本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车高速动力电源故障应急供电控制方法及装置。
背景技术：
新能源电动汽车主要动力构成部分包括：电池包、主驱电机及电控、助力转向电机及电控、气泵电机及电控；其中，助力转向电机和气泵电机作为辅驱电机，分别用于实现助力转向功能和刹车功能；这三个电机及电控的能量来源均为电池包。一旦车辆运行于中高速状态时电池包故障或其它故障引起电源断开，则将导致所有电机系统均会瞬间失去动力源，助力转向电机及电控停止运行将造成车辆转向困难，气泵电机及电控停止运行将可能造成整车刹车失灵，对车上乘客及司机的人身安全造成极大威胁。
为了确保车上乘客及司机的人身安全，现有技术通常通过增加额外的直流升压电路，将低压辅助电源电压升高作为助力转向电机及电控、气泵电机及电控的电源；或者，通过为辅驱电机增加额外低压绕组，并通过低压电控从低压辅助电源取电，以维持辅驱电机在电源断开后继续运行。
但是上述方案中，额外增加的硬件均会导致系统成本的增加，且低压辅助电源本身的容量较小，可能短时间内即被完全消耗掉，电动汽车在高速失电的情况下助力转向及刹车功能的有效时长较短，并不能确保电动汽车能够安全停靠。
技术实现要素：
本发明提供一种电动汽车高速动力电源故障应急供电控制方法及装置，以解决现有技术中成本高及可靠性低的问题。
为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种电动汽车高速动力电源故障应急供电控制方法，电动汽车的主驱电控和辅驱电控均通过直流母线接收电源供电，所述主驱电控控制所述电动汽车的主驱电机运转，所述辅驱电控控制所述电动汽车的辅驱电机运转；所述电动汽车高速动力电源故障应急供电控制方法包括：
实时判断所述电源是否断开；
若所述电源未断开，则保持所述主驱电控的工作模式为正常转矩模式；
若所述电源断开，则调整所述主驱电控的工作模式为直流母线电压闭环控制模式，使所述主驱电机工作于发电模式、通过所述直流母线为所述辅驱电机供电。
优选的，所述实时判断所述电源是否断开包括：
判断当前直流母线电压是否大于工作电压范围上限或者小于工作电压范围下限；
若所述当前直流母线电压大于所述工作电压范围上限或者小于所述工作电压范围下限，则判断母线电压变化率是否大于电压变化率上限或者小于电压变化率下限；
若所述母线电压变化率大于所述电压变化率上限或者小于所述电压变化率下限，则判定所述电动汽车的电源断开。
优选的，所述调整所述电动汽车的主驱电控的工作模式为直流母线电压闭环控制模式包括：
根据给定电压与实际直流侧电压进行PI调节，得到PI输出信号；
根据所述PI输出信号、所述主驱电机的当前转速及所述电动汽车的辅驱电控发送的功率需求量，计算得到参考转矩；
以所述参考转矩通过查表或计算得到所述主驱电控d、q轴电流给定值，进而完成电机控制。
优选的，所述根据给定电压与实际直流侧电压进行PI调节，得到PI输出信号包括：
计算得到给定电压减去实际直流侧电压的差值；
将所述差值进行PI调节，得到所述PI输出信号。
优选的，所述根据给定电压与实际直流侧电压进行PI调节，得到PI输出信号包括：
分别计算得到给定电压的平方值及实际直流侧电压的平方值；
计算得到给定电压的平方值减去实际直流侧电压的平方值的差值；
将所述差值进行PI调节，得到所述PI输出信号。
优选的，所述根据所述PI输出信号、所述主驱电机的当前转速及所述电动汽车的辅驱电控发送的功率需求量，计算得到参考转矩包括：
计算得到所述功率需求量除以所述当前转速的商；
将所述商与所述PI输出信号求和后进行反向计算，得到所述参考转矩；
或者，所述根据所述PI输出信号、所述主驱电机的当前转速及所述电动汽车的辅驱电控发送的功率需求量，计算得到参考转矩包括：
将所述PI输出信号与所述功率需求量求和；
将所述PI输出信号与所述功率需求量的和除以所述当前转速并进行反向计算，得到所述参考转矩。
优选的，所述保持所述电动汽车的主驱电控的工作模式为正常转矩模式包括：
