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CN109318722A - 电动汽车的电机驱动系统 - Google Patents

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CN109318722A
CN109318722A CN201710637844.0A CN201710637844A CN109318722A CN 109318722 A CN109318722 A CN 109318722A CN 201710637844 A CN201710637844 A CN 201710637844A CN 109318722 A CN109318722 A CN 109318722A
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龚晓峰
王凯
洪文成
庄朝晖
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NIO Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种电动汽车的电机驱动系统，交流电机驱动控制技术领域。本发明的电机驱动系统用于驱动交流电机，其包括：并联地设置的第一逆变功率模块和第二逆变功率模块；其中，第一逆变功率模块的直流输入端和第二逆变功率模块的直流输入端均电连接电动汽车的动力电池的输出端，第一逆变功率模块的第一三相交流输出端输出第一三相交流电至所述交流电机的第一三相绕组，第二逆变功率模块的第二三相交流输出端输出第二三相交流电至同一所述交流电机的第二三相绕组。本发明的电机驱动系统成本低、可靠性和安全性好。

Description

电动汽车的电机驱动系统
技术领域
本发明属于交流电机驱动控制技术领域，涉及一种使用并联的第一逆变功率模块和第二逆变功率模块的电动汽车的电机驱动系统及其故障检测方法。
背景技术
大功率的交流电机（例如感应电机或永磁同步电机）在诸如电动汽车领域广泛应用并用作驱动电机，随着电动汽车的不断普及，市场对电机驱动系统的功率密度、成本、可靠性、安全性等方面提出更高的要求。
目前，一般地采用三相全桥逆变器拓扑结构来驱动电机，对于较大功率需求的电动汽车来说，电机驱动系统的功率密度高，电机驱动系统中使用的功率器件容易受功率器件（例如IGBT等功率开关）的最大允许电流限制，功率器件的选型及成本都不易控制。
从产品可靠性设计角度考虑，电机驱动系统的功率器件由于要做开关切换，容易产生发热，因此其“工作环境”相对恶劣。电机驱动系统中的三相全桥逆变器的功率器件容易产生过流、过热等常见的失效模式。因此，电机驱动系统中的逆变模块的可靠性难以得到保证。
从车辆安全和应用角度考虑，传统三相全桥逆变器如果一个桥臂发生故障不能正常开关，则整个电机驱动系统将不能工作，导致电动汽车失去动力，容易带来安全隐患并对用户使用造成不便。
有鉴于此，有必要提出一种新型的电动汽车的电机驱动系统。
发明内容
本发明的目标是公开一种解决方案，该解决方案消除或至少减轻现有技术方案中出现的如上所述的缺陷。本发明的目标也是实现下面的优点的一个或多个：
- 降低对逆变功率模块中使用的功率器件的功率要求；
- 降低电机驱动系统的成本；
- 提高电机驱动系统的使用安全性；
- 提高电机驱动系统的可靠性；
- 避免因逆变功率模块的故障导致电动汽车失去动力。
按照本发明的一方面，提供一种电动汽车的电机驱动系统，其用于驱动交流电机，其包括：并联地设置的第一逆变功率模块和第二逆变功率模块；
其中，第一逆变功率模块的直流输入端和第二逆变功率模块的直流输入端均电连接电动汽车的动力电池的输出端，第一逆变功率模块的第一三相交流输出端输出第一三相交流电至所述交流电机的第一三相绕组，第二逆变功率模块的第二三相交流输出端输出第二三相交流电至同一所述交流电机的第二三相绕组。
根据本发明一实施例的电机驱动系统，其中，所述第一逆变功率模块与所述第二逆变功率模块为硬件相同的逆变功率模块。
在一实施例中，所述交流电机为三相交流电机，所述第一三相绕组和第二三相绕组为同相绕组。
在又一实施例中，所述交流电机为六相交流电机，所述第一三相绕组和第二三相绕组为异相绕组。
根据本发明还一实施例的电机驱动系统，其中，所述第一逆变功率模块和所述第二逆变功率模块中的对应位置处分别设置有第一传感器和第二传感器；
所述电机驱动系统还包括互校单元，其被配置为将所述第一传感器获得的第一信号与所述第二传感器获得的第二信号进行相互比较以判断所述第一逆变功率模块和所述第二逆变功率模块的故障情况。
在一实例中，所述第一传感器包括设置于第一逆变功率模块的第一三相交流输出端的每相上的第一电流传感器，所述第二传感器包括设置于第二逆变功率模块的第二三相交流输出端的每相上的第二电流传感器；
对应于所述第一三相交流输出端和第二三相交流输出端的相同相上的所述第一电流传感器和第二电流传感器连接至所述互校单元，所述互校单元还被配置为将对应相同相上的所述第一电流传感器和第二电流传感器分别获得的第一电流信号和第二电流信号进行相互比较以判断所述第一电流传感器和第二电流传感器所对应的相的桥臂上的功率开关的故障情况。
