CN101453192A - 动力输出装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的动力输出装置包括相连的温度传感器和电机控制器，温度传感器用于检测动力电池组的实际温度并输出温度信号，电机控制器用于采集温度信号得到实际温度值，电机控制器还用于当实际温度值小于最低运行温度值时输出控制电机锁止的PWM控制信号并在实际温度值达到最低运行温度值时停止输出控制电机锁止的PWM控制信号；本发明提供的动力输出控制方法包括检测动力电池组的实际温度值；将检测到的实际温度值与最低运行温度值进行比较；当检测到的实际温度值小于最低运行温度值时控制电机锁止并在所检测到的实际温度值达到最低运行温度值时解除电机锁止。采用本发明提供的动力输出装置及其控制方法解决了动力电池组在低温下放电性能降低的问题。

Description

动力输出装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及动力输出装置，尤其涉及一种可以提高动力电池组低温性能的动力输出装置及其控制方法。

背景技术

动力电池组作为能量储存供给装置，是混合动力汽车、电动车等采用电动力的车辆中电机的能量来源。动力电池组的放电性能直接影响到这些车辆中电机的运行能力。动力电池组在低温下由于电池内部的化学反应速度变慢，内阻增大，导致放电性能降低，无法完全释放能量，且放电电流也无法满足车辆运行的要求。为了改善动力电池组在低温下的放电性能，混合动力汽车领域通常采用小循环充放电，如CN1436395A公开了一种动力输出装置及控制方法，采用温度传感器检测动力电池组的温度，并在检测到的温度过低因而不能供给驱动使用时通过由功率变换器及电机构成的升压电路对电池进行循环充放电，通过在充放电过程中流过电池的电流大幅波动使电池迅速加温，达到提高电池活性的目的。但对于动力电池组是锂电池或其他在低温下充电会造成不可逆损伤的电池而言，该动力输出装置及控制方法并不适用。

发明内容

本发明的目的是针对动力电池组在低温下放电性能降低的问题，提供一种适宜任何一种动力电池的提高动力电池组低温性能的动力输出装置及其控制方法。

本发明提供的动力输出装置包括温度传感器和电机控制器，电机控制器与温度传感器相连，所述温度传感器用于检测动力电池组的实际温度并输出温度信号，电机控制器用于采集所述温度信号并根据温度信号得到实际温度值，其中所述电机控制器还用于当所述实际温度值小于最低运行温度值时输出控制电机锁止的PWM控制信号，并在所述实际温度值达到最低运行温度值时停止输出控制电机锁止的PWM控制信号。

本发明提供的动力输出的控制方法包括检测动力电池组的实际温度值；将所检测到的实际温度值与最低运行温度值进行比较；其中该方法还包括当所检测到的实际温度值小于最低运行温度值时控制电机锁止，并在所检测到的实际温度值达到最低运行温度值时解除电机锁止。

本发明提供的动力输出装置及其控制方法设定了动力电池组的放电能力可以满足车辆运行要求的最低运行温度值，并实时采集动力电池组的实际温度值，将实际温度值与最低运行温度值比较，当实际温度值低于最低运行温度值、即在此实际温度下动力电池组的放电能力无法满足车辆运行要求时，控制电机锁止。这时由于电机锁止使动力电池组经由电机的线圈形成放电回路，而放电所产生的热量使得动力电池组的温度升高，从而导致电池的内阻降低，增强了动力电池的放电能力，而不需要额外对动力电池进行充电。采用本发明提供的动力输出装置及其控制方法解决了动力电池组在低温下放电性能降低的问题，可以提高任何一种动力电池组的低温性能。对于锂电池或其他在低温下充电会造成不可逆损伤的电池而言，由于在整个过程中没有对电池进行充电或放电操作，因此不会造成不可逆的损伤。

附图说明

图1为本发明提供的动力输出装置的电路结构图；

图2为本发明提供的动力输出装置的电机控制器的结构框图；

图3为本发明提供的动力输出装置的电机控制器的优选实施方式的结构框图；

图4为本发明提供的动力输出装置的优选实施方式的电路结构图；

图5为本发明提供的动力输出的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的动力输出装置及其控制方法做进一步的详细描述。