以所述参考转矩通过查表或计算得到所述主驱电控d、q轴电流给定值，进而完成电机控制。
一种电动汽车高速动力电源故障应急供电控制装置，电动汽车的主驱电控和辅驱电控均通过直流母线接收电源供电，所述主驱电控控制所述电动汽车的主驱电机运转，所述辅驱电控控制所述电动汽车的辅驱电机运转；所述电动汽车高速动力电源故障应急供电控制装置包括：
判断模块，用于实时判断所述电源是否断开；
调制模块，用于若所述电源未断开，则保持所述主驱电控的工作模式为正常转矩模式；若所述电源断开，则调整所述主驱电控的工作模式为直流母线电压闭环控制模式，使所述主驱电机工作于发电模式、通过所述直流母线为所述辅驱电机供电。
优选的，所述判断模块用于实时判断所述电源是否断开时，具体用于：
判断当前直流母线电压是否大于工作电压范围上限或者小于工作电压范围下限；
若所述当前直流母线电压大于所述工作电压范围上限或者小于所述工作电压范围下限，则判断母线电压变化率是否大于电压变化率上限或者小于电压变化率下限；
若所述母线电压变化率大于所述电压变化率上限或者小于所述电压变化率下限，则判定所述电动汽车的电源断开。
优选的，所述调制模块包括：
第一加法器，用于计算得到给定电压Udc_ref减去实际直流侧电压Udc的差值；
PI控制器，用于对所述差值进行PI调节，得到PI输出信号；
第一计算器，用于计算得到所述电动汽车的辅驱电控发送的功率需求量除以所述主驱电机的当前转速的商；
第二加法器，用于计算得到所述商与所述PI输出信号的和；
第二计算器，用于对所述和进行反向计算，得到参考转矩；
可控开关，用于将所述参考转矩作为所述主驱电控得到d、q轴电流给定值的转矩给定值。
优选的，所述调制模块包括：
第一加法器，用于计算得到给定电压Udc_ref减去实际直流侧电压Udc的差值；
PI控制器，用于对所述差值进行PI调节，得到PI输出信号；
第二加法器，用于计算得到所述电动汽车的辅驱电控发送的功率需求量与所述PI输出信号的和；
计算器，用于将所述和除以所述主驱电机的当前转速，并进行反向计算，得到参考转矩；
可控开关，用于将所述参考转矩作为所述主驱电控得到d、q轴电流给定值的转矩给定值。
优选的，所述调制模块还包括：
第一乘法器，用于计算得到给定电压的平方值Udc_ref2；
第二乘法器，用于计算得到实际直流侧电压的平方值Udc2；
所述第一加法器用于计算得到的差值为给定电压Udc_ref的平方值 Udc_ref2减去实际直流侧电压的平方值Udc2的差值。
优选的，所述电动汽车高速动力电源故障应急供电控制装置集成于所述主驱电控或者所述电动汽车的整车控制器中。
本发明提供的电动汽车高速动力电源故障应急供电控制方法，其电动汽车中的主驱电控和辅驱电控均通过直流母线接收电源供电，再分别为各自的电机供电；当判断电源断开后，即调整主驱电控的工作模式为直流母线电压闭环控制模式，使主驱电机工作于发电模式、通过直流母线为辅驱电机供电。也即本方案中，当电动汽车发生高速动力电源故障时，由主驱电机的机械能转化为电能进而为辅驱电机供电，无需额外增加供电电路，相比现有技术降低了硬件成本；并且，通过将机械能转化为电能为辅驱电机供电，使得电动汽车在失去电源供电的故障情况下，其转向及刹车功能随着主驱电机的运转一直有效，使车辆可以减速并停靠路边，有效保证乘客及司机的人身安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的电动汽车的主电气电路图；
图2是本发明实施例提供的电动汽车的电源断开后主电气等效电路图；
图3是本发明实施例提供的电动汽车高速动力电源故障应急供电控制方法的流程图；
图4是本发明另一实施例提供的电动汽车高速动力电源故障应急供电控制方法的具体流程图；
图5是本发明另一实施例提供的电动汽车高速动力电源故障应急供电控制装置的控制框图；
图6是本发明另一实施例提供的电动汽车高速动力电源故障应急供电控制装置的另一控制框图；
图7是本发明另一实施例提供的电动汽车高速动力电源故障应急供电控制装置的另一控制框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