在又一实例中，所述第一传感器包括设置于第一逆变功率模块中的用于测量其直流母线电压的第一电压传感器，所述第二传感器包括设置于第二逆变功率模块中的用于测量其直流母线电压的第二电压传感器；
所述第一电压传感器和第二电压传感器连接至所述互校单元，所述互校单元还被配置为将所述第一电压传感器和第二电压传感器分别获得的第一电压信号和第二电压信号进行相互比较以判断所述第一逆变功率模块和第二逆变功率模块的故障情况。
在还一实例中，所述第一传感器包括设置于第一逆变功率模块中的用于测量第一逆变功率模块的温度的第一温度传感器，所述第二传感器包括设置于第二逆变功率模块中的用于测量第二逆变功率模块的温度的第二温度传感器；
所述第一温度传感器和第二温度传感器连接至所述互校单元，所述互校单元还被配置为将所述第一温度传感器和第二温度传感器分别获得的第一温度信号和第二温度信号进行相互比较以判断所述第一逆变功率模块和第二逆变功率模块的故障情况。
在还一实例中，为第一逆变功率模块中的每个功率开关分别设置所述第一温度传感器，为第二逆变功率模块第二逆变功率模块中的每个功率开关分别设置所述第二温度传感器。
在以上任一所述实施例的电机驱动系统中，可选地，还包括电机控制器和栅极驱动单元；
其中，所述互校单元与所述电机控制器耦接并且在所述互校单元确定所述第一逆变功率模块和第二逆变功率模块中的任意一个发生故障时反馈故障信号至所述电机控制器。
根据本发明又一实施例的电机驱动系统，其中，所述第一逆变功率模块发生故障时其第一三相交流输出端被切断，并且所述第二逆变功率模块的第二三相交流输出端保持输出第二三相交流电；所述第二逆变功率模块发生故障时其第二三相交流输出端被切断，并且所述第一逆变功率模块的第一三相交流输出端保持输出第一三相交流电。
具体地，所述第一逆变功率模块和所述第二逆变功率模块模块化地构造。
按照本发明的又一方面，提供一种电机驱动系统的故障检测方法，其中，电机驱动系统用于驱动交流电机，其包括：并联地设置的第一逆变功率模块和第二逆变功率模块；其中，第一逆变功率模块的直流输入端和第二逆变功率模块的直流输入端均电连接电动汽车的动力电池的输出端，第一逆变功率模块的第一三相交流输出端输出第一三相交流电至所述交流电机的第一三相绕组，第二逆变功率模块的第二三相交流输出端输出第二三相交流电至同一所述交流电机的第二三相绕组；其中，所述第一逆变功率模块与所述第二逆变功率模块为硬件相同的逆变功率模块；
所述故障检测方法包括步骤：
同时采集第一逆变功率模块中的第一信号和所述第二逆变功率模块中的第二信号，其中，所述第一信号与所述第二信号为相同类型的信号；以及
将所述第一信号与所述第二信号进行相互比较以判断所述第一逆变功率模块和所述第二逆变功率模块的故障情况。
根据本发明一实施例的故障检测方法，其中，所述第一信号为从所述第一逆变功率模块的第一三相交流输出端的每相上采集得到的第一电流信号，所述第二信号为从所述第二逆变功率模块的第二三相交流输出端的每相上采集得到的第二电流信号；
其中，在所述相互比较步骤中，对应相同相上的所述第一电流信号（i fa 、i fb 或i fc ）和第二电流信号（i fa’ 、i fb’ 或i fc’ ）进行相互比较以判断对应的相的桥臂上的功率开关的故障情况。
在所述第一三相绕组和第二三相绕组为同相绕组时，在所述相互比较步骤中，将对应相同相上的所述第一电流信号和第二电流信号进行大小比较。
在所述第一三相绕组和第二三相绕组为异相绕组时，在所述相互比较步骤中，将对应相同相上的所述第一电流信号和第二电流信号进行大小比较、和矢量幅值或角度比较。
根据本发明又一实施例的故障检测方法，其中，所述第一信号为从所述第一逆变功率模块的直流母线采集得到的第一电压信号，所述第二信号为从所述第二逆变功率模块的直流母线采集得到的第二电压信号；
其中，在所述相互比较步骤中，将所述第一电压信号和第二电压信号进行相互比较以判断所述第一逆变功率模块和第二逆变功率模块的故障情况。
根据本发明还一实施例的故障检测方法，其中，所述第一信号为从所述第一逆变功率模块采集得到的第一温度信号，所述第二信号为从所述第二逆变功率模块采集得到的第二温度信号；
其中，在所述相互比较步骤中，将所述第一温度信号和第二温度信号进行相互比较以判断所述第一逆变功率模块和第二逆变功率模块的故障情况。
本发明的电机驱动系统中，使用了并联设置的第一逆变功率模块和第二逆变功率模块，降低了对每个逆变功率模块的功率要求，也降低对逆变功率模块中使用的功率器件的功率要求，例如选用的功率开关的最大允许电流可以减小、功率开关容易选型，因此，也降低了电机驱动系统的成本；并且电机驱动系统的使用安全性和可靠性得到提高。
附图说明
从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。
图1是按照本发明一实施例的电动汽车的电机驱动系统结构示意图。
图2是按照本发明一实施例的电机驱动系统的互校工作原理示意图。
具体实施方式
