[發明專利]監測電動機驅動電路的接地隔離損失的方法和設備

有效

• 申請號: 201110052055.3
• 申請日: 2011-03-04
• 公開（公告）號: CN102193066A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: S·M·N·哈桑;D·P·塔斯基;M·N·安瓦;W·D·王
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: G01R31/34
• 分類號: G01R31/34
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 原紹輝

技術領域

本發明涉及電動機控制電路，尤其涉及監測電動機控制電路的高壓DC總線中的接地隔離損失。

背景技術

本節中的闡述僅提供與本發明相關的背景信息，并且可能不構成現有技術。

混合動力車輛系統和電動車輛系統都使用了為牽引電動機及其他電機提供電力的高壓系統。高壓系統包括高壓DC電源，例如經由功率變換器電連接至牽引電動機的電池。功率變換器將DC電力轉變成AC電力以驅動牽引電動機，并且優選地將AC電力轉變成DC電力以對電池充電。高壓DC電源經由正高壓總線(HV+)和負高壓總線(HV-)電連接至功率變換器。利用高壓電力的其他電機同樣也連接至正高壓總線和負高壓總線。正高壓總線和負高壓總線與底盤地電隔離。

例如牽引電動機之類的電機包括響應于被施加至相關聯的定子的交流(AC)電力而旋轉的轉子。轉子可機械地聯接至動力傳動裝置，以向車輛的動力傳動系統提供牽引動力。

已知的電壓源變換器電路和相關聯的控制電路可響應于操作者的需求，將源自高壓儲能裝置的直流(DC)電力轉變成交流(AC)電力，以產生牽引動力。已知的變換器電路包括MOSFET和IGBT開關裝置。電負載需求可包括當前發生的電負載和滿足將來電負載的電池充電。

電壓源變換器使用浮動DC總線設置，其中DC輸入電壓配置成相對于底盤地而浮動。可通過利用將高壓總線DC總線連接至底盤地的平衡高阻抗電阻器來控制該浮動。電容器可與高阻抗電阻器并聯地電連接，以便為高頻電噪聲電流提供低阻抗分流路徑。在一個實施例中，DC總線電壓的一半施加在正電力總線(HV+)和底盤地兩端，并且DC總線電壓的一半還施加在負電力總線(HV-)和底盤地兩端。電壓源變換器的AC側則相對于底盤地浮動。

存在與接地隔離損失相關的兩種潛在故障。一種故障是隔離的AC損失，其中AC側的多個相中的一相被短路至底盤地。另一種故障是隔離的DC損失，其中正電力總線(HV+)和負電力總線(HV-)中的一個被短接至底盤地，或相對于底盤地具有減小的阻抗。當隔離的AC損失故障在電壓源變換器的AC側的多個相中的一相上出現時，與變換器的開關裝置的激活和去活相關聯的AC電流流過為高頻電噪聲電流提供低阻抗分流路徑的電容器。在接地隔離故障的事件中，與從正電力總線(HV+)到負電力總線(HV-)的變換器的相電壓中的一個相電壓相關聯的AC電流可引起過多的電流流到為高頻電噪聲電流提供低阻抗分流路徑的電容器。超過電容器的容量的AC電流可能導致電容器故障和相關聯的變換器損壞。

一種檢測隔離的AC損失的故障的已知解決方案包括對通過與電壓源變換器AC側的多個相相關聯的電纜中的每根電纜的電流進行測量，并對它們算術求和。在無故障操作的理想系統中，測得電流的和在任一選擇的時間點為零。當接地隔離故障存在時，測得電流的和是除零以外的值。與該解決方案相關聯的問題包括與來自電流感測裝置的信號輸出相關聯的測量誤差，該測量誤差可以是累積的。這可引起總電流信號中的誤差。此外，相電流傳感器可能具有由磁、電響應特性和傳感器飽和所引起的帶寬/階躍響應限制。因此，取決于采樣測量相對于與變換器相關聯的開關事件的定時，可能檢測不到故障。此外，在數據采樣出現在過零點處或過零點附近的情況下，接地隔離故障和阻抗中相關聯的變化可包括諧振成分。因此，任何故障電流都可能被混疊。此外，當阻抗接近零時，在小于采樣時間時，任何電流振蕩都可能被吸收。因此，可能測量不到故障電流。

一種檢測隔離的DC損失的已知解決方案包括測量正電力總線(HV+)與負電力總線(HV-)之間的電壓，測量負電力總線(HV-)與底盤地之間的電壓，并且基于它們來計算電壓比。用于隔離損失檢測的電壓比的一種計算是2*(HV-與底盤地之間的電壓測量結果)/(HV+與HV-之間的電壓測量結果)。與該已知解決方案相關聯的問題包括需要考慮的信號測量誤差，并且該誤差常常是累積的。信號測量誤差的影響是缺少“必須檢測”與“不必檢測”閾值之間的分離，這可導致錯誤的故障檢測。此外，已知的DC電壓傳感器可能具有帶寬和響應時間的測量限制。因此，可能檢測不到故障。此外，測量采樣相對于故障和相關的切換事件的正時可導致未記錄的故障。此外，在數據采樣出現在過零點或過零點附近的情況下，故障阻抗可能包括諧振成分。因此，故障電流可能被混疊。此外，當與變換器相關聯的切換周期接近50%的占空比時，平均電壓仍可接近預期電平。因此，可能測量不到故障電壓。

發明內容