图1为本发明提供的动力输出装置的结构图。如图1所示，本发明提供的动力输出装置包括温度传感器21和电机控制器10，电机控制器10与温度传感器21相连，所述温度传感器21用于检测动力电池组20的实际温度并输出温度检测信号，所述电机控制器10用于采集所述温度检测信号并根据温度检测信号得到实际温度值，其中，所述电机控制器10还用于当所述实际温度值小于最低运行温度值时输出控制电机12锁止的PWM控制信号，并在所述实际温度值达到最低运行温度值时停止输出控制电机12锁止的PWM控制信号。

所述温度传感器21设置在动力电池组20的表面，对动力电池组20的实际温度进行实时检测。所述温度传感器21为任意检测温度并输出温度信号的温度传感器，如热敏电阻等接触式测量传感器、红外测温仪。

所述电机12为任意可以利用多相交流电驱动，将交流电能转换为动能输出，或将动能转换为交流电能输出的电机，例如可以为三相交流电动机，优选情况下为三相交流永磁同步电动机。

由于电机12采用三相交流电源供电，而动力电池组20输出直流电，可通过开关器件11将直流电转换为三相交流电后再供给电机12驱动使用。

所述开关器件11由六个智能功率模块(IPM)组成，每两个IPM串联构成的支路并联在动力电池组20的正极母线和负极母线之间，且每两个串联的IPM的连接点分别与电机12的三相线圈(U相、V相、W相)相连接，则电机12的每一相线圈都具有上桥臂和下桥臂，三个IPM连接于电机12的上桥臂并与动力电池组20的正极母线相连接，另三个IPM连接于电机12的下桥臂并与动力电池组20的负极母线相连接，其中每个IPM包括一个开关元件和与该开关元件反向并联的续流二极管。

所述开关元件为任意可以由PWM控制信号来控制其通断的可控开关元件。优选情况下，所述开关元件为图1所示的具有高开关频率的IGBT晶体管VT1-VT6。

如图1所示，动力电池组20的正极母线分别与IGBT晶体管VT1、VT3和VT5的源极连接，负极母线分别与IGBT晶体管VT2、VT4和VT6的漏极连接，IGBT晶体管VT1-VT6的栅极分别与电机控制器10的输出端连接。由电机控制器10驱动开关器件11中各晶体管的通断进行开关控制来将动力电池组20输出的直流电转换为三相交流电供给电机12驱动使用。通过对开关器件11中各晶体管的开关控制将直流电转换为三相交流电为本领域技术人员所公知。

所述电机控制器10为任意可以根据电机控制程序输出PWM控制信号的控制器，例如可以为PLC或单片机。PWM控制信号控制IGBT晶体管VT1-VT6的导通顺序、关断时间与导通时间，为本领域技术人员所公知。

如图2所示，所述电机控制器10包括信号采集单元1、比较单元2和控制单元3。所述信号采集单元1用于采集温度信号，根据温度信号得到实际温度值，并将所述实际温度值发送至比较单元2。

所述比较单元2用于将实际温度值与最低运行温度值进行比较，并将比较结果发送至控制单元3。

所述最低运行温度值是用来判定动力电池组20是否能达到额定输出或输出驱动电机12所必要的功率的温度值，由动力电池组20的规格等决定。根据最低运行温度值来判断是否对动力电池组20进行加温处理。当实际温度值大于或等于最低运行温度值时，动力电池组20可向电机12供给必要的电力并能进行正常的电机驱动，当实际温度值小于最低运行温度值时，动力电池组20内阻相应增加，不能供给电机12充足的电力以供正常驱动，需要对动力电池组20进行加温处理。优选情况下，所述最低运行温度值的范围为10摄氏度至15摄氏度。

所述控制单元3用于根据所述比较单元2的比较结果输出控制电机12锁止的PWM控制信号。控制电机12锁止的PWM控制信号为控制与电机12其中一相线圈相连的电机12一侧桥臂上的一个IPM中的IGBT晶体管导通、与电机12另两相线圈相连的电机12另一侧桥臂上的两个IPM中的IGBT晶体管导通的PWM控制信号。