现在将参照附图更加完全地描述本发明，附图中示出了本发明的示例性实施例。但是，本发明可按照很多不同的形式实现，并且不应该被理解为限制于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开变得彻底和完整，并将本发明的构思完全传递给本领域技术人员。
下面的描述中，为描述的清楚和简明，并没有对图中所示的所有多个部件进行详细描述。附图中示出了本领域普通技术人员为完全能够实现本发明的多个部件，对于本领域技术人员来说，许多部件的操作都是熟悉而且明显的。
图1所示为按照本发明一实施例的电动汽车的电机驱动系统结构示意图；图2所示为按照本发明一实施例的电机驱动系统的互校工作原理示意图。以下结合图1和图2对本发明一实施例的电动汽车的电机驱动系统10及其故障检测方法原理进行详细示例说明。
电机驱动系统10用于驱动电动汽车（包括纯电动汽车和混合动力汽车）的交流电机90，其主要地包括并联地设置的第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’，第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’各自能够将直流输入逆变生成三相交流输出，从而，驱动交流电机90工作，交流电机90的具体可以为三相交流电机，也可以为六相交流电机，三相交流电机和六相交流电机内部的定子绕组可以具有不同的排布方式，三相交流电机或六相交流电机内部的定子绕组的具体排布方式不是限制性的。
具体地，第一逆变功率模块120的直流输入端连接电动汽车上的动力电池30的输出端，第二逆变功率模块120’ 的直流输入端也连接电动汽车上的动力电池30的输出端；其中，第一逆变功率模块120中的直流母线L12a对应电连接动力电池30的正极，第一逆变功率模块120中的直流母线L12b对应电连接动力电池30的负极；第二逆变功率模块120’中的直流母线L12a’对应电连接动力电池30的正极，第二逆变功率模块120’中的直流母线L12b’对应电连接动力电池30的负极。
第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’的直流输入端可以共用地设置一个DC-Link电容（即DC联接电容器）Cd，也可以为第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’各自地设置一个DC-Link电容。其中，DC-Link电容Cd可跨接在第一逆变功率模块120或第二逆变功率模块120’的直流输入端的两端。
第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’对应具有主要由六个功率开关形成的逆变单元。其中，如图1所示，第一逆变功率模块120的直流母线L12a和L12b之间跨接三个并行的桥臂，每个桥臂上设置有两个串联的功率开关，从而功率开关Q11、Q12、Q21、Q22、Q31、Q32按照如图1所示的方式布置；第二逆变功率模块120’的直流母线L12a’和L12b’之间跨接三个并行的桥臂，每个桥臂上设置有两个串联的功率开关，从而功率开关Q11’、Q12’、Q21’、Q22’、Q31’、Q32’按照如图1所示的方式布置。功率开关Q11、Q12、Q21、Q22、Q31、Q32、Q11’、Q12’、Q21’、Q22’、Q31’、Q32’具体可以但不限于为IGBT等功率开关器件，其具体选型受第一逆变功率模块120或第二逆变功率模块120’的最大允许输出电流限制。
继续如图1所示，电机驱动系统10中还包括电机控制器190和栅极驱动单元170，电机控制器190例如可以从电动汽车的整车控制器获取相应的控制信号，电机控制器190可以控制栅极驱动单元170输出如图2所示的栅极驱动信号Qg1、Qg2、Qg3、Qg4、Qg5和Qg6至第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’上，从而驱动功率开关按预定时序动作。
对应于第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’的输出端，它们均各自输出三相交流电（U1、V1、W1）和（U1’、V1’、W1’），第一逆变功率模块120的三相交流输出端输出三相交流电（U1、V1、W1）至交流电机90的其中一个三相绕组910上，第二逆变功率模块120’的三相交流输出端输出三相交流电（U1’、V1’、W1’）至交流电机90的又一三相绕组920上。
在一实施例中该，交流电机90为三相交流电机，三相绕组910和三相绕组920为同相绕组，三相交流电（U1、V1、W1）和（U1’、V1’、W1’）在电气上为同相，它们可以同时为该三相交流电机提供叠加的三相交流输入，例如，U1和U2、V1和V2、W1和W2分别对应施加在交流电机90的三相绕组的各相绕组上，也即，相U1和相U1’分别连接三相绕组910和三相绕组920的第一同相绕组，相V1和相V1’分别连接三相绕组910和三相绕组920的第二同相绕组，相W1和相W1’分别连接三相绕组910和三相绕组920的第三同相绕组。
