包括：获取电动机的旋转速度；使 用电动机的旋转速度来计算电流空间向量的旋转速度；W及使用第一周期和第二周期之间 的采样时间W及所计算的电流空间向量的旋转速度来计算第二周期的电流空间向量的预 测位置。
[0023] 比较所计算的预测位置与实际位置可W包括；确定预测位置与实际位置之间的差 是否大于预设的参考值。
[0024] 检测H相电力电缆的状态可W包括：当预测位置与实际位置之间的差大于预设的 参考值时，检查所获取的第二周期的S相电流值；W及当检查的S相电流值全部为零时，检 测到H相电力电缆的两相W上电力电缆被断开。
[00巧]检测H相电力电缆的状态可W包括；当预测位置与实际位置之间的差大于预设的 参考值时，检查第二周期的电流空间向量的实际位置；W及当所检查的H相电流值全部为 零时，确定H相电力电缆的哪一相电力电缆被断开。
[0026] 确定H相电力电缆的哪一相电力电缆被断开可W包括；当第二周期的电流空间向 量的实际位置为90°或者-90°时，检测到H相电力电缆的U相电力电缆被断开；W及当第 二周期的电流空间向量的实际位置为-30°或者150°时，检测到H相电力电缆的V相电力 电缆被断开；W及当第二周期的电流空间向量的实际位置为30°或者-150°时，检测到H 相电力电缆的W相电力电缆被断开。
[0027] 根据实施例，通过使用电流的空间向量的大小而不是电流强度来检测连接至电动 机的电力电缆的状态，能够显著地降低通过反复的采样操作检测大小而导致的检测错误概 率，并且通过快速检测电力电缆是否断开，能够避免进一步严重的事故。
[002引一个W上实施例的细节在W下的附图和说明书中列出。其它特征通过说明书和图 中W及通过权利要求将是显而易见的。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1示出根据现有技术的用于检测逆变器系统内电力电缆的分离的装置。
[0030] 图2示出了当一般的电力电缆断开时电流中的变化。
[0031] 图3是根据一实施例的逆变器系统的示意图。
[0032] 图4示出根据一实施例的H相电流的空间向量。
[0033] 图5示出了根据一实施例的当电力电缆的U相电缆断开时H相电流的空间向量的 变化。
[0034] 图6示出了根据一实施例的当电力电缆的V相电缆断开时H相电流的空间向量的 变化。
[0035] 图7示出了根据一实施例的当电力电缆的W相电缆断开时H相电流的空间向量的 变化。
[0036] 图8是根据一实施例的检测逆变器系统内电力电缆的状态的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0037] W下仅示出本发明的原理。因此，本领域的技术人员可W发明实现本发明原理的 且虽然未在说明书中清楚地示出或者描述但是包含在本发明的概念和范围之内的各种装 置。同样地，在说明书中列举的所有条件术语和实施例原则上仅仅旨在用于理解本发明的 概念的目的，因而，应当理解的是，本发明不限于特别列举的实施例和状态。
[003引同样地，应当理解的是，列举特定实施例的所有详细描述W及本发明的原理、视图 和实施例旨在包括他们结构上和功能上的等同。同样地，该些等同应当理解为包括现在公 知的等同W及W后发展的等同，即，包括所发明的执行相同功能的所有元件而不考虑他们 的结构。
[0039] 图3是根据一实施例的逆变器系统的示意图。
[0040] 参照图3,逆变器系统包括逆变器110、H相电力电缆120、传感器130和控制单元 140，H相电力电缆120将经由逆变器110输出的电力供应至电动机，传感器获取关于电动 机的运行状态的信息，控制单元140控制逆变器110的操作、检测H相电缆120的断开和停 止逆变器110的操作。
[0041] 逆变器110布置在电动车辆上，因而将从布置在电动车辆内的电池（未示出）产 生的直流值C)电力转换为H相交流（AC)电力。
[0042] 在此情况下，电池是高压电池并且可W形成为一组多个单位电池（unit cell)。
[0043] 为了维持恒定电压，多个单位电池可W由电池管理系统（未示出）来管理，并且电 池可W通过电池管理系统的控制而发出恒定电压。
[0044] 而且，通过电池放电而输出的电力被传输至逆变器110内的电容器。
[0045] 在此情况下，继电器形成在电池和逆变器110之间，而且可W通过继电器的操作 对供应至逆变器110的电力进行控制。
[0046] 就是说，当继电器执行接通（0脚操作时，可W将来自电池的电力供应至逆变器 110,而当继电器执行断开（OF巧操作时，可W切断至逆变器110的电力供应。
[0047] 逆变器110将供应至电池的DC电力转换为AC电力并且将AC电力供应至电动机。