控制单元3根据比较单元2的实际温度值小于最低运行温度值的比较结果输出控制电机12锁止的PWM控制信号。如图1所示，控制单元3输出控制信号到开关器件11，控制电机12的U相上桥臂的IGBT晶体管VT1、V相下桥臂的IGBT晶体管VT6和W相下桥臂的IGBT晶体管VT2导通。电流由动力电池组20的正极母线流出，经电机定子三相绕组流回负极母线形成放电回路，由于电流流向不变而形成的定向磁场将电机转子锁止在某一位置。由于动力电池组20放电电流流过回路而产生的温度升高使得电池内阻降低，由此使动力电池能充分发挥其性能。

控制单元3根据比较单元2的实际温度值达到最低运行温度值的比较结果停止输出控制电机12锁止的PWM控制信号，并按照正常电机控制策略由电机器控制器10驱动开关器件11中各晶体管的通断进行开关控制，将动力电池组20输出的直流电转换为三相交流电供给电机12驱动使用。

由于所述动力输出装置运用于电动汽车，当对动力电池组20进行加温处理而对电机12进行锁止时，电机转子停止转动，无法驱动车辆运行。因此对动力电池组20的加温处理只能在车辆停止运行的情况下进行。

因此，优选情况下，所述电机控制器10还用于采集车速信号，根据车速信号得到车速值，所述电机控制器10还用于当所述实际温度值小于最低运行温度值且所述车速值等于零时输出控制电机12锁止的PWM控制信号。如图3所示，所述电机控制器10还包括判断单元4。

具体来说，所述电机控制器10中的信号采集单元1还用于采集车速信号，根据车速信号得到车速值，并将所述车速值发送至判断单元4。

信号采集单元1通过车速传感器采集汽车的车速信号，或直接从车辆主控单元中获取车速信号，为本领域技术人员所公知。

所述判断单元4用于判断所述车速值是否等于零，并将判断结果发送至控制单元3；所述控制单元3还用于根据所述比较单元2的比较结果以及所述判断单元4的判断结果输出控制电机12锁止的PWM控制信号。

当车速值大于零时，汽车仍在运行中，此时不应该对电机12进行锁止。当车速值等于零时，汽车处于静止状态，可以对动力电池组20进行加温处理。因此，优选情况下，当动力电池组20的实际温度值小于最低运行温度值且车速值不等于零时，电机控制器10的控制单元3输出表示动力电池组20温度较低的提示信息到车辆的信息提示装置，如报警灯或显示屏等，提示驾驶员由于动力电池组20温度低会造成行驶里程降低。

当动力电池组20的实际温度值小于最低运行温度值且车速值等于零时，电机控制器10的控制单元3输出控制电机12锁止的PWM控制信号，对动力电池组20进行加温操作，并同时输出表示正在进行动力电池组20的加温操作的提示信息到车辆的信息提示装置，提示驾驶员正在进行加温操作。

由于对动力电池组20的加温是通过动力电池组20放电电流流过所产生的热量实现的，而放电电流流过回路产生的温度升高有一定的滞后性，如果温度过高对动力电池组20中的动力电池将造成伤害。而动力电池组20的放电电压过低也将对动力电池组20中的动力电池造成伤害。因此，流过回路的放电电流大小以及动力电池组20的放电电压需要设置在最低运行的范围内以对动力电池组20进行保护，放电电流及放电电压的最低运行范围由动力电池组20的规格和额定功率来决定。

因此，优选情况下，如图4所示，所述动力输出装置还包括电压传感器14和电流传感器15，分别与电机控制器10连接，所述电压传感器14用于检测电机12锁止状态下动力电池组20的放电电压并输出电压检测信号，所述电流传感器15用于检测电机12锁止状态下动力电池组20的放电电流并输出电流检测信号；所述电机控制器10还用于采集所述电压检测信号和电流检测信号，并根据所采集的电压检测信号和电流检测信号调节所述PWM控制信号的占空比，以使得放电电压和放电电流保持在最低运行范围内。

所述电压传感器14可连接在动力电电池组20的直流母线与动力电池组20的连接端，对动力电池组20两端的电压进行实时检测。所述电压传感器14为任意可以对动力电池组20两端的电压进行检测的传感器，例如光纤电压传感器。

所述电流传感器15可连接在动力电池组20正极母线上，对流入开关器件11的电流进行实时检测。所述电流传感器15为任意可以对动力电池组20的回路电流进行检测的直流电流传感器，例如霍尔电流传感器。