因此，第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’的功率输出可以对应叠加地输出在交流电机90上，容易满足电动汽车的交流电机90的大功率要求。同时，也能减小对每个逆变功率模块的功率输出要求，例如，相比于仅设置一个逆变功率模块时，第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’的功率输出可以减半。这样，对于并联的第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’中的功率开关等功率器件，其最大允许电流可以减小，功率开关容易选型，成本相对较低。也就是说，每个逆变功率模块的成本大大降低，整个电机驱动系统10的成本也降低。
在又一实施例中该，交流电机90为六相交流电机，三相绕组910和三相绕组920为异相绕组， 三相交流电（U1、V1、W1）和（U1’、V1’、W1’）在电气上在电气上存在例如30°的相差，它们可以同时为该六相交流电机提供六相交流输出，例如，U1、U2、V1、V2、W1、W2分别对应施加在交流电机90的六相绕组的各相绕组上，该六相绕组由三相绕组910和三相绕组920形成，从而，U1、V1、W1分别对应连接交流电机90的六相绕组的三相绕组910的各相上，U2、V2、W2分别对应连接交流电机90的六相绕组的三相绕组920的各相上。通过设置三相绕组910和920，可以使三相交流电（U1、V1、W1）和（U1’、V1’、W1’）在电气上在电气上存在例如30°的相差。
同样地，第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’可以为六相交流电机提供叠加的功率输出，这样，对于并联的第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’中的功率开关等功率器件，其最大允许电流可以减小，功率开关容易选型，成本相对较低。在一实施例中，第一逆变功率模块120与第二逆变功率模块120’具有相同的结构和器件配置，例如，第一逆变功率模块120与第二逆变功率模块120’的内部电路结构相同，对应使用的功率器件的器件配置也相同，例如，功率开关Q11、Q12、Q21、Q22、Q31、Q32与功率开关Q11’、Q12’、Q21’、Q22’、Q31’、Q32’分别具有相同的配置。由于第一逆变功率模块120与第二逆变功率模块120’并联地电连接相同的动力电池30（也即具有相同的直流输入），这样，结构和器件配置相同的第一逆变功率模块120与第二逆变功率模块120’分别输出的三相交流电（U1、V1、W1）和（U1’、V1’、W1’）彼此的输出功率相同、电压相同。在实际运行过程中，第一逆变功率模块120与第二逆变功率模块120’将产生同样的发热量（如果不存在故障）、直流母线L12a和L12b之间的电压与直流母线L12a’和L12b’之间的电压也相同（如果不存在故障）。即使，三相交流电（U1、V1、W1）和（U1’、V1’、W1’）存在例如30°的相位差，三相交流电（U1、V1、W1）和三相交流电（U1’、V1’、W1’）之间每一相的电流在考虑相差和矢量的情况下，它们之间的对应相的电流之间是存在固定的对应关系的（如果不存在故障）。
具体地，在第一逆变功率模块120与第二逆变功率模块120’分别输出的三相交流电（U1、V1、W1）和（U1’、V1’、W1’）在电气上同相并且用来驱动三相交流电机90时，在正常情况下，三相交流电（U1、V1、W1）和三相交流电（U1’、V1’、W1’）之间每一相的电流大小、电压大小、相位角等均相同；例如，对应如图2所示，在功率开关等不发生故障的情况下，在某一时间的瞬时电流iinv1基本等于iinv2、ifa基本等于ifa’、ifb基本等于ifb’、ifc基本等于ifc’，瞬时电压uA基本等于uA’、uB基本等于uB’ 、uC基本等于uC’ 。
本发明一实施例的第一逆变功率模块120与第二逆变功率模块120’为硬件相同的逆变功率模块。也就是说，如果以第一逆变功率模块120替换第二逆变功率模块120’、或者以第二逆变功率模块120’替换第一逆变功率模块120（如果它们的软件配置不发生变化），替换后的电机驱动系统10相对替换前的电机驱动系统10具有基本相同的输出。具体来说，第一逆变功率模块120与第二逆变功率模块120’例如具有相同的电路结构、器件配置（例如对应的功率开关参数完全相同）和/或电路参数，甚至第一逆变功率模块120与第二逆变功率模块120’具有相同的传感器或周边电路配置等。在第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’之间的硬件相同的情况下，可以将第一逆变功率模块120与第二逆变功率模块120’实现模块化地构造，容易批量生产、形成规模效益、降低生产成本；并且在需要维修时，可以使用模块化的逆变功率模块替换发生故障的第一逆变功率模块120或第二逆变功率模块120’，降低维修成本。
