CN105134634A - 用于风机的电机转矩控制方法、装置和计算机可读介质 - Google Patents

Abstract

用于风机的电机转矩控制方法可以包括以下步骤：基于风机的电机的温度来设置电机的相电流指令值，按照所设置的相电流指令值计算不为零的d轴电流指令值，以及输出所计算的d轴电流指令值。

Description

用于风机的电机转矩控制方法、装置和计算机可读介质

技术领域

大体而言，本公开涉及用于风机的电机转矩控制方法，更具体地，涉及用于风机的电机转矩控制方法，该方法可以在寒冷启动条件下迅速升高燃料电池堆的温度。

背景技术

如本领域中所理解的，典型的燃料电池车包括燃料电池堆(在燃料电池堆中，用作动力源的多个燃料电池相互堆叠)、用于供应燃料(例如，氢等)给燃料电池堆的燃料供应系统、用于供应氧(其是电化学反应所需的氧化剂)的空气供应系统、用于控制燃料电池堆的温度的水/热管理系统等。燃料供应系统使氢罐中的压缩氢减压并供应减压的氢给燃料电池堆的燃料电极(阳极)。空气供应系统供应通过操作风机抽吸的外部空气给燃料电池堆的空气电极(阴极)。

当将氢供应给燃料电池堆的阳极并将氧供应给阴极时，氢离子经由催化反应在阳极分离出。分离的氢离子经电解质膜转移到作为阴极的氧化电极。在阳极分离的氢离子、电子和氧一起引起在氧化电极的电化学反应，且因此，电能可以通过该反应而获得。详细地，氢的电化学氧化发生在阳极，且氧的电化学还原发生在阴极。由于在该过程中所产生的电子的运动，产生电和热，且由于氢和氧结合的化学作用而产生水蒸气或水。

提供排出装置以排出在产生燃料电池堆的电能时产生的副产物，如水蒸气、水和热，未反应的氢、氧等气体，如水蒸气、氢和氧，通过排出路径排出到大气中。

例如风机、氢再循环风机和用于驱动燃料电池的水泵的组件被连接到主总线端子，以促进燃料电池的启动。用于促进电源断开和连接的各类继电器，以及用于防止反向电流流入燃料电池的二极管，可以连接到主总线端子。

通过风机所供应的空气通过加湿器加湿，并然后供应给燃料电池堆的阴极(空气电极)。来自阴极的废气转移到加湿器，废气通过内部产生的水分进行加湿，并且可以用于加湿要通过风机供应到阴极的干燥空气。这样的风机可以包括电机、用于产生旋转力(转矩)的磁性转子、用于抽吸空气的叶片等。

同时，包括在风机中的电机可以是永久磁体同步电机。图1是示出在永久磁体同步电机控制系统中的q轴电流指令与d轴电流指令之间的关系的曲线图。通常而言，按照来自上级控制器或外部系统的转矩指令，电流指令发生器(未示出)产生与转矩指令对应的q轴电流指令(例如，转矩分配电流指令)，并产生d轴电流指令(例如，磁通量分配电流指令)，其中d轴电流指令设置为“0”，以在最大效率运行电机。

由电流指令发生器所产生的电流指令被输出到电流控制器(未示出)，且电流控制器产生d轴和q轴电压指令。此后，产生3-相电压指令，且电机经由脉冲宽度调制(PWM)过程和3-相电流控制过程来控制。

同时，当燃料电池车停止时，在驱动期间所产生的水分含量留在燃料电池堆中。此外，当车辆的外部温度非常低时，这些留存的水被冷凝而引起成冰的相变，之后出现无法启动燃料电池车的问题。为确保在这样的寒冷启动环境中的寒冷启动性，可以采用经使用加热器快速解冻冷却剂的方法以及在空气供应系统管线上安装加热器并升高空气温度的方法。

然而，在寒冷启动期间在风机与加湿器之间的抽吸管线上安装加热器的方法，或通过围绕燃料电池堆的包围物的内部将从燃料电池堆排出的暖空气进行循环来加热燃料电池堆的方法存在有以下问题，必须安装额外的加热器，且需要燃料电池堆的结构变化，因此，使得组成部件的布置设计复杂化并增加生产成本。此外，存在的问题是，需要过多的时间来操作加热器并将燃料电池堆的温度升高到合适的水平。

发明内容

因此，鉴于现有技术中出现的上述问题，已做出本公开，且本公开的目的是提供用于风机的电机转矩控制方法，其可以通过以低效率运行燃料电池车的风机的电机来迅速升高燃料电池堆的温度。

