薄膜电容纹波电流测算系统及方法与流程

1.本技术涉及电机控制器及域控制器技术领域，具体是涉及薄膜电容纹波电流测算系统及方法。


背景技术：

2.随着电力电子技术的飞速发展，电控系统中半导体功率组件的电流/电压等级不断提高，车载驱动控制器在dc/ac或ac/dc变换中为保证直流电压的稳定性，会在直流侧并联薄膜电容以稳定直流电压波动，但通常在设计过程中通常只考虑容值是否满足要求，而忽略了施加在薄膜电容两侧的纹波电流对其温升及使用寿命的影响(由式2可知，电容发热功率与薄膜电容两端纹波电流相关)。
3.目前对于电机控制器及域控制器中的薄膜电容两侧的纹波电流，常用经验估算的方法(即使用车载驱动控制器的额定输出电流乘一个估算出的经验系数)来得到纹波电流，采用此经验估算法计算出的纹波电流数值，误差较大，无法应用于工程实际，且对于不同型号及功能的车载控制器，不具有通用性。例如：首先获取到驱动控制器额定输出电流假设为300arms，则纹波电流i_c＝300
×
0.65(经验系数)＝195arms
4.现有的薄膜电容纹波电流经验估算法存在以下缺点：
5.1、采用此经验估算法计算出的纹波电流数值，误差较大，无法应用于工程实际。
6.2、且对于不同型号及功能的驱动电机控制器，不具有通用性。


技术实现要素：

7.本技术的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种薄膜电容纹波电流测算系统及方法。
8.第一方面，提供薄膜电容纹波电流测算系统，包括：
9.测算工况控制模块，用于控制薄膜电容处于纹波电流测算工况；
10.计算参数获取模块，与所述测算工况控制模块通信连接，用于当驱动电机控制器处于纹波电流测算工况时，获取薄膜电容的纹波电压和纹波电压频率；
11.纹波电流获取模块，与所述计算参数获取模块通信连接，用于根据获取的纹波电压和纹波电压频率，计算获取纹波电流。
12.根据第一方面，在第一方面的第一种实现方式中，所述测算工况控制模块包括：
13.最高电压输出控制子模块，用于控制驱动电机运行在最高工作电压；
14.最大电流输出控制子模块，用于控制驱动电机控制器输出最大电流；
15.拐点转速输出控制子模块，用于控制驱动电机运行于拐点转速。
16.根据第一方面的第一种实现方式，在第一方面的第二种实现方式中，所述最大电流输出控制子模块包括电流输出控制单元，所述电流输出控制单元与驱动电机控制器通信连接，用于控制驱动电机控制器运行于最大电流。
17.根据第一方面的第一种实现方式，在第一方面的第三种实现方式中，所述拐点转
速输出控制子模块包括：
18.测功机，与所述驱动电机的电机输出轴传动连接；
19.测功机控制系统，与所述测功机通信连接，用于控制测功机带动驱动电机运行的拐点转速。
20.根据第一方面，在第一方面的第四种实现方式中，还包括电压和电流测试模块，所述电压和电流测试模块包括：
21.示波器以及与之电连接的霍尔电流线圈和高压差分探头，所述示波器和霍尔电流线圈相配合用于测试驱动电机的电流，所述示波器和高压差分探头相配合用于测试驱动电机的电压。
22.根据第一方面，在第一方面的第五种实现方式中，还包括发热功率获取模块，所述发热工况获取模块与所述纹波电流获取模块通信连接，用于根据获取的薄膜电容的纹波电流，计算获取薄膜电容的发热功率。
23.第二方面，本技术提供了一种薄膜电容纹波电流测算方法，包括以下步骤：
24.控制薄膜电容处于纹波电流测算工况；
25.当驱动电机控制器处于纹波电流测算工况时，获取薄膜电容的纹波电压和纹波电压频率；
26.根据获取的纹波电压和纹波电压频率，获取纹波电流。
27.根据第二方面，在第二方面的第一种实现方式中，所述控制薄膜电容处于纹波电流测算工况步骤,具体包括以下步骤：
28.调节第一示波器至电流采样模式，霍尔电流线圈套在被测电源线上，通过示波器测试获取驱动电机的工作电流；
29.调节第二示波器至交流耦合模式，将高压查分探头夹在薄膜电容两端，通过示波器测试获取驱动电机的工作电压；
30.调节电源输出至被测驱动电机允许的最高工作电压；
31.控制驱动电机控制器控制器处于扭矩控制模式，调节驱动电机控制器的输出扭矩，至驱动电机控制器输出最高工作电流并且电流波形稳定；
32.通过测功机控制系统控制测功机，至驱动电机转速稳定运行在拐点转速。
