CN111347925B - 一种车辆、电机控制电路、动力电池充电方法与加热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种车辆、电机控制电路、电池充电方法与加热方法,电机控制电路包括第一开关模块、电感及切换模块、三相逆变器、三相交流电机、第二开关模块以及控制模块,控制模块用于在外部供电设备提供的供电电压低于动力电池的电压且动力电池需要充电时,控制第一开关模块断开,第二开关模块导通,并控制电感及切换模块与三相逆变器对供电电压进行升压后向动力电池充电。本发明技术方案通过控制模块控制各个开关模块的通断,进而将电感及切换模块与三相逆变器组成升压电路,并利用该升压电路对供电设备输出的供电电压进行升压后向动力电池充电,使得不单独设立升压电路便可对动力电池进行升压充电,降低电路成本且可靠性高。

Description

一种车辆、电机控制电路、动力电池充电方法与加热方法
技术领域
本发明涉及车辆技术领域,尤其涉及一种车辆、电机控制电路、动力电池充电方法与加热方法。
背景技术
随着车辆的发展和快速普及,车辆动力电池的充电技术变得越来越重要,充电技术需要满足不同用户的需求以及对不同动力电池、不同充电桩的适应性,兼容性。
目前,动力电池直流充电一般分为直接充电和升压充电两种。直接充电指的是充电桩的正负极通过接触器或继电器直接和动力电池正负母线相连接,对电池进行直接充电,中间无升压或降压电路;而升压充电电路一般是在充电桩和动力电池之间的正负母线增加并接一个可双向升降压的DC/DC桥式电路。
然而,对于直接充电,当充电桩的最大输出电压低于动力电池电压时,充电桩无法给电池充电,降低了充电过程中的可靠性;而对于目前的升压充电电路又需要单独增加一个DC/DC桥式电路,以及相应的控制、检测电路等,如此增加了电路成本。
综上所述,现有的动力电池充电方法存在成本高或者充电可靠性低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车辆、电机控制电路、动力电池充电方法与加热方法,以解决动力电池充电方法存在成本高或者充电可靠性低的问题。
本发明是这样实现的,本发明第一方面提供一种电机控制电路,所述电机控制电路包括:
电感及切换模块、三相逆变器、三相交流电机、第一开关模块、第二开关模块以及控制模块,所述控制模块用于在外部供电设备提供的供电电压低于动力电池的电压且所述动力电池需要充电时,控制所述第一开关模块断开,第二开关模块导通,并控制所述电感及切换模块与所述三相逆变器对所述供电电压进行升压后向所述动力电池充电。
本发明第二方面提供一种动力电池充电方法,所述动力电池充电方法基于上述电机控制电路实现,所述动力电池充电方法包括:
获取接入的供电电压以及动力电池的电压,并判断所述供电电压与所述动力电池的电压之间的大小;
当所述供电电压低于所述动力电池的电压且所述动力电池需要充电时,控制所述第一开关模块断开,所述第二开关模块导通;
控制所述电感及切换模块与所述三相逆变器对所述供电电压进行升压后向所述动力电池充电。
本发明第三方面提供一种动力电池加热方法,所述动力电池加热方法基于上述电机控制电路实现,所述动力电池加热方法包括:
检测所述动力电池的温度低于预设温度值时,控制所述第二开关模块导通,所述第一开关模块断开;
控制所述三相逆变器与所述电感及切换模块,使得所述三相逆变器与所述三相交流电机根据所述动力电池的放电电压对流经所述三相逆变器、所述三相交流电机中至少一个的换热介质进行加热,进而该被加热的换热介质再流经所述动力电池时,使所述动力电池的温度升高。
本发明第四方面提供一种动力电池加热方法,所述动力电池加热方法基于上述电机控制电路实现,所述动力电池加热方法包括:
检测到所述动力电池的温度低于预设温度值时,控制所述第一开关模块导通,所述第二开关模块断开;
控制所述三相逆变器与所述电感及切换模块,使得所述三相逆变器与所述三相交流电机根据所述供电电压对流经所述三相逆变器、所述三相交流电机以及所述电感及切换模块中至少一个的换热介质进行加热,进而该被加热的换热介质再流经所述动力电池时,使所述动力电池的温度升高。
本发明第五方面提供一种动力电池加热方法,所述动力电池加热方法基于上述电机控制电路实现,所述动力电池加热方法包括:
检测到所述动力电池的温度低于预设温度值时,控制所述第一开关模块与所述第二开关模块导通;