需要理解的是，即使第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’之间的硬件相同，根据需要，可以对应第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’在电机控制器190中进行不同的软件配置，从而为第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’分别提供具有不同时序的栅极驱动信号，实现第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’分别输出的三相交流电具有预定的相差。
本发明一实施例的电机驱动系统10中，利用第一逆变功率模块120与第二逆变功率模块120’并行设置分别输出三相交流电来驱动同一交流电机90的特性，可以使用第二逆变功率模块120’作为在第一逆变功率模块120的备用功率模块，可以使用第一逆变功率模块120作为第二逆变功率模块120’的备用功率模块，也就是说，第一逆变功率模块120与第二逆变功率模块120’彼此作为备用的功率模块但二者同时输出相应的功率。这样，在第一逆变功率模块120与第二逆变功率模块120’中的其中一个的例如功率开关出现故障时，另一个逆变功率模块可以继续工作，只是为交流电机90提供的输出功率减小，例如减为原来的一半；但是，在此情况下，交流电机90能够在低功率条件继续工作，电动汽车不会失去动力，能够支持电动汽车的“跛行模式”（例如可以在低速工况下继续行驶），保证了电动汽车的行驶基本功能，避免给用户使用造成抛锚等不便。
在一实施例中，如图1所示，电机驱动系统10还包括互校单元150，并且还在第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’中的对应位置处分别设置有第一传感器和第二传感器（图中未示出），在第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’正常工作的情况下，第一传感器和第二传感器可以采集反馈基本相同的信号（例如电流信号、电压信号和/或温度信号）至互校单元150。互校单元150被配置为将第一传感器获得的信号与第二传感器获得的信号进行相互比较以判断第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’的故障情况。
互校单元150具体可以通过例如比较器来实现，其具体实现方式不是限制性的。
以下以第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’用于同时驱动三相交流电机为示例对互校单元150的工作远离进行示例说明。
在一实施例中，，如图2所示，交流电机90为三相交流电机，第一逆变功率模块120中的第一传感器包括设置于第一逆变功率模块120的三相交流输出端的每相上的电流传感器（图中未示出），也即对应U1、V1、W1三相各自设置一个电流传感器；类似地，第二逆变功率模块120’中的第二传感器包括设置于第二逆变功率模块120’的三相交流输出端的每相上的电流传感器（图中未示出），也即对应U1’、V1’、W1’三相各自设置一个电流传感器。对应于对应U1、V1、W1三相各自设置的电流传感器和对应U1’、V1’、W1’三相各自设置的电流传感器均连接至互校单元150，从而将其它们实时采集的电流数据反馈至互校单元150；例如，如图2所示的电流信号ifa、ifb和ifc分别由对应U1、V1、W1三相各自设置的电流传感器所采集，并且它们基本真实反映U1、V1、W1三相的瞬间电流大小；电流信号ifa’、ifb’和ifc’分别由对应U1’、V1’、W1’三相各自设置的电流传感器所采集，并且它们基本真实反映U1’、V1’、W1’三相的瞬间电流大小。互校单元150将对应相同相所采集的电流信号进行相互比较，例如，将电流信号ifa、ifb和ifc分别与电流信号ifa’、ifb’和ifc’进行比较，如果ifa、ifb和ifc分别等于电流信号ifa’、ifb’和ifc’，或者ifa与ifa’、ifb与ifb’、ifc与ifc’的差值小于或等于允许的差值大小，则确定第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’的每相的桥臂上的功率开关工作正常，也即功率开关Q11、Q12、Q21、Q22、Q31、Q32与功率开关Q11’、Q12’、Q21’、Q22’、Q31’、Q32’均正常地工作，第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’工作正常；反之，则确定对应某一相的桥臂上的功率开关出现故障或失效，例如，ifa不等于ifa’时，ifa和ifa’中较大的一个所对应的桥臂上的功率开关存在过流故障，在一示例中，还也可以将第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’中的其中一个反馈的其他电流信号与预期目标值作比较，例如，进一步将ifa2和ifa3与控制预期目标值作比较，如果反映不正常，则表示是由于功率开关Q11和Q12存在故障导致的，否则，可以确定功率开关Q11’和Q12’存在故障。因此，通过互较单元150，不但能够发现第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’的故障，而且能够定位出每个逆变功率模块中失效的功率开关，特别能够及时地发现功率开关的过流故障。
