基于新能源汽车电机驱动系统的驱动器及其绝缘检测方法

摘要

本发明实施例公开了一种基于新能源汽车电机驱动系统的驱动器及其绝缘检测方法，所述驱动器包括功率回路单元、MCU、IGBT功率模块、IMU绝缘检测单元，IMU绝缘检测单元包括相串联的上臂高压开关STP和下臂高压开关STN，STP和STN各串联一个同阻值的检测电阻后与功率回路单元并联；MCU通过控制STP和STN及驱动单元零矢量，并实时检测动力高压正P和负N对PE端的相对电压，计算高压网络对车架的绝缘阻抗，并依据绝缘故障等级进行上报警示或降额运行或停止工作下高压。本发明可精确的针对整个高压直流和交流网络的正负对车架的绝缘阻抗计算，并依据绝缘故障等级做相应的故障等级处理。

说明书

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种基于新能源汽车电机驱动系统的驱动器及其绝缘检测方法。

背景技术

新能源汽车采用电力驱动替代传统的燃料发动机驱动，然而电力驱动一般采用动力锂电池，电压远超人体安全电压承受范围，达到336V甚至540V以上，高压的隔离安规安全尤为重要。除了本身系统设计之初，需全面考虑安规，保证系统符合安规安全，在实际应用中需实时监控高压的绝缘等级是否满足需求，若出现绝缘异常，需及时上报故障进行预警，甚至要求直接断开动力电池高压源进行隔离。目前采用的方式为动力电池的BMS管理系统集成绝缘检测功能，针对动力电池的绝缘等级进行检测判断，并依据绝缘等级状态进行相应的故障保护策略。

随着车载电力集成化程度越来越高，BMS仅针对动力电池端的绝缘等级进行考虑，无法进行全面高压端的绝缘检测。新能源上驱动电机、辅驱电机等AC线路出现破损、电机内部绕组绝缘异常等，无法及时上报，而电机又作为新能源上的核心部件之间，严重影响人生安全。申请号为201822002219.1的专利给出了一种通过监控电机三相电流及温度来判断绝缘的检测方案，该检测方案相对粗犷，能针对电机的短路、或断路极端状态进行检测，且无法正常上报绝缘故障等级，输出极端故障的被动检测方法。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于新能源汽车电机驱动系统的驱动器及其绝缘检测方法，以提升绝缘检测的准确性。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种基于新能源汽车电机驱动系统的驱动器，包括功率回路单元、MCU及IGBT功率模块，还包括集成的IMU绝缘检测单元，IMU绝缘检测单元包括相串联的上臂高压开关S

进一步地，当所述电机驱动系统的高压网络为高压直流网络，则采用以下算法计算高压网络的正负对车架的绝缘阻抗：

S

R

其中，R为检测电阻的阻值。

进一步地，当所述电机驱动系统的高压网络为高压交流网络，则进行零矢量控制模式，默认采用下桥臂，再则采用以下算法计算高压网络的正负对车架的绝缘阻抗：

S

R

其中，R为检测电阻的阻值。

相应地，本发明实施例还提供了一种基于新能源汽车电机驱动系统的驱动器的绝缘检测方法，包括：高压直流网络绝缘检测步骤和/或高压交流网络绝缘检测步骤，

高压直流网络绝缘检测步骤：S

R

再得到实时的绝缘故障等级，并依据绝缘故障等级进行上报警示或降额运行或停止工作下高压；

高压交流网络绝缘检测步骤：进行零矢量控制模式，默认采用下桥臂，S

R

再得到实时的绝缘故障等级，并依据绝缘故障等级进行上报警示或降额运行或停止工作下高压。

本发明的有益效果为：本发明具备整个直流高压动力系统的绝缘检测功能；本发明无需引入额外需求，针对驱动器本身硬件模式，结合开关策略实现整个高压电机交流的绝缘等级功能检测；本发明可精确的针对整个高压直流和交流网络的正负对车架的绝缘阻抗计算，并依据绝缘故障等级做相应的故障等级处理。

附图说明

图1是本发明实施例的基于新能源汽车电机驱动系统的驱动器的结构框图。

图2是本发明实施例的IMU绝缘检测单元的电路示意图。

图3是本发明实施例的控制算法时序图。

图4是本发明实施例的基于新能源汽车电机驱动系统的驱动器的绝缘检测方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例中若有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

请参照图1，新能源汽车电机驱动系统的HV BAT动力电池，接入驱动器的直流PN端口，为驱动器驱动时提供直流能量，回馈时提供吸收能量；新能源汽车电机驱动系统的整车控制器/电池管理单元/低压电池VCU/BMS/LV BAT，接入驱动器的低压端子，LV BAT为驱动器提供低压供电，VCU/BMS与驱动器建立通讯联系，驱动器接受其指令进行电机的驱动或制动，并实时进行状态信息反馈；新能源汽车电机驱动系统的驱动电机Motor，为驱动器的控制执行负载，接入驱动的三相功率线，同时电机的旋变位置和温度端子接入低压端子进行电机位置信息、速度信息及温度信息的检测。

本发明实施例的基于新能源汽车电机驱动系统的驱动器内部主要包含功率回路单元、IMU绝缘检测单元、MCU及IGBT功率模块，功率回路单元包含EMC的Y1和Y2电容为共模干扰提供释放回路；母线支持电容C，为母线电压波动进行滤波；被动放电电阻R，提供被动模式母线电压安全释放路径；通过IGBT功率模块有序的开通和关断调节，实现直流到交流的转换控制电机。IMU绝缘检测单元主要通过内部高压开关逻辑性的通断，进行P及N对PE电压的检测，并将相应信息交互给MCU。MCU为控制及驱动单元，为驱动器的驱动控制中心，外围各信息的识别检测，进行内部的逻辑运输并经过驱动放大去控制功率模组，并整个过程进行故障逻辑保护。

绝缘检测功能，通过IMU的信号检测，经过MCU计算处理，实现对整个功率回路，从动力电池、驱动器功率回路、电机交流绕组的绝缘等级判断，MCU并将检测的状态结果进行上报反馈及做出相应的安全保护。

IMU绝缘检测单元与驱动器进行集成，对动力直流高压回路绝缘进行监控，同时依据IGBT功率模块的零矢量开关模式，进行电机绝缘等级的监控。图2位绝缘检测单元拓扑图，S

请参照图2，IMU绝缘检测单元包括相串联的上臂高压开关S

图3中，S

MCU通过控制上臂高压开关S

作为一种实施方式，针对高压直流网络绝缘检测，则采用以下算法计算高压网络的正负对车架的绝缘阻抗：

S

R

其中，R为检测电阻的阻值。

作为一种实施方式，针对高压交流网络绝缘检测，MCU接受指令后，进行零矢量控制模式，默认采用下桥臂，零矢量驱动模式下，高压交流网络引入绝缘检测，再则采用以下算法计算高压网络的正负对车架的绝缘阻抗：

S

R

其中，R为检测电阻的阻值。

请参照图4，本发明实施例的基于新能源汽车电机驱动系统的驱动器的绝缘检测方法根据绝缘检测网络选择高压直流网络绝缘检测步骤或高压交流网络绝缘检测步骤。

高压直流网络绝缘检测步骤：S

R

再得到实时的绝缘故障等级，并依据绝缘故障等级进行上报警示或降额运行或停止工作下高压。

高压交流网络绝缘检测步骤：进行零矢量控制模式，默认采用下桥臂，S

R

再得到实时的绝缘故障等级，并依据绝缘故障等级进行上报警示或降额运行或停止工作下高压。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。