电动汽车内，主驱电控和辅驱电控均通过直流母线接收电源供电，主驱电控控制电动汽车的主驱电机运转，辅驱电控控制电动汽车的辅驱电机运转；具体可以参见图1，电池包301作为电源、通过快速熔断器302和主接触器303 与直流母线相连；辅驱电机包括助力转向电机102和气泵电机103，辅驱电控包括电控202和203；主驱电控201、电控202和203的直流侧共母线连接且各自连接有一个直流侧电容，各个电控还分别通过CAN总线与电动汽车的整车控制器通信、接收来自整车控制器的命令并向整车控制器上传信息；主驱电控201的交流侧与主驱电机101相连、控制主驱电机101运转，电控202的交流侧与助力转向电机102相连、控制助力转向电机102运转进而实现助力转向功能，电控203的交流侧与气泵电机103相连、控制气泵电机103运转进而实现刹车功能。正常情况下快速熔断器302导通、主接触器303闭合，主驱系统和辅驱系统均经过快速熔断器302及主接触器303连接在电池包301上，统一由电池包301为其供电。
当电池包301发生故障、快速熔断器302因过流而断开或者其它故障而引起电源断开，此时的电路结构如图2所示，主驱系统和辅驱系统均会失去供电而无法正常运行；如果此时电动汽车运行于中高速状态，则由于助力转向电机和气泵电机失去供电而导致的转向困难和刹车失灵，将会对车上乘客及司机的人身安全造成极大威胁。为了避免上述情况发生、同时解决现有技术中成本高及可靠性低的问题，本实施例提供了一种电动汽车高速动力电源故障应急供电控制方法，参见图3，包括：
S101、实时判断电源是否断开；
具体的，实时判断电源是否断开，可以首先判断当前直流母线电压Udc 是否大于工作电压范围上限UdcH或小于工作电压范围下限UdcL，若上述条件不成立则执行步骤S102；若上述条件成立则继续判断母线电压变化率 D_Udc是否大于电压变化率上限D_UdcH或小于电压变化率下限D_UdcL，若此条件不成立则执行步骤S102，若此条件成立则执行步骤S103。
利用判断母线电压范围及其变化率即可准确判断当前电池包是否已与直流母线断开，来检测出是否发生电源断开故障。
S102、保持主驱电控的工作模式为正常转矩模式；
车辆正常运行情况下辅驱系统处于转速环运行模式，以一定的速度匀速运行；而主驱电控通过转矩环控制主驱电机运行，接收整车控制器下发的转矩指令值，将其作为主驱电控通过查表或者计算方法得到d、q轴电流给定值时所用到的转矩给定值，控制主驱电机输出相应转矩为整车提供动力。
S103、调整主驱电控的工作模式为直流母线电压闭环控制模式，使主驱电机工作于发电模式、通过直流母线为辅驱电机供电。
当电动汽车在高速运行时发生电源故障或断开情况后，通过调整主驱电控的工作模式为直流母线电压闭环控制模式，实现对直流母线电压的控制，维持直流母线电压恒定；当辅驱电机需要运行的时候，由于主驱系统与辅驱系统共直流母线，通过控制主驱电机工作于发电模式，将机械能转化为电能为辅驱系统提供能量，同时也会使车辆减速，提高主接触器断开后车辆的安全性。
本实施例提供的该电动汽车高速动力电源故障应急供电控制方法，当电动汽车发生高速动力电源故障时，由主驱电机的机械能转化为电能进而为辅驱电机供电，在不增加系统成本的前提下，仅需按图1所示的共母线结构连接主电气电路，在现有控制系统上增加直流母线电压闭环控制环及相应的通信，即可确保当电源故障或断开情况后车辆转向、刹车继续运行；由于无需额外增加供电电路，相比现有技术简单易行且降低了硬件成本。并且，通过将机械能转化为电能为辅驱电机供电，使得电动汽车在失去电源供电的故障情况下，其转向及刹车功能随着主驱电机的运转一直有效，使车辆可以减速并停靠路边，有效保证乘客及司机的人身安全。