控制所述三相逆变器与所述电感及切换模块,使得所述三相逆变器与所述电感及切换模块根据所述动力电池的放电电压对流经所述三相逆变器、所述电感及切换模块中至少一个的换热介质进行加热,进而该被加热的换热介质再流经所述动力电池时,使所述动力电池的温度升高。
本发明第六方面提供一种动力电池加热方法,所述动力电池加热方法基于上述电机控制电路实现,所述动力电池加热方法包括:
检测到所述动力电池的温度低于预设温度值时,控制所述第一开关模块与所述第二开关模块导通;
控制所述三相逆变器、所述电感及切换模块以及所述三相交流电机根据所述动力电池的放电电压对流经所述三相逆变器、所述电感及切换模块以及所述三相交流电机中至少一个的换热介质进行加热,进而该被加热的换热介质再流经所述动力电池时,使所述动力电池的温度升高。
本发明第七方面提供一种车辆,所述车辆包括第一方面所述电机控制电路,所述车辆还包括动力电池、冷却液箱、水泵以及水管线,所述水泵根据控制信号将所述冷却液箱中的冷却液输入至所述水管线,所述水管线穿过所述动力电池和所述电机控制电路。
本发明提出了一种车辆、电机控制电路、电池电池充电方法与加热方法,电机控制电路包括第一开关模块、电感及切换模块、三相逆变器、三相交流电机、第二开关模块以及控制模块,控制模块用于在外部供电设备提供的供电电压低于动力电池的电压且动力电池需要充电时,控制第一开关模块断开,第二开关模块导通,并控制电感及切换模块与三相逆变器对供电电压进行升压后向动力电池充电。本发明技术方案通过控制模块控制各个开关模块的通断,进而将电感及切换模块与三相逆变器组成升压电路,并利用该升压电路对供电设备输出的供电电压进行升压后向动力电池充电,使得不单独设立升压电路便可对动力电池进行升压充电,降低电路成本且可靠性高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,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,下面描述中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性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种实施例提供的一种电机控制电路的结构示意图;
图2是本发明一种实施例提供的一种电机控制电路的电路图;
图3是本发明一种实施例提供的一种电机控制电路工作于升压充电方式时的电路图;
图4是本发明一种实施例提供的一种动力电池充电方法的流程示意图;
图5是本发明一种实施例提供的一种电机控制电路工作于直接充电方式时的电路图;
图6是本发明一种实施例提供的一种电机控制电路工作于动力电池降压放电方式时的电路图;
图7是本发明一种实施例提供的一种电机控制电路工作于动力电池放电加热电机与逆变器方式时的电路图;
图8是本发明一种实施例提供的一种电机控制电路中三相逆变器的六次工作切换过程中电机定子磁场分布方向示意图;
图9是本发明一种实施例提供的一种电机控制电路中三相逆变器的十二次工作切换过程中电机定子磁场分布方向示意图;
图10是本发明一种实施例提供的第一种动力电池充电方法的流程示意图;
图11是本发明一种实施例提供的一种电机控制电路工作于充电器充电加热电机方式时的电路图;
图12是本发明一种实施例提供的一种电机控制电路工作于充电器充电加热并联电感、或者同时加热并联电感与电机方式时的电路图;
图13是本发明一种实施例提供的第二种动力电池充电方法的流程示意图;
图14是本发明一种实施例提供的一种电机控制电路工作于动力电池放电加热并联电感、或者同时加热并联电感与电机方式时的电路图;
图15是本发明一种实施例提供的第三种动力电池充电方法的流程示意图;
图16是本发明一种实施例提供的第四种动力电池充电方法的流程示意图;
图17是本发明一种实施例提供的一种车辆电池加热系统的结构示意图;
图18是本发明另一种实施例提供的一种车辆电池加热系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
为了说明本发明的技术方案,下面通过具体实施例来进行说明。
本发明实施例提供一种电机控制电路,如图1所示,电机控制电路包括:电感及切换模块14、三相逆变器15、三相交流电机16、第一开关模块13、第二开关模块17以及控制模块18。其中,控制模块18用于在外部供电设备10提供的供电电压低于动力电池的电压且动力电池需要充电时,控制第一开关模块13断开,第二开关模块17导通,并控制电感及切换14与三相逆变15器对供电电压进行升压后向动力电池充电。