33.根据第二方面，在第二方面的第二种实现方式中，所述当驱动电机控制器处于纹波电流测算工况时，获取薄膜电容的纹波电压和纹波电压频率步骤，具体包括以下步骤：
34.通过示波器获取薄膜电容两端纹波电压峰值和纹波电压频率。
35.根据第二方面，在第二方面的第三种实现方式中，所述根据获取的纹波电压和纹波电压频率，获取纹波电流步骤，具体包括以下步骤：
36.将获取的纹波电压和纹波电压频率，根据下式进行数值变换，计算获取纹波电流ic：
37.ic＝2πfc
×
u；
38.式中，f为薄膜电容两端的纹波电压频率，c为被测薄膜电容容值，u为薄膜电容的两端纹波电压。
39.与现有技术相比，本技术的优点如下：
40.本技术提供的薄膜电容的纹波电流测算系统，通过将被测驱动电机控制器处于纹
波电流测算工况，获取薄膜电容的纹波电压和纹波电压频率，据此计算获取纹波电流，相比于传统经验估算方法，数值准确性更高，可以应用于工程实际，对于不同型号和功能的车载控制器，具有通用性。
附图说明
41.图1为本技术实施例提供的薄膜电容纹波电流测算系统的功能模块框图；
42.图2为本技术实施例提供的薄膜电容纹波电流测算系统的另一功能模块框图；
43.图3为本技术实施例提供的薄膜电容纹波电流测算系统的示意图；
44.图4为本技术实施例提供的薄膜电容纹波电流测算方法的方法流程图。
具体实施方式
45.现在将详细参照本技术的具体实施例，在附图中例示了本技术的例子。尽管将结合具体实施例描述本技术，但将理解，不是想要将本技术限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本技术的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。
46.为了使本领域技术人员更好地理解本技术，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细说明。
47.注意：接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子，而不作为限制本技术的实施例必须为如下具体的步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本技术的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。
48.现有的经验估算方法，无法准确得到薄膜电容两端的纹波电流，导致电容设计错误,致使薄膜电容温升过高,影响薄膜电容使用寿命。
49.有鉴于此，参见图1所示，本技术实施例提供一种薄膜电容纹波电流测算系统，包括测算工况控制模块100、计算参数获取模块200和纹波电流获取模块300，所述测算工况控制模块100用于控制薄膜电容处于纹波电流测算工况；计算参数获取模块200与所述测算工况控制模块100通信连接，用于当驱动电机控制器处于纹波电流测算工况时，获取薄膜电容的纹波电压和纹波电压频率；纹波电流获取模块300与所述计算参数获取模块200通信连接，用于根据获取的纹波电压和纹波电压频率，计算获取纹波电流。
50.本技术提供的薄膜电容的纹波电流测算系统，通过将被测驱动电机控制器处于纹波电流测算工况，获取薄膜电容的纹波电压和纹波电压频率，据此计算获取纹波电流，相比于传统经验估算方法，数值准确性更高，可以应用于工程实际，对于不同型号和功能的车载控制器，具有通用性。
51.在一实施例中，请参考图2，所述测算工况控制模块100包括最高电压输出控制子模块110、最大电流输出控制子模块120和拐点转速输出控制子模块130，最高电压输出控制子模块110用于控制驱动电机运行在最高工作电压；最大电流输出控制子模块120用于控制驱动电机控制器输出最大电流；拐点转速输出控制子模块130用于控制驱动电机运行于拐点转速。
52.本技术提供的薄膜电容的纹波电流测算方法，获取将被测驱动电机控制器处于极
端上限运行工况时(纹波电流测算工况)的纹波电流，作为薄膜电容的温升及使用寿命的可靠性评价指标，据此评价薄膜电容设计的合理性，以优化的电容设计，保障驱动电机控制器的性能稳定。