值得说明的是，现有技术中若其主驱电机采用永磁同步电机，则当车速很高时，主驱电机的反电势可能会大于主驱电控的极限耐压，若电源突然断开会造成主驱电控中功率器件及直流侧电容过压击穿。因此，现有技术中通常在直流电源故障或断开情况后，通过三相逆变桥将永磁同步电机三相定子短路，防止高压反电动势损坏电控关键功率器件及直流侧电容。虽然短路永磁同步电机三相定子可以有效避免电控功率器件因过压损坏问题，但短路瞬间流过功率器件的电流很大，可能使电控功率器件因过流而损坏；或因过流而触发系统过流保护，致使功率器件关断，此时又会产生高压反电动势最终导致功率器件因过压而损坏；而且此方法严重依赖电机电感等参数，当电机参数不合适将会造成上述事件发生，不具有通用性。
而本实施例提供的该电动汽车高速动力电源故障应急供电控制方法，当电动汽车发生高速动力电源故障时，通过对直流母线电压进行闭环控制，可以保证主驱电控内的关键功率器件及直流侧电容不被击穿。即便主驱电机为永磁同步电机，也可有效避免因电机反电动势超过系统耐压而损坏各个电控中功率器件及直流侧电容的问题，并且不依赖电机电感等参数。
因此，本实施例提供的该电动汽车高速动力电源故障应急供电控制方法，还具有良好的适应性，无论主驱系统采用永磁同步电机或异步电机或是其他电机，如开关磁阻电机、无刷直流电机等，都可低成本且有效地避免因高速时断电而导致的转向、刹车失灵问题。
本发明另一实施例还提供了一种具体的电动汽车高速动力电源故障应急供电控制方法，在上述实施例及图1至图3的基础之上，优选的，参见图4，步骤S103包括：
S201、根据给定电压Udc_ref与实际直流侧电压Udc进行PI调节，得到 PI输出信号；
在具体的实际应用中，步骤S201可以为：
计算得到给定电压Udc_ref减去实际直流侧电压Udc的差值；将差值进行 PI调节，得到PI输出信号；参见图5和图6。
或者，步骤S201也可以为：
分别计算得到给定电压的平方值Udc_ref2及实际直流侧电压的平方值 Udc2；计算得到给定电压的平方值Udc_ref2减去实际直流侧电压的平方值Udc2的差值；将差值进行PI调节，得到PI输出信号；参见图7。
S202、根据PI输出信号、主驱电机的当前转速及电动汽车的辅驱电控发送的功率需求量，计算得到参考转矩；
具体的，步骤S202可以为：
计算得到功率需求量P_can除以当前转速Speed的商；将商与PI输出信号求和后进行反向计算，得到参考转矩Te_ref；参见图5。
或者，步骤S202还可以为：
将PI输出信号与功率需求量P_can求和；将PI输出信号与功率需求量 P_can的和除以当前转速Speed并进行反向计算，得到参考转矩Te_ref；参见图6和图7。
S203、以参考转矩通过查表或计算得到主驱电控d、q轴电流给定值，进而完成电机控制。
本实施例内，增加可控开关S；正常情况下，整车控制器下发的转矩指令值(即图5至图7中的Te*)，通过可控开关S输入至主驱电控，作为其通过查表或者计算方法得到d、q轴电流给定值时所用到的转矩给定值，使主驱电控控制主驱电机输出相应转矩为整车提供动力。
当发生电源故障或者断开情况时，通过可控开关S，将主驱电控通过查表或者计算方法得到d、q轴电流给定值时所用到的转矩给定值，调整为通过步骤S202计算得到的参考转矩Te_ref，即直流母线电压闭环控制输出的转矩。
以图5所示的控制框图为例进行说明，首先利用给定电压Udc_ref与实际直流侧电压Udc做差，经过PI控制器将做差得到的电压差值放大后作为PI 输出信号，此处为转矩信号，并与经过CAN通信接收来自辅驱电控的功率需求量P_can除以当前转速Speed作为的前馈补偿转矩量相加，最后经过反向作为转矩给定。
当辅驱系统工作时会消耗电能，导致直流侧母线电压降低，实际直流侧电压Udc低于给定电压Udc_ref时，PI控制器会输出正的转矩，经过反向后变为负转矩，即控制主驱电机处于发电状态，使得实际直流侧电压Udc回升达到给定电压Udc_ref并稳定在给定电压Udc_ref。同时通过CAN总线接收的功率需求量P_can转化为转矩作为前馈叠加在转矩给定上，使得系统迅速响应转矩命令、对直流母线电压进行快速控制，减小系统母线电压下跌幅值。
也即，该直流母线电压闭环控制模式是电压外环转矩(电流)内环的控制模式，最终将直流母线电压稳定在设定值，即给定电压Udc_ref；给定电压 Udc_ref应在系统可正常工作时的母线电压范围内，最好选取为系统直流侧额定母线电压。