在又一实施例中，第一逆变功率模块120的第一传感器可以包括设置于第一逆变功率模块120中的用于测量直流母线L12a和L12b之间的电压的电压传感器（图中未示出），其用于实时地采集施加在直流母线电压L12a和L12b上的瞬间电压；类似地，第二逆变功率模块120’的第二传感器可以包括设置于第二逆变功率模块120’中的用于测量直流母线L12a’和L12b’之间的电压的电压传感器（图中未示出），其用于实时地采集施加在直流母线电压L12a’和L12b’上的瞬间电压。对应直流母线L12a和L12b设置的电压传感器和对应直流母线L12a’和L12b’设置的电压传感器连接至互校单元150，从而将其它们实时采集的电压数据反馈至互校单元150。互校单元150可以被配置为将两个电压传感器分别获得的电压信号进行相互比较，以判断第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’的故障情况；例如，不同两个电压传感器分别获得的电压不相等、或者其差值超过允许的预定值时，则可以确定第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’中的其中一个出现了故障，例如，电压较大的一个发生了故障。
在还一实施例中，第一传感器包括设置于第一逆变功率模块120中的用于测量第一逆变功率模块120的温度的第一温度传感器，类似地，第二传感器包括设置于第二逆变功率模块120’中的用于测量第二逆变功率模块120’的温度的第二温度传感器；第一温度传感器和第二温度传感器连接至互校单元150，互校单元150还被配置为将第一温度传感器和第二温度传感器分别获得的第一温度信号和第二温度信号进行相互比较以判断第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’的故障情况。如果第一温度信号和第二温度信号不相等或者其差值超过允许的预定值，则可以确定第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’中的温度过高的一个出现了例如过热故障。
第一逆变功率模块120中，可以对应每个功率开关各自设置有一个第一温度传感器；同样地，第二逆变功率模块120’中，对应每个功率开关各自设置有一个第二温度传感器。将第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’中位置对应相同的功率开关的第一温度传感器和第二温度传感器分别采集的第一温度信号和第二温度信号进行比较，可以确定哪个逆变功率模块中的哪个功率开关发生过热故障，实现过热故障的精确定位。
在第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’用于驱动六相交流电机时，在正常工作时，由于第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’将产生同样的发热量、直流母线L12a和L12b之间的电压与直流母线L12a’和L12b’之间的电压也相同，因此，也可以按照上述实施例中公开的方式，通过互校单元150和设置在第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’的温度传感器和/或电压传感器来判断第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’的故障情况。对于电流互较模式，可以按图2所示实施例的方式在第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’上设置电流传感器，并且，同步地采集电流信号ifa、ifb和ifc 和电流信号ifa’、ifb’和ifc’，互校单元150可以比较ifa与ifa’、ifb与ifb’、ifc与ifc’瞬时差，也可以比较两个第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’的电流矢量，通过矢量幅值或角度的差异同样可以反映出第一逆变功率模块120或第二逆变功率模块120’上的功率开关的故障状况。
以上实施例的并联的第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’的电流、电压和/或温度等可以被测量来进行彼此比较，从而实现二者之间的相互监测，容易及时发现第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’的故障。