53.在一实施例中，所述最大电流输出控制子模块包括电流输出控制单元，所述电流输出控制单元与驱动电机控制器通信连接，用于控制驱动电机控制器运行于最大电流。较具体地，所述电流输出控制单元实现为上位机，所述上位机与驱动电机控制器之间通过can线连接进行通讯，用于控制驱动电机控制器的工作模式及输出电流的大小。本技术中，上位机用于控制驱动电机控制器进入扭矩控制模式。
54.在一实施例中，所述拐点转速输出控制子模块包括测功机以及测功机控制系统，所述测功机与所述驱动电机的电机输出轴传动连接；测功机控制系统与所述测功机通信连接，用于控制测功机带动驱动电机运行的拐点转速。所述测功机控制系统可以实现为控制单元。
55.在一实施例中，本技术提供的薄膜电容纹波电流测算系统还包括电压和电流测试模块，所述电压和电流测试模块包括示波器以及与之电连接的霍尔电流线圈和高压差分探头，所述示波器和霍尔电流线圈相配合用于测试驱动电机的电流，所述示波器和高压差分探头相配合用于测试驱动电机的电压。较具体地，所述示波器数量为两个，第一示波器和所述霍尔电流线圈相配合用于测试驱动电机的电流，所述第二示波器和高压差分探头相配合用于测试驱动电机的电压。
56.在一实施例中，本技术提供的薄膜电容纹波电流测算系统包括电源，所述电源与驱动电机控制器中的薄膜电容电连接，为驱动电机控制器工作时提供稳定的工作电压。较具体地，所述电源为高压直流电源，通过高压电源线与车载驱动控制器中薄膜电容相连接为驱动电机控制器工作时提供稳定的工作电压。
57.在一实施例中，本技术提供的薄膜电容纹波电力测算方法还包括发热功率获取模块，所述发热工况获取模块与所述纹波电流获取模块通信连接，用于根据获取的薄膜电容的纹波电流，计算获取薄膜电容的发热功率。
58.本技术中，电机控制器通过三相电源线uvw与驱动电机m电连接，为电机提供三相交流电，使其输出扭矩。霍尔电流线圈套在被测三相电源线上，测量u相输出电流、v相输出电流和w相输出电流。
59.在一较具体实施例中，本技术薄膜电容纹波电流测算系统实现为图3，包括高压直流电源、测功机、驱动控制器及其上位机、第一示波器、第二示波器、电流探头、高压差分探头等设备仪器。高压直流电源通过高压电源线与车载驱动控制器中薄膜电容相连接为驱动电机控制器工作时提供稳定的工作电压；上位机与驱动电机控制器之间通过can线连接进行通讯，可控制其工作模式及输出电流的大小；驱动电机控制器通过三相电源线uvw与电机m连接为电机提供三相交流电使其输出扭矩；第二示波器配合高压差分探头用于测量薄膜电容两端纹波电压；第一示波器配合霍尔电流线圈测量uvw三相输出电流；测功机通过离合器刚性连接至电机轴端形成传动；测功机控制系统通过can线与测功机进行通讯，可控制测功机输出带动电机运行在目标转速。
60.在一实施例中，通过如上的薄膜电容纹波电流测算系统实现纹波电流的方法步骤如下：
61.步骤1、调节第一示波器至电流采样模式，电流刻度调整至200a，时间刻度调整至易观测即可，将霍尔电流线圈套在被测三相线上，测量u相v相w相输出电流，
62.步骤2、调节第二示波器至交流耦合方式，电压刻度调整至5v，设置带宽为20m，时间刻度调整至易观测即可，将高压查分探头夹在薄膜电容两端纹波电压(注意区分正负极)；
63.步骤3、调节高压直流电源输出，直至达到当前被测系统允许的最高工作电压。
64.步骤4、操作上位机改变驱动电机控制器的工作模式使其处于扭矩控制模式。
65.步骤5、开启测功机通过测功机控制系统缓慢调节电机运行转速使其稳定运行在电机拐点转速。
66.步骤6、操作上位机缓慢调节驱动电机控制器的输出扭矩，同时观测示波器1的采样电流，直至达到驱动电机控制器输出最高工作电流且电流波形稳定无畸变。
67.步骤7、当稳定在测算工况后，调节示波器2观测并记录薄膜电容两端纹波电压峰值及纹波电压频率作为后续计算参数。
68.步骤8、由测算系统获得薄膜电容两端纹波电压峰值u和纹波电压频率f，则可根据式2计算得出电容两端纹波电流的具体数值：
69.ic＝2πfc
×uꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式1
70.式1中，f为薄膜电容两端纹波电压频率；c为被测薄膜电容容值；u为薄膜电容两端纹波电压峰值；
[0071][0072]
式2中，p为薄膜电容发热功率；ic为被测薄膜电容两端文波电流；r
esr
为薄膜电容等效串联电阻
[0073]
结合式1及式2可得到薄膜电容两端的纹波电流及薄膜电容的发热功率，此参数可供设计人员有效评估薄膜电容设计是否合理，在系统运行过程中是否会出现过温升过高的情况，影响其使用寿命。