主驱电控在得到参考转矩Te_ref后，根据参考转矩Te_ref和当前转速Speed 进行查表或者计算，得到d轴电流给定值id*和q轴电流给定值iq*；主驱电机的电压采样和转角θ经过Clark Park变换后得到实际d轴电流值id和实际q 轴电流值iq；将d轴电流给定值id*和q轴电流给定值iq*分别与实际d轴电流值id和实际q轴电流值iq对应做差，再各自经过PI调节后分别与d轴解耦量 Vd_ff和q轴解耦量Vq_ff求和，求得的和与主驱电机的转角θ依次经过Ipark 变换和SVPWM生成功率器件的调制波，使功率器件将实际直流侧电压Udc 变换为合适的三相交流电供给主驱电机。
图6和图7中的PI输出信号为功率信号，其他原理与上述内容相似，此处不再一一赘述。
本发明另一实施例还提供了一种电动汽车高速动力电源故障应急供电控制装置，应用于图1所示的主电路中，电动汽车的主驱电控和辅驱电控均通过直流母线接收电源供电，主驱电控控制电动汽车的主驱电机运转，辅驱电控控制电动汽车的辅驱电机运转；该电动汽车高速动力电源故障应急供电控制装置包括：
判断模块101，用于实时判断电源是否断开；
调制模块102，用于若电源未断开，则保持主驱电控的工作模式为正常转矩模式；若电源断开，则调整主驱电控的工作模式为直流母线电压闭环控制模式，使主驱电机工作于发电模式、通过直流母线为辅驱电机供电。
优选的，判断模块101用于判断电动汽车的电源是否断开时，具体用于：
判断当前直流母线电压是否大于工作电压范围上限或者小于工作电压范围下限；
若当前直流母线电压大于工作电压范围上限或者小于工作电压范围下限，则判断母线电压变化率是否大于电压变化率上限或者小于电压变化率下限；
若母线电压变化率大于电压变化率上限或者小于电压变化率下限，则判定电动汽车的电源断开。
优选的，调制模块101如图5所示，包括：
第一加法器，用于计算得到给定电压Udc_ref减去实际直流侧电压Udc的差值；
PI控制器，用于对差值进行PI调节，得到PI输出信号；
第一计算器，用于计算得到电动汽车的辅驱电控发送的功率需求量除以主驱电机的当前转速的商；
第二加法器，用于计算得到商与PI输出信号的和；
第二计算器，用于对和进行反向计算，得到参考转矩；
可控开关，用于将参考转矩作为主驱电控得到d、q轴电流给定值的转矩给定值，即根据参考转矩能够通过查表或计算得到主驱电控d、q轴电流给定值，进而完成电机控制。
或者，调制模块101如图6所示，包括：
第一加法器，用于计算得到给定电压Udc_ref减去实际直流侧电压Udc的差值；
PI控制器，用于对差值进行PI调节，得到PI输出信号；
第二加法器，用于计算得到电动汽车的辅驱电控发送的功率需求量与PI 输出信号的和；
计算器，用于将和除以主驱电机的当前转速，并进行反向计算，得到参考转矩；
可控开关，用于将参考转矩作为主驱电控得到d、q轴电流给定值的转矩给定值，即根据参考转矩能够通过查表或计算得到主驱电控d、q轴电流给定值，进而完成电机控制。
或者，调制模块在图5或图6的基础之上还包括：
第一乘法器，用于计算得到给定电压的平方值Udc_ref2；
第二乘法器，用于计算得到实际直流侧电压的平方值Udc2；
第一加法器用于计算得到的差值为给定电压的平方值Udc_ref2减去实际直流侧电压的平方值Udc2的差值；
图7所示为在图6的基础上增加两个乘法器的情况，在图5的基础上增加两个乘法器的情况未进行图示，也在本申请的保护范围内。
优选的，电动汽车高速动力电源故障应急供电控制装置集成于主驱电控或者电动汽车的整车控制器中。
该电动汽车高速动力电源故障应急供电控制装置，可以嵌入到主驱、辅驱集成的多合一产品中、由主驱电控来实现，也可以嵌入到整车控制器中、由整车控制器向主驱电控下发直流母线电压闭环控制命令来实现，因此，本装置具有良好的可移植性，可以应用于多合一产品也可以应用于分立的单电控整车系统，此处不做具体限定，视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。