檢測逆變器系統內電力電纜的狀態的方法
【專利摘要】本發明提供一種檢測逆變器系統內電力電纜的狀態的方法，所述逆變器系統通過使用三相電力電纜將產生自逆變器的電力供應至電動機。所述方法包括：當第一周期到來時，計算所述第一周期的電流空間向量的位置；使用所計算的所述第一周期的電流空間向量的位置來計算第二周期的電流空間向量的預測位置；當所述第二周期到來時，計算所述第二周期的電流空間向量的實際位置；比較所計算的預測位置與實際位置；以及根據比較結果檢測所述三相電力電纜的狀態。
【專利說明】檢測逆變器系統內電力電纜的狀態的方法
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請根據35U. S. C. 119和35U. S. C. 365要求于2013年9月2日遞交的申請號為 10-2013-00104839的韓國專利申請的優先權，該專利申請的全部內容通過引用合并于此。
【技術領域】
[0003] 本公開涉及一種逆變器系統，而且更特別地，涉及一種檢測逆變器系統內電力電 纜的狀態的方法，該方法可W檢測將逆變器連接至電動機的高壓電纜的斷開。
【背景技術】
[0004] 作為用于環保車輛的電動機控制器的逆變器系統，其為起到將高壓直流值C)電 力轉換為用于控制電動機的交流（AC)或者DC電力的作用的電氣/電子組合件巧SA)或者 電氣/電子部件。因此，該逆變器系統是屬于車輛的電動機的重要部件。
[0005] 同樣地，永磁式電動機作為驅動單元而應用于環保車輛。作為驅動單元而應用于 環保車輛的電動機通過相電流進行驅動，該相電流自逆變器經由第一高壓電力電纜進行傳 輸，該逆變器通過控制器的脈沖寬度調制（PWM)信號將DC電壓轉換為H相電壓。
[0006] 而且，逆變器通過主繼電器的開/合將經由第二高壓電力電纜傳輸的DC鏈電壓轉 換為H相電壓。
[0007] 因此，如果將逆變器連接至電動機的第一電力電纜和將高壓電池連接至逆變器的 第二電力電纜中的任意一個分離，則電動機不能平穩地工作并且高電壓/電流將引入系 統，因而會出現損壞整個逆變器系統的致命缺陷。
[000引圖1示出根據現有技術的用于檢測逆變器系統內電力電纜分離的裝置。
[0009] 參照圖1，根據現有技術的用于檢測電力電纜的分離的裝置包括電力電纜10、連 接器20 W及傳感器30,傳感器30形成在電力電纜10和連接器20之間并且根據電力電纜 10與連接器20是否分離而傳輸信號。
[0010] 傳感器30連接至電力電纜10和連接器20之間（的接觸部分），并且根據電力電 纜10是否連接至連接器20而將數字信號傳輸至控制器。
[0011] 就是說，檢查電力電纜10是否分離的傳感器作為獨立硬件典型地安裝在電力電 纜10或者連接器20上，而電力電纜10是否分離通過使用從傳感器輸出的數字信號而實時 進行檢查。
[0012] 然而，由于上文描述的用于檢測電力電纜的分離的裝置通過使用硬件檢測電力電 纜是否分離，因而存在資金和空間的限制。
[0013] 同樣地，上文描述的用于檢測電力電纜的分離的裝置由于外界因素（例如振動） 而更容易失靈，并且該產生了威脅駕駛員安全的因素。
[0014] 近來，提供了一種通過使用軟件來檢測電力電纜的斷開的方法。
[0015] 圖2示出了當一般的電力電纜斷開時電流中的變化。
[001引參照圖2,當電力電纜被斷開時，電流發生變化，在此情形中，當兩相W上的相被斷 開時，H相電流全變成零，而當僅一相被斷開時，則僅被斷開的相（在圖2中為V相）的電 流變成零。因而，根據對于特定時間的電流強度和指令值之間是否存在較大的差或者電流 強度是否為零來確定斷開。
[0017] 然而，由于上文所描述的方法僅檢測電流強度，因而由于電動機的速度和采樣周 期而具有失靈的可能。
【發明內容】