将理解，可以在第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’中同时设置如上所述实施例中的电流传感器、电压传感器和温度传感器中的至少两个，互较单元150中将它们的比较结果结合来判断第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’的故障状况。
互校单元150在确定第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’中的其中一个出现了故障（例如过流故障或过热故障）时，可以发送故障信号至电机控制器190，电机控制器190基于该故障信号的反馈，可以使能电机驱动系统10做出功率上降额运行或关闭等动作，实现系统保护好、运行安全的目的。在功率降额运行时，第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’的其中一个即使失效，另一个正常可以作为失效的一个的备份，提供原来一半的功率输出，保障电动汽车可以持续地安全运行。
例如，第一逆变功率模块120发生故障时，其第一三相交流输出端被切断，并且所述第二逆变功率模块120’的第二三相交流输出端保持输出第二三相交流电（U1’，V1’，W1’），因此，被驱动的交流电机功率减半运行；第二逆变功率模块120’发生故障时其第二三相交流输出端被切断，并且所述第一逆变功率模块120的第一三相交流输出端保持输出第一三相交流电（U1，V1，W1），同样，被驱动的交流电机功率减半运行。将理解，第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’的任一三相交流输出端被切断时，它们驱动的六相交流电机将变为在三相驱动下运动。
需要说明的是，以上实施例中，仅示意了其中两个逆变功率模块，即第一逆变功率模块120和第二逆变功率模块120’，在其他实施例中，根据交流电机的功率需求，可以在电机驱动系统中并列地配置三个或三个以上的逆变功率模块，例如，配置两个第一逆变功率模块120和两个第二逆变功率模块120’。
将理解，当据称将部件“连接”到另一个部件时，它可以直接连接到另一个部件或可以存在中间部件。
以上例子主要说明了本发明的电动汽车的电机驱动系统及其故障检测方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施，例如，每个逆变功率模块中设置测量相电压的电压传感器。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (18)

1.一种电动汽车的电机驱动系统（10），其用于驱动交流电机（90），其特征在于，包括：并联地设置的第一逆变功率模块（120）和第二逆变功率模块（120’）；
其中，第一逆变功率模块（120）的直流输入端和第二逆变功率模块（120’）的直流输入端均电连接电动汽车的动力电池（30）的输出端，第一逆变功率模块（120）的第一三相交流输出端输出第一三相交流电（U1，V1，W1）至所述交流电机的第一三相绕组（910），第二逆变功率模块（120’）的第二三相交流输出端输出第二三相交流电（U1’，V1’，W1’）至同一所述交流电机（90）的第二三相绕组（920）。
2.如权利要求1所述的电机驱动系统（10），其特征在于，所述第一逆变功率模块（120）与所述第二逆变功率模块（120’）为硬件相同的逆变功率模块。
3.如权利要求1所述的电机驱动系统（10），其特征在于，所述交流电机（90）为三相交流电机，所述第一三相绕组（910）和第二三相绕组（920）为同相绕组。
4.如权利要求1所述的电机驱动系统（10），其特征在于，所述交流电机（90）为六相交流电机，所述第一三相绕组（910）和第二三相绕组（920）为异相绕组。
5.如权利要求2所述的电机驱动系统（10），其特征在于，所述第一逆变功率模块（120）和所述第二逆变功率模块（120’）中分别设置有第一传感器和第二传感器；
所述电机驱动系统（10）还包括互校单元（150），其被配置为将所述第一传感器获得的第一信号与所述第二传感器获得的第二信号进行相互比较以判断所述第一逆变功率模块（120）和所述第二逆变功率模块（120’）的故障情况。
6.如权利要求5所述的电机驱动系统（10），其特征在于，所述第一传感器包括设置于第一逆变功率模块（120）的第一三相交流输出端的每相上的第一电流传感器，所述第二传感器包括设置于第二逆变功率模块（120’）的第二三相交流输出端的每相上的第二电流传感器；
对应于所述第一三相交流输出端和第二三相交流输出端的相同相上的所述第一电流传感器和第二电流传感器连接至所述互校单元（150），所述互校单元（150）还被配置为将对应相同相上的所述第一电流传感器和第二电流传感器分别获得的第一电流信号（i fa 、i fb 或i fc ）和第二电流信号（i fa’ 、i fb’ 或i fc’ ）进行相互比较以判断所述第一电流传感器和第二电流传感器所对应的相的桥臂上的功率开关的故障情况。