[0048] 在此情况下，通过逆变器110转换的AC电力可W是H相电力。
[0049] 逆变器110包括W上所描述的电容器和多个绝缘栅双极型晶体管（IGBT)，该绝缘 栅双极型晶体管根据由控制单元140施加的控制信号（W下将描述）来执行脉冲宽度调制 (PWM)切换，对由电池供应的电力进行相转换并且将经相转换的电力供应至电动机。
[0050] 电动机可W包括不旋转并被固定的定子和旋转的转子。电动机接收通过逆变器 110供应的AC电力。
[0051] 举例来说，电动机可W是H相电动机，并且当具有各相的电压可变的/频率可变 的AC电力施加至具有各相的定子的线圈时，转子的旋转速度依据所施加的频率而变化。
[0052] 电动机可W包括感应电动机、无刷DC任LDC)电动机或者磁阻电动机。
[0053] 驱动齿轮（未示出）可W布置在电动机的一侧上。驱动齿轮根据齿轮比对电动机 的转动能进行转换。从驱动齿轮输出的转动能被传输至前轮和/或后轮W使电动车辆能移 动。
[0054] 电力电缆120布置在逆变器110和电动机之间。电力电缆可W是H相电力电缆， 因而包括U相电缆、V相电缆和W相电缆。
[0055] 传感器130获取关于电动机的驱动状态的信息。在此情况下，图3示出的传感器 130是速度传感器。就是说，传感器130布置在电动机的一侧上并在电动机旋转时检测旋转 速度。
[0056] 此外，在检测到电动机的旋转速度时，传感器130将检测到的旋转速度传输至控 制单元140。
[0057] 而且，传感器130可W包括电流传感器。
[005引就是说，传感器130可W包括布置在H相电力电缆120的每条输出线上的并且获 取H相电流的电流传感器，该H相电力电缆120布置在逆变器110和电动机之间。
[0059] 因此，传感器130检测供应至电动机的H相电流值（U相电流值、V相电流值和W相 电流值）和电动机的旋转速度，并将检测到的值传输至控制单元140。
[0060] 控制单元140控制逆变器110的全部操作。
[0061] 例如，控制单元140使用供应至电动机的电流（H相电流）来计算一个值W操 作电动机，并且根据所计算出的值生成用于控制逆变器的切换信号（例如，构造逆变器的 IGBT的切换信号）。
[0062] 因此，逆变器110根据通过控制单元140生成的切换信号来选择性地执行0N/0FF 操作并且将从电池供应的DC电力转换为AC电力。
[0063] 控制单元140使用通过传感器130传输的H相值和旋转速度来检测电力电缆120 的状态。
[0064] 此外，在电力电缆120发生问题（例如，断开、分离或者连接失败）时，由于通过逆 变器110而转换的AC电力没有被供应至电动机，所W控制单元140会显著地影响电动车辆 的行驶。
[006引因此，控制单元140检测电力电缆120是否被断开，并且在检测到电力电缆120断 开时，控制单元140切断至电动机的AC电力供应。
[0066] W下详细描述由控制单元140执行的检测电力电缆120断开的操作。
[0067] 图4示出了根据一实施例的H相电流的空间向量，图5示出了根据一实施例的当 电力电缆的U相电缆断开时H相电流的空间向量的变化，图6示出了根据一实施例的当电 力电缆的V相电缆断开时H相电流的空间向量的变化，图7示出了根据一实施例的当电力 电缆的W相电缆断开时H相电流的空间向量的变化。
[006引参照图4至图7描述由控制单元140执行的检测电力电缆120断开的操作。
[0069] 首先，描述电动机的速度和电流的空间向量的速度之间的关系。
[0070] 在H相电流通过电力电缆120被供应至电动机时，电动机具有转矩并因而旋转。
[0071] 在此情况下，当电动机是同步电动机时，电流的空间向量的旋转速度与电动机的 旋转速度相同，而当电动机是异步电动机时，电流的空间向量的旋转速度与电动机的旋转 速度明显不同。
[0072] 因此，当知道电动机的旋转速度时，也能够获得电流的空间向量的速度。
[0073] 在该个示例中，空间向量意指在3D坐标系统中的电流向量。
[0074] 就是说，参照图4,彼此间具有120°机械差（mechanical difference)的H相绕 组被布置在电动机上，而且彼此间具有120°的电相位差的H相电流在H相绕组上流动。然 后，通过H相电流流动形成磁场，而磁场被称为空间向量。
[0075] 在此情况下，当正常的H相电流持续流动时，电流的空间向量旋转。
[0076] 然而，当H相电流异常地流动时，电流的空间向量不旋转，而是变化为交替地出现 在特定位置（其可W被称为角度）。