为实现上述目的，本公开提供用于风机的电机转矩控制方法，包括以下步骤：基于风机的电机的温度来设置电机的相电流指令值；按照所设置的相电流指令值来计算不为零的d轴电流指令值；以及输出所计算出的d轴电流指令值。

d轴电流指令值可以使用所设置的相电流指令值和按照输入速度指令值所确定的q轴电流指令值来计算。

相电流指令值所设置的值可以随风机的电机的温度增加而减小。

电机转矩控制方法还可以包括，确定当前条件是否为燃料电池车的外部温度低于或等于预设温度的寒冷启动条件，其中，仅当确定当前条件为寒冷启动条件时，根据电机的温度设置电机的相电流指令值。

附图说明

基于结合附图的以下详细描述，将更清楚地理解本公开的上述及其他目的、特征和优点，其中：

图1是示出在传统永久磁体同步电机控制系统中的q轴电流指令与d轴电流指令之间的关系的曲线图。

图2是示出根据本公开的实施方式的在风机的电机的低效率操作中的d轴和q轴电流指令的曲线图；以及

图3是示出根据本公开的实施方式的用于风机的电机转矩控制方法的流程图。

具体实施方式

涉及根据本公开的实施方式且在本说明书或申请中公开的具体结构性或功能性描述仅被示例描述本公开的实施方式，且本公开的实施方式可以各种形式实施且不应解释为限制于本文所描述的实施方式。根据本公开的实施方式可以以各种方式修改且可以具有各种形式，从而具体实施方式旨在在附图中示例说明并在本说明书或申请中详细描述。然而，应当理解，这些实施方式并不旨在将基于本发明概念的实施方式限制到具体的公开形式中，且它们包括在本公开的精神和范围中所包括的所有变化、等同物或修改。

术语例如“第一”和“第二”可以用来描述各种部件，但这些部件不应被该术语限制。该术语仅用于区别一个部件与其他部件，且第一部件可以称为第二部件，以相似的方式第二部件可以称为第一部件，而不偏离基于本公开概念的范围。

在整个说明书中，应当理解，表明第一部件被“连接”或“结合”到第二部件的陈述可以包括，第一部件连接或结合到第二部件而它们之间插入有一些其他部件的情况，以及第一部件“直接连接”或“直接结合”到第二部件的情况。与此相对，应当理解，表明第一部件“直接连接”或“直接结合”到第二部件的陈述意味着没有部件插在第一和第二部件之间。

其他描述组件之间的关系的陈述，即，“在…之间”和“直接在…之间”、或“相邻于”和“直接相邻于”应以相似的方式进行解读。

本说明书中所使用的术语仅用于描述具体实施方式，并不旨在限制本公开。单数表达包括复数表达，除非有相反的描述在上下文中明确指出。在本说明书中，应当理解，术语如“包括、包含、含有”或“具有”仅仅旨在表示存在特征、数字、步骤、操作、元件、部件及其组合，而并不旨在排除存在或添加一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、元件、部件及其组合的可能性。

应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其他代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。本文中提到的混合动力车是具有两种或更多种动力来源的车，例如同时为汽油动力和电动力的车。

除非进行不同地定义，此处使用的所有术语，包括技术或科学术语，与本发明所属领域的技术人员通常所理解的术语具有相同的含义。与通常使用的词典中所定义的那些术语相同的术语应解释为具有与现有技术的上下文含义相同的含义，而并不解释为完美的或过于正式的含义，除非它们在本说明书中明确定义。

此外，应当理解，以下方法可以通过至少一个控制器来执行。术语“控制器”是指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器配置为存储程序指令，且处理器配置为执行程序指令以进行以下进一步描述的一个或多个进程。此外，应当理解，以下方法可以通过包含控制器的装置来执行，由此该装置在本领域中已知是适合于进行用于风机的电机转矩控制方法的，该方法可以在寒冷启动条件下迅速升高燃料电池堆的温度。

此外，本发明的控制器可以具体表现为，在含有由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非瞬时性计算机可读介质。计算机可读介质的例子包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光数据存储装置。计算机可读记录介质也可以在连接网络的计算机系统中分布，从而计算机可读介质可以通过例如远程信息处理服务器或控制器局域网络(CAN)以分布方式进行存储并执行。

在下文中，本公开的实施方式将参考附图详细地描述。在不同附图中的相同附图标记用于表示相同或相似的组件。

图2是示出根据本公开实施方式的在风机的电机的低效率操作中的d轴和q轴电流指令的曲线图。参考图2，可以看出，在图1的情况下，d轴电流指令不为零。当d轴电流指令不为零时，则意味着对于所需转矩的电流指令值的效率不是100％。因为当风机的电机被运行时，电机充当单个额外负荷，d轴电流指令不以最大效率操作。由于电机不以最大效率运行，即，由于大量动力被用于相同的输出，热能产生，燃料电池堆的温度可以经由该热能而升高。此外，由于大量动力被使用，由燃料电池堆所产生的电力的消耗进一步增加，从而燃料电池堆的所需输出增加，因而进一步激活燃料电池堆中的电化学反应。其结果是，热值增加，因此燃料电池堆的温度可以迅速升高。