7.如权利要求5所述的电机驱动系统（10），其特征在于，所述第一传感器包括设置于第一逆变功率模块（120）中的用于测量其直流母线电压的第一电压传感器，所述第二传感器包括设置于第二逆变功率模块（120’）中的用于测量其直流母线电压的第二电压传感器；
所述第一电压传感器和第二电压传感器连接至所述互校单元（150），所述互校单元（150）还被配置为将所述第一电压传感器和第二电压传感器分别获得的第一电压信号和第二电压信号进行相互比较以判断所述第一逆变功率模块（120）和第二逆变功率模块（120’）的故障情况。
8.如权利要求5所述的电机驱动系统（10），其特征在于，所述第一传感器包括设置于第一逆变功率模块（120）中的用于测量第一逆变功率模块（120）的温度的第一温度传感器，所述第二传感器包括设置于第二逆变功率模块（120’）中的用于测量第二逆变功率模块（120’）的温度的第二温度传感器；
所述第一温度传感器和第二温度传感器连接至所述互校单元，所述互校单元（150）还被配置为将所述第一温度传感器和第二温度传感器分别获得的第一温度信号和第二温度信号进行相互比较以判断所述第一逆变功率模块（120）和第二逆变功率模块（120’）的故障情况。
9.如权利要求8所述的电机驱动系统（10），其特征在于，为第一逆变功率模块（120）中的每个功率开关分别设置所述第一温度传感器，为第二逆变功率模块第二逆变功率模块（120’）中的每个功率开关分别设置所述第二温度传感器。
10.如权利要求5-9中任一所述的电机驱动系统（10），其特征在于，还包括电机控制器（190）和栅极驱动单元（170）；
其中，所述互校单元（150）与所述电机控制器（190）耦接并且在所述互校单元（150）确定所述第一逆变功率模块（120）和第二逆变功率模块（120’）中的任意一个发生故障时反馈故障信号至所述电机控制器（190）。
11.如权利要求1或2所述的电机驱动系统（10），其特征在于，所述第一逆变功率模块（120）发生故障时其第一三相交流输出端被切断，并且所述第二逆变功率模块（120’）的第二三相交流输出端保持输出第二三相交流电（U1’，V1’，W1’）；所述第二逆变功率模块（120’）发生故障时其第二三相交流输出端被切断，并且所述第一逆变功率模块（120）的第一三相交流输出端保持输出第一三相交流电（U1，V1，W1）。
12.如权利要求2所述的电机驱动系统（10），其特征在于，所述第一逆变功率模块（120）和所述第二逆变功率模块（120’）模块化地构造。
13.一种故障检测方法，用于检测根据权利要求2所述的电机驱动系统，其包括步骤：
同时采集第一逆变功率模块（120）中的第一信号和所述第二逆变功率模块（120’）中的第二信号，其中，所述第一信号与所述第二信号为相同类型的信号；以及
将所述第一信号与所述第二信号进行相互比较以判断所述第一逆变功率模块（120）和所述第二逆变功率模块（120’）的故障情况。
14.如权利要求13所述的故障检测方法，其特征在于，所述第一信号为从所述第一逆变功率模块（120）的第一三相交流输出端的每相上采集得到的第一电流信号，所述第二信号为从所述第二逆变功率模块（120’）的第二三相交流输出端的每相上采集得到的第二电流信号；
其中，在所述相互比较步骤中，对应相同相上的所述第一电流信号（i fa 、i fb 或i fc ）和第二电流信号（i fa’ 、i fb’ 或i fc’ ）进行相互比较以判断对应的相的桥臂上的功率开关的故障情况。
15.如权利要求14所述的故障检测方法，其特征在于，在所述第一三相绕组（910）和第二三相绕组（920）为同相绕组时，在所述相互比较步骤中，将对应相同相上的所述第一电流信号（i fa 、i fb 或i fc ）和第二电流信号（i fa’ 、i fb’ 或i fc’ ）进行大小比较。
16.如权利要求14所述的故障检测方法，其特征在于，在所述第一三相绕组（910）和第二三相绕组（920）为异相绕组时，在所述相互比较步骤中，将对应相同相上的所述第一电流信号（i fa 、i fb 或i fc ）和第二电流信号（i fa’ 、i fb’ 或i fc’ ）进行大小比较、和矢量幅值或角度比较。
17.如权利要求13所述的故障检测方法，其特征在于，所述第一信号为从所述第一逆变功率模块（120）的直流母线采集得到的第一电压信号，所述第二信号为从所述第二逆变功率模块（120’）的直流母线采集得到的第二电压信号；
其中，在所述相互比较步骤中，将所述第一电压信号和第二电压信号进行相互比较以判断所述第一逆变功率模块（120）和第二逆变功率模块（120’）的故障情况。
18.如权利要求13所述的故障检测方法，其特征在于，所述第一信号为从所述第一逆变功率模块（120）采集得到的第一温度信号，所述第二信号为从所述第二逆变功率模块（120’）采集得到的第二温度信号；
其中，在所述相互比较步骤中，将所述第一温度信号和第二温度信号进行相互比较以判断所述第一逆变功率模块（120）和第二逆变功率模块（120’）的故障情况。
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