[0077] 换言之，当假设第N次采样所获得的电流空间向量的位置如图4中所示时，则在正 常的H相电流流动时，第化1个电流空间向量的位置按照图4中的箭头方向进行旋转。在 此情况下，空间向量的旋转速度会受到电动机的旋转速度影响。例如，当第N个电流空间向 量的位置为20°并且电动机的旋转速度为A时，第化1个周期的电流空间向量的位置通过 反映第N个周期和第化1个周期之间的时间差W及电动机的旋转速度而按照箭头方向进行 旋转。
[007引然而，当H相电流异常地流动（例如，电力电缆被断开）时，则不能执行对应于反 映角度的电流空间向量的旋转。因此，在正常情况下，根据电动机的速度和采样时间，当前 周期的电流空间向量的位置和下一个周期的电流空间向量的位置之间具有特定间隔，但在 异常情况下，当前周期的电流空间向量的位置和下一个周期的电流空间向量的位置之间并 无关系。
[0079] 因此，控制单元140计算当前周期的电流空间向量的位置，并且根据所计算的当 前周期的电流空间向量的位置来预测下一个周期的电流空间向量在何处。可W通过使用采 样时间和电动机的速度来执行预测方法。
[0080] W下详细地提供相关的描述。
[0081] 首先，控制单元140使用通过传感器130获得的H相值来计算定子坐标系统的d 轴电流和q轴电流。
[0082] 如下为计算d轴电流id和q轴电流i。的方法。
[008引为了计算d轴电流和q轴电流，首先建立向量id。，
[0084] 向量id。可W通过下面的公式1来计算：
[00财 < 公式1〉
【权利要求】
1. 一种检测逆变器系统内电力电缆的状态的方法，所述逆变器系统通过使用三相电力 电缆将产生自逆变器的电力供应至电动机，所述方法包括： 当第一周期到来时，计算所述第一周期的电流空间向量的位置； 使用所计算的所述第一周期的电流空间向量的位置来计算第二周期的电流空间向量 的预测位置； 当所述第二周期到来时，计算所述第二周期的电流空间向量的实际位置； 比较所计算的预测位置与所述实际位置；以及 根据比较结果检测所述三相电力电缆的状态。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述第一周期的电流空间向量的位置或者 计算所述第二周期的电流空间向量的实际位置包括： 获取相应周期的供应至所述电动机的三相电流值； 使用所获取的三相电流值来计算定子的坐标系统的d轴电流和q轴电流；以及 使用所计算的q轴电流与所计算的d轴电流的比值以及反正切函数来计算电流空间向 量的位置。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述第二周期的电流空间向量的预测位置 包括： 获取所述电动机的旋转速度； 使用所述电动机的旋转速度来计算所述电流空间向量的旋转速度；以及 使用所述第一周期和所述第二周期之间的采样时间以及所计算的电流空间向量的旋 转速度来计算所述第二周期的电流空间向量的预测位置。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中，比较所计算的预测位置与所述实际位置包括：确 定所述预测位置与所述实际位置之间的差是否大于预设的参考值。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，检测所述三相电力电缆的状态包括： 当所述预测位置与所述实际位置之间的差大于所述预设的参考值时，检查所获取的所 述第二周期的三相电流值；以及 当检查的三相电流值全部为零时，检测到所述三相电力电缆的两相以上电力电缆被断 开。
6. 根据权利要求4所述的方法，其中，检测所述三相电力电缆的状态包括： 当所述预测位置与所述实际位置之间的差大于所述预设的参考值时，检查所述第二周 期的电流空间向量的实际位置；以及 当检查的三相电流值全部为零时，确定所述三相电力电缆的哪一相电力电缆被断开。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，确定所述三相电力电缆的哪一相电力电缆被断 开包括： 当所述第二周期的电流空间向量的实际位置为90°或者-90°时，检测到所述三相电 力电缆的u相电力电缆被断开；以及 当所述第二周期的电流空间向量的实际位置为-30°或者150°时，检测到所述三相 电力电缆的v相电力电缆被断开；以及 当所述第二周期的电流空间向量的实际位置为30°或者-150°时，检测到所述三相 电力电缆的w相电力电缆被断开。
【文档编号】G01R31/08GK104422850SQ201410444143
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2013年9月2日
【发明者】姜溶镇 申请人:Ls产电株式会社