所述电机控制器10用于采集电压检测信号和电流检测信号，根据采集所得的电压检测信号和电流检测信号输出控制信号控制用于控制电机12锁止的PWM控制信号的占空比，以对动力电池组20的放电电压及放电电流的大小进行调节，使其保持在最低运行范围内。

由于开关器件11中IGBT晶体管的开关频率高，对IGBT元件的控制通过脉冲宽度调制(PWM)实现，通过调节电机控制器10输出的PWM控制信号的占空比，可以控制IGBT元件的导通和关断时间，从而控制动力电池组20的放电电压和放电电流的大小。通过调节PWM控制信号的占空比来控制动力电池组20的放电电压和放电电流的大小为本领域技术人员所公知。

由于动力电池组20的电量非常大，为了避免在电能输出的过程中因为电量过大而对操作安全以及动力输出装置造成影响，优选情况下，如图4所示，所述动力输出装置还包括预充电容13，该预充电容13并联于动力电池组20的正极输出端和负极输入端之间，将动力电池组20的放电电能经过充电过程进行暂时储存之后再输出到开关器件11，避免了过大的电量造成对动力输出装置的影响。所述预充电容13为任意可以以其充电和放电功能对电能进行暂存的具有高耐压值的电容器，例如金属氧化膜电容。

图5为本发明提供的动力输出的控制方法的流程图。

如图5所示，本发明提供的动力输出的控制方法包括检测动力电池组20的实际温度值；将所检测到的实际温度值与最低运行温度值进行比较，其中，该方法还包括当所检测到的实际温度值小于最低运行温度值时控制电机12锁止，并在所检测到的实际温度值达到最低运行温度值时解除电机12的锁止。

其中检测动力电池组20的实际温度值的步骤可以通过温度传感器21完成。

电机控制器10从温度传感器21读取动力电池组20的实际温度值，并将实际温度值与最低运行温度值进行比较，判断实际温度值是否小于最低运行温度值，以判断动力电池组20的实际温度是否可使动力电池组20达到放电要求。当所述实际温度值大于或等于最低运行温度值时，动力电池组20可达到驱动电机12的放电要求，电机控制器10按照正常电机控制策略发出控制信号到开关器件11，对开关器件11中的IGBT晶体管进行开关控制来正常驱动电机12。

当所检测到的实际温度值小于最低运行温度值时控制电机12锁止，并在所检测到的实际温度值达到最低运行温度值时解除电机12锁止。

当实际温度值小于最低运行温度值时，动力电池组20不能达到驱动电机12的放电要求，电机控制器10发出控制信号到开关器件11，对开关器件11中的IGBT晶体管进行开关控制来控制电机12锁止。

其中，所述最低运行温度值的范围为10摄氏度至15摄氏度。

由于在汽车运行状态下不能控制电机12锁止以进行电池加温处理，本发明提供的动力输出的控制方法还获取当前车速值；判断当前车速值是否等于零；当所检测到的实际温度值小于最低运行温度值且当前车速值等于零时，才控制电机12锁止。

电机控制器10读取汽车的当前车速值，并判断车速值是否为零，由此判断车辆的运行状态。当车速值大于零时，车辆处于运行状态，电机控制器10仍按照正常电机控制策略，对开关器件11中的IGBT晶体管进行开关控制来正常驱动电机12，同时输出提示信息以提示驾驶员由于电池组温度过低会造成行使里程降低；当车速值等于零时，车辆处于静止状态，电机控制器10输出控制电机12锁止的PWM控制信号，控制电机12锁止并形成电流回路，对动力电池组20进行加温处理，同时输出提示信息以提示驾驶员正在进行加温处理。

为了将流过回路的放电电流大小以及动力电池组20的放电电压控制在最低运行的范围内以对动力电池组20进行保护，本发明提供的动力输出的控制方法还包括检测电机12锁止状态下动力电池组20两端的放电电压以及放电电流；根据测得的放电电压和放电电流调节控制电机12锁止的PWM控制信号的占空比，使得放电电压和放电电流保持在最低运行范围内。