[001引實施例提供了一種檢測逆變器系統內電力電纜的狀態的方法，該方法除了使用電 流強度之外，還可W通過使用電流的空間向量的大小來檢測電力電纜的狀態。
[0019] 通過本實施例實現的技術任務并不限于上文提及的技術任務，本領域技術人員通 過W下描述將能清楚地理解未提及的其它技術任務。
[0020] 在一個實施例中，一種檢測逆變器系統內電力電纜的狀態的方法，所述逆變器系 統通過使用H相電力電纜將產生自逆變器的電力供應至電動機，所述方法包括：當第一周 期到來時，計算第一周期的電流空間向量的位置；使用所計算的第一周期的電流空間向量 的位置來計算第二周期的電流空間向量的預測位置；當第二周期到來時，計算第二周期的 電流空間向量的實際位置；比較所計算的預測位置與實際位置；W及根據比較結果檢測H 相電力電纜的狀態。
[0021] 計算第一周期的電流空間向量的位置或者計算第二周期的電流空間向量的實際 位置可W包括；獲取相應周期的供應至電動機的H相電流值；使用所獲取的H相電流值來 計算定子的坐標系統的d軸電流和q軸電流；W及使用所計算的q軸電流與所計算的d軸 電流的比值W及反正切函數來計算電流空間向量的位置。
[0022] 計算第二周期的電流空間向量的預測位置可W包括：獲取電動機的旋轉速度；使 用電動機的旋轉速度來計算電流空間向量的旋轉速度；W及使用第一周期和第二周期之間 的采樣時間W及所計算的電流空間向量的旋轉速度來計算第二周期的電流空間向量的預 測位置。
[0023] 比較所計算的預測位置與實際位置可W包括；確定預測位置與實際位置之間的差 是否大于預設的參考值。
[0024] 檢測H相電力電纜的狀態可W包括：當預測位置與實際位置之間的差大于預設的 參考值時，檢查所獲取的第二周期的S相電流值；W及當檢查的S相電流值全部為零時，檢 測到H相電力電纜的兩相W上電力電纜被斷開。
[00巧]檢測H相電力電纜的狀態可W包括；當預測位置與實際位置之間的差大于預設的 參考值時，檢查第二周期的電流空間向量的實際位置；W及當所檢查的H相電流值全部為 零時，確定H相電力電纜的哪一相電力電纜被斷開。
[0026] 確定H相電力電纜的哪一相電力電纜被斷開可W包括；當第二周期的電流空間向 量的實際位置為90°或者-90°時，檢測到H相電力電纜的U相電力電纜被斷開；W及當第 二周期的電流空間向量的實際位置為-30°或者150°時，檢測到H相電力電纜的V相電力 電纜被斷開；W及當第二周期的電流空間向量的實際位置為30°或者-150°時，檢測到H 相電力電纜的W相電力電纜被斷開。
[0027] 根據實施例，通過使用電流的空間向量的大小而不是電流強度來檢測連接至電動 機的電力電纜的狀態，能夠顯著地降低通過反復的采樣操作檢測大小而導致的檢測錯誤概 率，并且通過快速檢測電力電纜是否斷開，能夠避免進一步嚴重的事故。
[002引一個W上實施例的細節在W下的附圖和說明書中列出。其它特征通過說明書和圖 中W及通過權利要求將是顯而易見的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029] 圖1示出根據現有技術的用于檢測逆變器系統內電力電纜的分離的裝置。
[0030] 圖2示出了當一般的電力電纜斷開時電流中的變化。
[0031] 圖3是根據一實施例的逆變器系統的示意圖。
[0032] 圖4示出根據一實施例的H相電流的空間向量。
[0033] 圖5示出了根據一實施例的當電力電纜的U相電纜斷開時H相電流的空間向量的 變化。
[0034] 圖6示出了根據一實施例的當電力電纜的V相電纜斷開時H相電流的空間向量的 變化。
[0035] 圖7示出了根據一實施例的當電力電纜的W相電纜斷開時H相電流的空間向量的 變化。