[0074]
基于同一发明构思，请参考图4，本技术提供的薄膜电容纹波电流测算方法，包括以下步骤：
[0075]
步骤s100、控制薄膜电容处于纹波电流测算工况；
[0076]
步骤s200、当驱动电机控制器处于纹波电流测算工况时，获取薄膜电容的纹波电压和纹波电压频率；
[0077]
步骤s300、根据获取的纹波电压和纹波电压频率，获取纹波电流。
[0078]
在一实施例中，所述控制薄膜电容处于纹波电流测算工况步骤,具体包括以下步骤：
[0079]
调节第一示波器至电流采样模式，霍尔电流线圈套在被测电源线上，通过示波器测试获取驱动电机的工作电流；
[0080]
调节第二示波器至交流耦合模式，将高压查分探头夹在薄膜电容两端，通过示波器测试获取驱动电机的工作电压；
[0081]
调节电源输出至被测驱动电机允许的最高工作电压；
[0082]
控制驱动电机控制器控制器处于扭矩控制模式，调节驱动电机控制器的输出扭矩，至驱动电机控制器输出最高工作电流并且电流波形稳定；
[0083]
通过测功机控制系统控制测功机，至驱动电机转速稳定运行在拐点转速。
[0084]
在一实施例中，所述当驱动电机控制器处于纹波电流测算工况时，获取薄膜电容的纹波电压和纹波电压频率步骤，具体包括以下步骤：
[0085]
通过示波器获取薄膜电容两端纹波电压峰值和纹波电压频率。
[0086]
本技术提供的薄膜电容纹波电流测算方法适用于电机控制器或域控制器中的薄膜电容的纹波电流的准确测算。
[0087]
基于同一发明构思，本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的所有方法步骤或部分方法步骤。
[0088]
本技术实现上述方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
[0089]
基于同一发明构思，本技术实施例还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器上储存有在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法中的所有方法步骤或部分方法步骤。
[0090]
所称处理器可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，处理器是计算机装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机装置的各个部分。
[0091]
存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现计算机装置的各种功能。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(例如声音播放功能、图像播放功能等)；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(例如音频数据、视频数据等)。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
[0092]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、服务器或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的
计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0093]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、服务器和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0094]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0095]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0096]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种薄膜电容纹波电流测算系统，其特征在于，包括：测算工况控制模块，用于控制薄膜电容处于纹波电流测算工况；计算参数获取模块，与所述测算工况控制模块通信连接，用于当驱动电机控制器处于纹波电流测算工况时，获取薄膜电容的纹波电压和纹波电压频率；纹波电流获取模块，与所述计算参数获取模块通信连接，用于根据获取的纹波电压和纹波电压频率，计算获取纹波电流。