在本实施方式中,在控制模块控制各个开关模块的基础上,利用原有的三相逆变器,使得该三相逆变器与电感及切换模块组成升压电路,以在外部供电设备提供的供电电压低于动力电池的电压且动力电池需要充电时,对动力电池进行升压充电,无需单独设立升压电路便可对动力电池进行升压充电,降低电路成本且可靠性高。
进一步地,作为本发明一种实施方式,如图1所示,第一开关模块13与外部供电设备10连接,第一开关模块13与电感及切换模块14、三相逆变器15以及第二开关模块17连接,电感及切换模块14与三相逆变器15以及外部供电设备10连接,三相逆变器15的三相桥臂与三相交流电机16的三相线圈连接,第二开关模块17与动力电池连接,控制模块18分别与第一开关模块13、第二开关模块17、电感及切换模块14、三相逆变器15以及三相交流电机16。
进一步地,作为本发明另一种实施方式,如图2所示,在该电机控制电路中,第一开关模块13的输入端与电感及切换模块14的输入端共接,并与外部供电设备10的正极连接,第一开关模块13的输出端与三相逆变器15的正端以及第二开关模块17的第一输入端连接,电感及切换模块14的第一输出端、第二输出端以及第三输出端分别与三相逆变器15的三相桥臂对应连接,三相交流电机16的三相线圈与三相逆变器15的三相桥臂连接,第二开关模块17的第一输出端与动力电池的正端连接,第二开关模块17的第二输出端与动力电池的负端连接,第二开关模块17的第二输入端与外部供电设备10的负极以及三相逆变器15的负端连接,控制模块18(图中未示出)与电感及切换模块14、第一开关模块13、第二开关模块17、三相交流电机16以及三相逆变器15连接。
进一步地,作为本发明一种实施方式,如图2所示,本发明提供的电机控制电路还可包括滤波器11和整流桥12。其中,滤波器11的输入端与外部供电设备10连接,用于对供电电压进行滤波处理;整流桥12的输入端与滤波器11的输出端连接,用于对滤波后的供电电压进行整流处理;需要说明的是,在本发明实施例中,当外部供电设备10输出的供电电压为交流电压时,电机控制电路才会包括整流桥12,而当外部供电设备10输出的供电电压为直流电压时,电机控制电路则无需设置整流桥12。
进一步地,具体实施时,外部供电设备10可以采用直流、单相交流或三相交流充电器,例如充电桩实现,即供电设备10输出的供电电压可以是交流充电器输出的,也可以是交流充电桩输出的,此处不做具体限制;滤波器11可以采用具有电压滤波作用的电路或者器件,整流桥12可以是受控的整流器,例如晶体管、MOS管、IGBT和二极管组成,或者是不受控的整流器,如二极管组成的整流电路,此处不做具体限制。
进一步地,三相逆变器15具有四种工作模式,由控制模块18来决定,当需要用于车辆驱动时,三相逆变器15工作于逆变器模式,当用于升压充电时,三相逆变器15工作于升压模式,当用于加热电池时,三相逆变器15工作于加热模式,当需要给外界供电时,三相逆变器15工作于降压模式。其中,三相逆变器15包括六个功率开关单元,功率开关可以是晶体管、IGBT、MOS管等器件类型,两个功率开关单元构成一相桥臂,共形成三相桥臂,每相桥臂中两个功率开关单元的连接点连接三相交流电机16中的一相线圈,三相交流电机16包括三相线圈,三相线圈连接于一个中点,三相交流电机16可以是永磁同步电机或异步电机。
具体的,作为本发明一种实施方式,如图2所示(为了便于理解电路工作原理,图2中省略了控制模块18部分),三相逆变器15包括第一功率开关单元、第二功率开关单元、第三功率开关单元、第四功率开关单元、第五功率开关单元以及第六功率开关单元。其中,每个功率开关单元的控制端连接控制模块18(图中未示出),第一功率开关单元、第三功率开关单元以及第五功率开关单元的第一端共接形成三相逆变器15的正端,并连接第一开关模块13与第二开关模块17,第二功率开关单元、第四功率开关单元以及第六功率开关单元的第二端共接形成三相逆变器15的负端,并连接整流桥12的输出负极以及第二开关模块17,三相交流电机16的第一相线圈连接第一功率开关单元的第二端和第四功率开关单元的第一端,三相交流电机16的第二相线圈连接第三功率开关单元的第二端和第六功率开关单元的第一端,三相交流电机16的第三相线圈连接第五功率开关单元的第二端和第二功率开关单元的第一端。