[0036] 圖8是根據一實施例的檢測逆變器系統內電力電纜的狀態的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0037] W下僅示出本發明的原理。因此，本領域的技術人員可W發明實現本發明原理的 且雖然未在說明書中清楚地示出或者描述但是包含在本發明的概念和范圍之內的各種裝 置。同樣地，在說明書中列舉的所有條件術語和實施例原則上僅僅旨在用于理解本發明的 概念的目的，因而，應當理解的是，本發明不限于特別列舉的實施例和狀態。
[003引同樣地，應當理解的是，列舉特定實施例的所有詳細描述W及本發明的原理、視圖 和實施例旨在包括他們結構上和功能上的等同。同樣地，該些等同應當理解為包括現在公 知的等同W及W后發展的等同，即，包括所發明的執行相同功能的所有元件而不考慮他們 的結構。
[0039] 圖3是根據一實施例的逆變器系統的示意圖。
[0040] 參照圖3,逆變器系統包括逆變器110、H相電力電纜120、傳感器130和控制單元 140，H相電力電纜120將經由逆變器110輸出的電力供應至電動機，傳感器獲取關于電動 機的運行狀態的信息，控制單元140控制逆變器110的操作、檢測H相電纜120的斷開和停 止逆變器110的操作。
[0041] 逆變器110布置在電動車輛上，因而將從布置在電動車輛內的電池（未示出）產 生的直流值C)電力轉換為H相交流（AC)電力。
[0042] 在此情況下，電池是高壓電池并且可W形成為一組多個單位電池（unit cell)。
[0043] 為了維持恒定電壓，多個單位電池可W由電池管理系統（未示出）來管理，并且電 池可W通過電池管理系統的控制而發出恒定電壓。
[0044] 而且，通過電池放電而輸出的電力被傳輸至逆變器110內的電容器。
[0045] 在此情況下，繼電器形成在電池和逆變器110之間，而且可W通過繼電器的操作 對供應至逆變器110的電力進行控制。
[0046] 就是說，當繼電器執行接通（0腳操作時，可W將來自電池的電力供應至逆變器 110,而當繼電器執行斷開（OF巧操作時，可W切斷至逆變器110的電力供應。
[0047] 逆變器110將供應至電池的DC電力轉換為AC電力并且將AC電力供應至電動機。
[0048] 在此情況下，通過逆變器110轉換的AC電力可W是H相電力。
[0049] 逆變器110包括W上所描述的電容器和多個絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)，該絕緣 柵雙極型晶體管根據由控制單元140施加的控制信號（W下將描述）來執行脈沖寬度調制 (PWM)切換，對由電池供應的電力進行相轉換并且將經相轉換的電力供應至電動機。
[0050] 電動機可W包括不旋轉并被固定的定子和旋轉的轉子。電動機接收通過逆變器 110供應的AC電力。
[0051] 舉例來說，電動機可W是H相電動機，并且當具有各相的電壓可變的/頻率可變 的AC電力施加至具有各相的定子的線圈時，轉子的旋轉速度依據所施加的頻率而變化。
[0052] 電動機可W包括感應電動機、無刷DC任LDC)電動機或者磁阻電動機。
[0053] 驅動齒輪（未示出）可W布置在電動機的一側上。驅動齒輪根據齒輪比對電動機 的轉動能進行轉換。從驅動齒輪輸出的轉動能被傳輸至前輪和/或后輪W使電動車輛能移 動。
[0054] 電力電纜120布置在逆變器110和電動機之間。電力電纜可W是H相電力電纜， 因而包括U相電纜、V相電纜和W相電纜。
[0055] 傳感器130獲取關于電動機的驅動狀態的信息。在此情況下，圖3示出的傳感器 130是速度傳感器。就是說，傳感器130布置在電動機的一側上并在電動機旋轉時檢測旋轉 速度。
[0056] 此外，在檢測到電動機的旋轉速度時，傳感器130將檢測到的旋轉速度傳輸至控 制單元140。
[0057] 而且，傳感器130可W包括電流傳感器。
[005引就是說，傳感器130可W包括布置在H相電力電纜120的每條輸出線上的并且獲 取H相電流的電流傳感器，該H相電力電纜120布置在逆變器110和電動機之間。