此外，在需要电机的低效率运行而不是最大效率运行的条件、以及寒冷启动条件下，例如，在燃料电池堆的泛溢状态下或在行驶于长下坡道路期间高电压电池处于充满状态的情况下，风机的电机可以作为额外负荷而运行。

图3是示出根据本公开实施方式的用于风机的电机转矩控制方法的流程图。

参考图3，在步骤S301，确定当前条件是否为燃料电池车的外部温度等于或小于预设温度的寒冷启动条件。如果确定当前条件为寒冷启动条件，在步骤S303，基于风机的电机的温度来设置电机的相电流(phasecurrent)指令值I_s。该相电流指令值I_s可以基于电机的温度以及逆变器的绝缘栅双极晶体管(IGBT)的电流容量来确定。

如果风机的电机的相电流指令值I_s基于电机的温度来设置，在步骤S305，按照所设置的相电流命令值计算出不为零的d轴电流指令值然后，在步骤S309，可以输出所计算的d轴电流指令值。d轴电流指令值使用所设置的相电流指令值I_s以及按照输入速度指令值所确定的q轴电流指令值来计算。相电流指令值可以随着风机的电机的温度增加而设置为更小的值，反之其可以随着风机的电机的温度下降而设置为更大的值。

所设置的相电流指令值、d轴电流指令值与q轴电流指令值之间的关系可以由下列等式(1)表示：

$i_d^{*}=\sqrt{I_s^2-{i_q^{*}}^2}---\left(1\right)$

即，随着I_s值被设置为更大的值，d轴电流指令值增加。另外，随着电机的温度越低，d轴电流指令值增加。

在不为寒冷启动条件的条件下，在现有方案中，在步骤S307，d轴电流指令值设置为零，且q轴电流指令值可以是速度控制器的输出。所确定的d轴电流指令值和q轴电流指令值被输出到电流控制器(未示出)。

按照根据本公开实施方式的用于风机的电机转矩控制方法，存在的优点为，风机的电流指令值被调整到以低效率运行电机，从而随着所需动力增加，在燃料电池堆中的电化学反应可以增加，且热值也可以增加，从而迅速升高燃料电池堆的温度。另外，风机的电机作为额外负荷运行，从而防止风机以开路电压进行运行，并防止燃料电池堆的泛溢。此外，当高电压电池处于充满电状态时，再生制动能量可以由风机的电机所消耗。

尽管本公开的实施方式已描述以用于说明目的，本领域技术人员将意识到，各种修改、添加和替换都是可行的，而不偏离本公开的如所附权利要求中所公开的范围和精神。因此，本公开的技术范围应由所附权利要求的技术精神和范围来限定。

Claims (6)

1.一种用于风机的电机转矩控制方法，包括以下步骤：

通过控制器，基于风机的电机的温度来设置所述电机的相电流指令值；

通过所述控制器，按照所设置的相电流指令值来计算不为零的d轴电流指令值；以及

通过所述控制器，输出所计算的d轴电流指令值。

2.根据权利要求1所述的电机转矩控制方法，其中，使用所设置的相电流指令值以及按照输入速度指令值所确定的q轴电流指令值来计算所述d轴电流指令值。

3.根据权利要求1所述的电机转矩控制方法，其中，所述相电流指令值所设置的值随着所述电机的温度增加而减小。

4.根据权利要求1所述的电机转矩控制方法，还包括通过所述控制器确定当前条件是否为燃料电池车的外部温度低于或等于预设温度的寒冷启动条件的步骤，

仅当确定当前条件为寒冷启动条件时，基于所述电机的温度来设置所述电机的相电流指令值。

5.一种用于风机的电机转矩控制装置，包含：

存储器，其配置为存储程序指令；以及

处理器，其配置为执行所述程序指令以执行进程，所述进程包括基于风机的电机的温度来设置所述电机的相电流指令值，

按照所设置的相电流指令值来计算不为零的d轴电流指令值，以及

输出所计算的d轴电流指令值。

6.一种含有由处理器或控制器执行的用于进行风机的电机转矩控制方法的程序指令的非瞬时性计算机可读介质，所述计算机可读介质包含：

基于风机的电机的温度来设置所述电机的相电流指令值的程序指令；

按照所设置的相电流指令值来计算不为零的d轴电流指令值的程序指令；以及

输出所计算的d轴电流指令值的程序指令。