检测动力电池组20两端的放电电压以及放电电流通过电压传感器14和电流传感器15完成。

电机控制器10通过电压传感器14和电流传感器15读取动力电池组20的电压检测信号和电流检测信号，判断放电电压和放电电流是否在最低运行的范围内，当放电电压和放电电流超出最低运行的范围时，电机控制器10通过调节控制电机12锁止的PWM控制信号的占空比来将放电电压和放电电流控制在最低运行的范围内。

Claims (10)

1.一种动力输出控制装置，该动力输出控制装置包括温度传感器(21)和电机控制器(10)，电机控制器(10)与温度传感器(21)相连，所述温度传感器(21)用于检测动力电池组(20)的实际温度并输出温度检测信号，所述电机控制器(10)用于采集所述温度检测信号并根据温度检测信号得到实际温度值，其中，所述电机控制器(10)还用于当所述实际温度值小于最低运行温度值时输出控制电机(12)锁止的PWM控制信号，并在所述实际温度值达到最低运行温度值时停止输出控制电机(12)锁止的PWM控制信号。

2.根据权利要求1所述的动力输出装置，其中，所述电机控制器(10)还用于采集车速信号并根据车速信号得到车速值，当所述实际温度值小于最低运行温度值且所述车速值等于零时才输出控制电机(12)锁止的PWM控制信号。

3.根据权利要求1所述的动力输出装置，其中，所述电机控制器(10)包括信号采集单元(1)、比较单元(2)和控制单元(3)；

所述信号采集单元(1)用于采集温度信号，根据温度信号得到实际温度值，并将所述实际温度值发送至比较单元(2)；

所述比较单元(2)用于将实际温度值与最低运行温度值进行比较，并将比较结果发送至控制单元(3)；

所述控制单元(3)用于当所述比较单元(2)的比较结果为实际温度值小于最低运行温度值时输出控制电机(12)锁止的PWM控制信号。

4.根据权利要求3所述的动力输出装置，其中，所述电机控制器(10)还包括判断单元(4)；

所述信号采集单元(1)还用于采集车速信号，根据车速信号得到车速值，并将所述车速值发送至判断单元(4)；

所述判断单元(4)用于判断所述车速值是否等于零，并将判断结果发送至控制单元(3)；

所述控制单元(3)用于当所述比较单元(2)的比较结果为实际温度值小于最低运行温度值且所述判断单元(4)的判断结果为车速值等于零时输出控制电机(12)锁止的PWM控制信号。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的动力输出装置，其中，所述动力输出装置还包括电压传感器(14)和电流传感器(15)，分别与电机控制器(10)连接，所述电压传感器(14)用于检测电机(12)锁止状态下动力电池组(20)的放电电压并输出电压检测信号，所述电流传感器(15)用于检测电机(12)锁止状态下动力电池组(20)的放电电流并输出电流检测信号；

所述电机控制器(10)还用于采集所述电压检测信号和电流检测信号，并根据所采集的电压检测信号和电流检测信号调节所述PWM控制信号的占空比，以使得放电电压和放电电流保持在最低运行范围内。

6.根据权利要求5所述的动力输出装置，其中，所述电机控制器(10)中的信号采集单元(1)用于采集所述电压检测信号和电流检测信号；

所述控制单元(3)用于根据所采集的电压检测信号和电流检测信号调节所述PWM控制信号的占空比。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的动力输出装置，其中，所述动力输出装置还包括预充电容(13)，该预充电容(13)并联于动力电池组(20)的两端。

8.一种动力输出的控制方法，该方法包括以下步骤：

检测动力电池组(20)的实际温度值；

将所检测到的实际温度值与最低运行温度值进行比较；

其中，该方法还包括当所检测到的实际温度值小于最低运行温度值时控制电机(12)锁止，并在所检测到的实际温度值达到最低运行温度值时解除电机(12)的锁止。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述方法还包括：

获取当前车速值；

判断当前车速值是否等于零；

当所检测到的实际温度值小于最低运行温度值且当前车速值等于零时，才控制电机(12)锁止。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述方法还包括：

检测电机(12)锁止状态下动力电池组两端的放电电压以及放电电流；

根据测得的放电电压和放电电流调节控制电机(12)锁止的PWM控制信号的占空比，使得放电电压和放电电流保持在最低运行范围内。

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