[0059] 因此，傳感器130檢測供應至電動機的H相電流值（U相電流值、V相電流值和W相 電流值）和電動機的旋轉速度，并將檢測到的值傳輸至控制單元140。
[0060] 控制單元140控制逆變器110的全部操作。
[0061] 例如，控制單元140使用供應至電動機的電流（H相電流）來計算一個值W操 作電動機，并且根據所計算出的值生成用于控制逆變器的切換信號（例如，構造逆變器的 IGBT的切換信號）。
[0062] 因此，逆變器110根據通過控制單元140生成的切換信號來選擇性地執行0N/0FF 操作并且將從電池供應的DC電力轉換為AC電力。
[0063] 控制單元140使用通過傳感器130傳輸的H相值和旋轉速度來檢測電力電纜120 的狀態。
[0064] 此外，在電力電纜120發生問題（例如，斷開、分離或者連接失敗）時，由于通過逆 變器110而轉換的AC電力沒有被供應至電動機，所W控制單元140會顯著地影響電動車輛 的行駛。
[006引因此，控制單元140檢測電力電纜120是否被斷開，并且在檢測到電力電纜120斷 開時，控制單元140切斷至電動機的AC電力供應。
[0066] W下詳細描述由控制單元140執行的檢測電力電纜120斷開的操作。
[0067] 圖4示出了根據一實施例的H相電流的空間向量，圖5示出了根據一實施例的當 電力電纜的U相電纜斷開時H相電流的空間向量的變化，圖6示出了根據一實施例的當電 力電纜的V相電纜斷開時H相電流的空間向量的變化，圖7示出了根據一實施例的當電力 電纜的W相電纜斷開時H相電流的空間向量的變化。
[006引參照圖4至圖7描述由控制單元140執行的檢測電力電纜120斷開的操作。
[0069] 首先，描述電動機的速度和電流的空間向量的速度之間的關系。
[0070] 在H相電流通過電力電纜120被供應至電動機時，電動機具有轉矩并因而旋轉。
[0071] 在此情況下，當電動機是同步電動機時，電流的空間向量的旋轉速度與電動機的 旋轉速度相同，而當電動機是異步電動機時，電流的空間向量的旋轉速度與電動機的旋轉 速度明顯不同。
[0072] 因此，當知道電動機的旋轉速度時，也能夠獲得電流的空間向量的速度。
[0073] 在該個示例中，空間向量意指在3D坐標系統中的電流向量。
[0074] 就是說，參照圖4,彼此間具有120°機械差（mechanical difference)的H相繞 組被布置在電動機上，而且彼此間具有120°的電相位差的H相電流在H相繞組上流動。然 后，通過H相電流流動形成磁場，而磁場被稱為空間向量。
[0075] 在此情況下，當正常的H相電流持續流動時，電流的空間向量旋轉。
[0076] 然而，當H相電流異常地流動時，電流的空間向量不旋轉，而是變化為交替地出現 在特定位置（其可W被稱為角度）。
[0077] 換言之，當假設第N次采樣所獲得的電流空間向量的位置如圖4中所示時，則在正 常的H相電流流動時，第化1個電流空間向量的位置按照圖4中的箭頭方向進行旋轉。在 此情況下，空間向量的旋轉速度會受到電動機的旋轉速度影響。例如，當第N個電流空間向 量的位置為20°并且電動機的旋轉速度為A時，第化1個周期的電流空間向量的位置通過 反映第N個周期和第化1個周期之間的時間差W及電動機的旋轉速度而按照箭頭方向進行 旋轉。
[007引然而，當H相電流異常地流動（例如，電力電纜被斷開）時，則不能執行對應于反 映角度的電流空間向量的旋轉。因此，在正常情況下，根據電動機的速度和采樣時間，當前 周期的電流空間向量的位置和下一個周期的電流空間向量的位置之間具有特定間隔，但在 異常情況下，當前周期的電流空間向量的位置和下一個周期的電流空間向量的位置之間并 無關系。