2.如权利要求1所述的薄膜电容纹波电流测算系统，其特征在于，所述测算工况控制模块包括：最高电压输出控制子模块，用于控制驱动电机运行在最高工作电压；最大电流输出控制子模块，用于控制驱动电机控制器输出最大电流；拐点转速输出控制子模块，用于控制驱动电机运行于拐点转速。3.如权利要求2所述的薄膜电容纹波电流测算系统，其特征在于，所述最大电流输出控制子模块包括电流输出控制单元，所述电流输出控制单元与驱动电机控制器通信连接，用于控制驱动电机控制器运行于最大电流。4.如权利要求2所述的薄膜电容纹波电流测算系统，其特征在于，所述拐点转速输出控制子模块包括：测功机，与所述驱动电机的电机输出轴传动连接；测功机控制系统，与所述测功机通信连接，用于控制测功机带动驱动电机运行的拐点转速。5.如权利要求1所述的薄膜电容纹波电流测算系统，其特征在于，还包括电压和电流测试模块，所述电压和电流测试模块包括：示波器以及与之电连接的霍尔电流线圈和高压差分探头，所述示波器和霍尔电流线圈相配合用于测试驱动电机的电流，所述示波器和高压差分探头相配合用于测试驱动电机的电压。6.如权利要求1所述的薄膜电容纹波电流测算系统，其特征在于，还包括发热功率获取模块，所述发热工况获取模块与所述纹波电流获取模块通信连接，用于根据获取的薄膜电容的纹波电流，计算获取薄膜电容的发热功率。7.一种薄膜电容纹波电流测算方法，其特征在于，包括以下步骤：控制薄膜电容处于纹波电流测算工况；当驱动电机控制器处于纹波电流测算工况时，获取薄膜电容的纹波电压和纹波电压频率；根据获取的纹波电压和纹波电压频率，获取纹波电流。8.如权利要求7所述的薄膜电容纹波电流测算方法，其特征在于，所述控制薄膜电容处于纹波电流测算工况步骤,具体包括以下步骤：调节第一示波器至电流采样模式，霍尔电流线圈套在被测电源线上，通过示波器测试获取驱动电机的工作电流；调节第二示波器至交流耦合模式，将高压查分探头夹在薄膜电容两端，通过示波器测试获取驱动电机的工作电压；调节电源输出至被测驱动电机允许的最高工作电压；
控制驱动电机控制器控制器处于扭矩控制模式，调节驱动电机控制器的输出扭矩，至驱动电机控制器输出最高工作电流并且电流波形稳定；通过测功机控制系统控制测功机，至驱动电机转速稳定运行在拐点转速。9.如权利要求7所述的薄膜电容纹波电流测算方法，其特征在于，所述当驱动电机控制器处于纹波电流测算工况时，获取薄膜电容的纹波电压和纹波电压频率步骤，具体包括以下步骤：通过示波器获取薄膜电容两端纹波电压峰值和纹波电压频率。10.如权利要求7所述的薄膜电容纹波电流测算方法，其特征在于，所述根据获取的纹波电压和纹波电压频率，获取纹波电流步骤，具体包括以下步骤：将获取的纹波电压和纹波电压频率，根据下式进行数值变换，计算获取纹波电流i
c
：i
c
＝2πfc
×
u；式中，f为薄膜电容两端的纹波电压频率，c为被测薄膜电容容值，u为薄膜电容的两端纹波电压。

技术总结
本申请公开了薄膜电容纹波电流测算系统及方法，涉及电机控制器及域控制器技术领域，系统包括测算工况控制模块、计算参数控制模块以及纹波电流获取模块，测算工况控制模块用于控制薄膜电容处于纹波电流测算工况；计算参数获取模块用于当驱动电机控制器处于纹波电流测算工况时，获取薄膜电容的纹波电压和纹波电压频率；纹波电流获取模块与所述计算参数获取模块通信连接，用于根据获取的纹波电压和纹波电压频率计算获取纹波电流。本申请通过将被测驱动电机控制器处于纹波电流测算工况，获取薄膜电容的纹波电压和纹波电压频率，以获取准确性更高的纹波电流值，应用于工程实际，对于不同型号和功能的车载控制器具有通用性。同型号和功能的车载控制器具有通用性。同型号和功能的车载控制器具有通用性。


技术研发人员：刘永辉 陈舜 郑春阳
受保护的技术使用者：智新控制系统有限公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/9/9