[发明专利]一种具有寿命预测功能的电动汽车电机驱动系统

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车电机驱动系统。

背景技术

一般电动汽车电机驱动系统由电机、逆变器、电机控制器、电机控制电源、直流母线传感器、交流电流传感器、电机位置或速度传感器、逆变器温度传感器、电机温度传感器构成。其中，电机控制器包括中央处理器、多路模拟信号调理与采集单元以及一些外围处理电路构成，电机控制算法、PWM信号产生以及系统保护等由中央处理器完成，从而将电能转换为机械能驱动汽车前进。

与普通工业应用电机驱动系统不同，为满足电动汽车的需求，电动汽车电机驱动系统功率密度大(＞1.2kW/kg)、工况转换频繁、工作环境恶劣(高温可达125℃、强振动可达10g)，这意味着组成车用电机驱动系统的成百上千个机械零件、电子元器件工作在高温、高载荷且多变化的工况下，零件易产生疲劳损坏、器件易老化。

一般电动汽车电机驱动系统的硬件由电机、逆变器、电机控制器、电机控制电源、直流母线传感器、交流电流传感器、电机位置或速度传感器、逆变器温度传感器、电机温度传感器等构成，图1为典型的电动汽车电机驱动系统结构示意图。其中电机控制器2与整车控制器1通讯，采集来自直流母线电压传感器3、电机交流电流传感器41和42、电机位置传感器5、逆变器温度传感器6和电机温度传感器7的信号，在电机控制器2中进行电机控制算法计算、状态保护等处理，最后发出PWM信号控制逆变器8；逆变器8主要由直流母线支撑电容81、IGBT开关82和导电母线排83构成，其作用是将直流电转换为三相交流电提供给电机9；电机9由转子91、定子92、定子电枢93、轴承94以及机座95构成，它将电能转换为机械能驱动电动汽车运行。

在电动汽车电机驱动系统中，电机控制器如图2所示：包括中央处理器21、多路模拟信号调理与采集电路22以及一些外围处理电路24构成，电机控制算法、PWM信号产生以及系统保护等由中央处理器21完成。

研究表明，逆变器直流母线支撑电容、IGBT、电机绕组绝缘故障以及电机轴承故障是电动汽车电机驱动系统的主要故障，这些器件、子系统所承受的热应力是寿命缩短的主要因素。

不具有寿命预测功能的电机驱动系统，由于没有采集运行过程中电机控制器的各种参数，不能真实地了解系统运行过程中所承受的各种应力，不能有效地发现系统的薄弱环节，不利于控制器故障的诊断和故障数据的积累；同时，也使得驾驶员不能够很好的了解系统的可使用寿命。

发明内容

针对以上不具有寿命预测功能电动汽车电机驱动系统存在的一些缺陷，本发明的目的是使电动汽车电机驱动系统除具备正常的电机驱动功能外，还可以预测系统的寿命。具备寿命预测功能的电动汽车电机驱动系统可以使电动汽车驾驶员得到提示，以便及时处理可能出现的后果；另一方面，还可以利用记录的寿命信息来改进系统设计。

本发明采用以下技术方案：

本发明在现有技术电动汽车电机驱动系统埋设逆变器温度传感器和电机温度传感器：除原有的逆变器温度传感器和电机温度传感器外，还在逆变器直流母线电容附近、IGBT散热器附近以及电机电枢槽内固定温度传感器；在电机控制器的多路模拟信号调理与采集单元中增加模拟通道用于上述温度信号采集处理，同时增加EEPROM用于记录有关数据。

在电机控制器中央处理器软件流程中，在系统初始化模块后加入电机驱动系统寿命预测相关参数预设置模块，在这个模块中电机驱动系统寿命预测相关参数由外部输入，存储在EEPROM内；在启动信号环节后设置“工作模式”与“寿命预测模式”判断，使电动汽车电机驱动系统根据外部输入工作在两种模式：

(1)当电动汽车运行时，使电动汽车驱动系统工作在“正常工作模式”中，中央处理器除保持原有的电机驱动控制算法模块外，在流程中增加电机驱动系统寿命预测相关的信号采集与处理模块，采集直流母线电容温度传感器信号、IGBT模块温度传感器信号、电机定子电枢温度信号以及直流母线电压信号，处理得到直流母线电容的平均温度、纹波电流，IGBT平均温度、最高温度、最低温度，以及电机定子绕组平均温度，将相关信息写入EEPROM；