[0079] 因此，控制單元140計算當前周期的電流空間向量的位置，并且根據所計算的當 前周期的電流空間向量的位置來預測下一個周期的電流空間向量在何處。可W通過使用采 樣時間和電動機的速度來執行預測方法。
[0080] W下詳細地提供相關的描述。
[0081] 首先，控制單元140使用通過傳感器130獲得的H相值來計算定子坐標系統的d 軸電流和q軸電流。
[0082] 如下為計算d軸電流id和q軸電流i。的方法。
[008引為了計算d軸電流和q軸電流，首先建立向量id。，
[0084] 向量id。可W通過下面的公式1來計算：
[00財 < 公式1〉
【權利要求】
1. 一種檢測逆變器系統內電力電纜的狀態的方法，所述逆變器系統通過使用三相電力 電纜將產生自逆變器的電力供應至電動機，所述方法包括： 當第一周期到來時，計算所述第一周期的電流空間向量的位置； 使用所計算的所述第一周期的電流空間向量的位置來計算第二周期的電流空間向量 的預測位置； 當所述第二周期到來時，計算所述第二周期的電流空間向量的實際位置； 比較所計算的預測位置與所述實際位置；以及 根據比較結果檢測所述三相電力電纜的狀態。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，計算所述第一周期的電流空間向量的位置或者 計算所述第二周期的電流空間向量的實際位置包括： 獲取相應周期的供應至所述電動機的三相電流值； 使用所獲取的三相電流值來計算定子的坐標系統的d軸電流和q軸電流；以及 使用所計算的q軸電流與所計算的d軸電流的比值以及反正切函數來計算電流空間向 量的位置。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中，計算所述第二周期的電流空間向量的預測位置 包括： 獲取所述電動機的旋轉速度； 使用所述電動機的旋轉速度來計算所述電流空間向量的旋轉速度；以及 使用所述第一周期和所述第二周期之間的采樣時間以及所計算的電流空間向量的旋 轉速度來計算所述第二周期的電流空間向量的預測位置。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中，比較所計算的預測位置與所述實際位置包括：確 定所述預測位置與所述實際位置之間的差是否大于預設的參考值。
5. 根據權利要求4所述的方法，其中，檢測所述三相電力電纜的狀態包括： 當所述預測位置與所述實際位置之間的差大于所述預設的參考值時，檢查所獲取的所 述第二周期的三相電流值；以及 當檢查的三相電流值全部為零時，檢測到所述三相電力電纜的兩相以上電力電纜被斷 開。
6. 根據權利要求4所述的方法，其中，檢測所述三相電力電纜的狀態包括： 當所述預測位置與所述實際位置之間的差大于所述預設的參考值時，檢查所述第二周 期的電流空間向量的實際位置；以及 當檢查的三相電流值全部為零時，確定所述三相電力電纜的哪一相電力電纜被斷開。
7. 根據權利要求6所述的方法，其中，確定所述三相電力電纜的哪一相電力電纜被斷 開包括： 當所述第二周期的電流空間向量的實際位置為90°或者-90°時，檢測到所述三相電 力電纜的u相電力電纜被斷開；以及 當所述第二周期的電流空間向量的實際位置為-30°或者150°時，檢測到所述三相 電力電纜的v相電力電纜被斷開；以及 當所述第二周期的電流空間向量的實際位置為30°或者-150°時，檢測到所述三相 電力電纜的w相電力電纜被斷開。
【文檔編號】G01R31/08GK104422850SQ201410444143
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月2日 優先權日:2013年9月2日
【發明者】姜溶鎮 申請人:Ls產電株式會社
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