进一步地,三相逆变器15中第一功率开关单元和第四功率开关单元构成第一相桥臂(A相桥臂),第三功率开关单元和第六功率开关单元构成第二相桥臂(B相桥臂),第五功率开关单元的输入端和第二功率开关单元构成第三相桥臂(C相桥臂)。第一功率开关单元包括第一上桥臂VT1和第一上桥二极管VD1,第二功率开关单元包括第二下桥臂VT2和第二下桥二极管VD2,第三功率开关单元包括第三上桥臂VT3和第三上桥二极管VD3,第四功率开关单元包括第四下桥臂VT4和第四下桥二极管VD4,第五功率开关单元包括第五上桥臂VT5和第五上桥二极管VD5,第六功率开关单元包括第六下桥臂VT6和第六下桥二极管VD6,三相交流电机16可以是永磁同步电机或异步电机,电机三相线圈分别和三相逆变器中的A、B、C上下桥臂之间连接。
进一步地,作为本发明一种实施方式,如图2所示,电感及切换模块14包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一开关元件K1、第二开关元件K2以及第三开关元件K3。
其中,第一电感L1的第一端、第二电感L2的第一端以及第三电感L3的第一端共接形成电感及切换模块14的输入端,第一电感L1的第二端与第一开关元件K1的第一端连接,第二电感L2的第二端与第二开关元件K2的第一端连接,第三电感L3的第二端与第三开关元件K3的第一端连接,第一开关元件K1的第二端是电感及切换模块14的第一输出端,第二开关元件K2的第二端是电感及切换模块14的第二输出端,第三开关元件K3的第二端是电感及切换模块14的第三输出端。
进一步地,作为本发明一种实施方式,如图2所示,第二开关模块17包括第四开关元件K4与第五开关元件K5,第一开关模块13包括第六开关元件K6。其中,第六开关元件K6的第一端为第一开关模块13的输入端,第六开关元件K6的第二端为第一开关模块13的输出端,而第四开关元件K4的第一端为第二开关模块17的第一输入端,第四开关元件K4的第二端为第二开关模块17的第一输出端,第五开关元件K5的第一端为第二开关模块17的第二输入端,第五开关元件K5的第二端为第二开关模块17的第二输出端。
进一步地,控制模块13用于控制电感及切换模块14的开关、采集整流桥电压,采集三相交流16的三相电流、控制三相逆变器15的6个功率开关、控制第一开关模块13的开关,控制第二开关模块17的开关及采集母线电压、采集动力电池电压、电流,对于受控的整流器桥,控制模块13用于控制整流桥的开关及输出的电压、电流。
下面以图3所示的电路结构为例对本发明实施例提供的电机控制电路的升压充电过程做具体说明,详述如下:
假定外部供电设备10输出的供电电压经整流桥12后最大输出电压低于动力电池的电压,此时若要向动力电池充电就需要进行升压充电模式。具体的,控制模块18控制开关K1、K2、K3、K4以及K5闭合,并控制开关K6断开,此时三个并联电感L1、L2、L3和三相逆变器15共同组成DCDC升压变换器,通过控制模块18采用PWM信号控制三相逆变器15下桥的功率开关导通,上桥功率开关全部关断,可以实现升压电压、电流大小的控制,从而向动力电池充电。
需要说明的是,在本实施例中,图3中示出的是第一电感L1、第二电感L2以及第三电感L3分别串联的开关K1、K2以及K3均闭合的情况,而根据充电功率需求,本发明实施例所提供的电机控制电路也可以选择任意一相或两相电感所串联的开关的闭合,例如仅闭合A相桥臂串联电感上的开关,此时充电功率为小功率等级,闭合任意两相桥臂串联电感上的开关时,此时充电功率为中等级,三相桥臂串联电感上的开关均闭合时,充电功率为大功率等级,并且每相桥臂上串联电感的电感值不同,也使得充电功率不同。
此外,控制模块18在控制三相逆变器15开关时,可以同步控制任意两相或三相桥臂的功率开关,或者错相位控制,即当选择任意两相桥臂进行升压充电时,可以进行逆变器开关错相位控制方式,比如两相错开约180°相位控制,如此两相线圈的正负纹波相互叠加,相互抵消,从而可以使总的纹波大大降低;当选择三相桥臂进行升压充电时,可以进行逆变器开关错相位控制方式,比如三相错开约60°相位控制,这样三相线圈的正负纹波相互叠加,相互抵消,从而可以使总的纹波大大降低。
在本实施方式中,本发明提供的电机控制电路在利用原有的三相逆变器和三相交流电机的基础上,通过在整流桥和三相逆变器之间并接三个电感和开关,每个电感串接一个开关,实现车辆的动力电池交直流充电功能,使得不单独设立升压电路便可对动力电池进行升压充电,电路成本低、可靠性高且充电功率可分多档控制。
进一步地,本发明还提供一种动力电池充电方法,该动力电池充电方法是基于图3所示的电路实现的。具体的,如图4所示,该动力电池充电方法包括:
步骤S41:获取接入的供电电压以及动力电池的电压,并判断所述供电电压与所述动力电池的电压之间的大小。
步骤S42:当所述供电电压低于所述动力电池的电压且所述动力电池需要充电时,控制所述第一开关模块断开,所述第二开关模块导通。
步骤S43:控制所述电感及切换模块与所述三相逆变器对所述供电电压进行升压后向所述动力电池充电。
进一步地,作为本发明一种实施方式,该动力电池充电放还包括:
通过控制所述电感及切换模块的工作状态,以对动力电池充电过程中的充电功率进行控制。
需要说明的是,在本实施方式中,由于图4所示的动力电池充电方法是基于图3所示的电路实现的,因此该动力电池充电方法的具体原理过程可参考图3相关描述,此处不再赘述。
进一步地,作为另一种实施方式,本发明提供的电机控制电路还可以进行直接充电,下面以图5所示的电路结构为例对本发明实施例提供的电机控制电路的升压充电过程做具体说明,详述如下:
假定外部供电设备10输出的供电电压经整流桥12后最大输出电压高于动力电池的电压,此时若要向动力电池充电就需要进行直接充电模式。如图5所示,当本发明实施例提供的电机控制电路工作在直接充电模式时,控制模块18控制开关K1、K2以及K3断开,并同时控制开关K4、K5、K6闭合,控制模块18控制三相逆变器15的开关全部关断,对于可控型整流桥,控制模块18控制可控型整流桥的开关,从而可以控制三相逆变器15的输出电压、电流,外部供电设备10的电流经过滤波器11、整流桥12实现外部电源给动力电池充电。
在本实施方式中,本发明实施例提供的电机控制电路在外部充电器输出的供电电压高于动力电池的电压时,可通过控制模块控制相应开关的导通与关断,实现外部充电器向动力电池直接充电,丰富了该电机控制电路的充电方式。
进一步地,作为另一种实施方式,本发明实施例提供的电机控制电路除了可以实现图3示出的升压充电以及图5示出的直接充电外,还可以进行降压放电,当本发明实施例所提供的电机控制电路工作在降压放电模式时,控制模块18控制第一开关模块13断开,第二开关模块17导通,并控制电感及切换模块14与三相逆变器15对动力电池输出的电压进行降压放电后向外部供电设备10供电。
下面以图6所示的电路结构为例对本发明实施例提供的电机控制电路的降压放电过程做具体说明,详述如下:
假设外部供电设备10输出的供电电压经整流桥12后最大输出电压低于动力电池的电压,此时若要向外界供电则需要进行降压放电模式。具体的,控制模块18控制开关K1、K2、K3、K4以及K5闭合,并控制开关K6断开,此时三个并联电感L1、L2、L3和三相逆变器15共同组成DCDC降压变换器,通过控制模块18采用PWM信号控制三相逆变器15上桥的功率开关导通,下桥功率开关全部关断,可以实现降压电压、电流大小的控制,从而给外界用电器供电。
需要说明的是,在本实施例中,图6示出的是第一电感L1、第二电感L2以及第三电感L3分别串联的开关K1、K2以及K3均闭合的情况,而根据放电功率需求,本发明实施例所提供的电机控制电路也可以选择任意一相或两相电感所串联的开关的闭合,例如仅闭合A相桥臂串联电感上的开关时,此时放电功率为小功率等级,闭合任意两相桥臂串联电感上的开关时,此时放电功率为中等级,三相桥臂串联电感上的开关均闭合时,放电功率为大功率等级,并且每相桥臂上串联电感的电感值不同,也使得放电功率不同。
此外,控制模块18在控制三相逆变器15开关时,可以同步控制任意两相或三相桥臂的功率开关,或者错相位控制,即当选择任意两相桥臂进行升压充电时,可以进行逆变器开关错相位控制方式,比如两相错开约180°相位控制,如此两相线圈的正负纹波相互叠加,相互抵消,从而可以使总的纹波大大降低;当选择三相桥臂进行升压充电时,可以进行逆变器开关错相位控制方式,比如三相错开约60°相位控制,这样三相线圈的正负纹波相互叠加,相互抵消,从而可以使总的纹波大大降低。
在本实施方式中,本发明提供的电机控制电路在利用原有的三相逆变器和三相交流电机的基础上,通过在整流桥和三相逆变器之间并接三个电感和开关,每个电感串接一个开关,实现车辆的动力电池降压放电功能,使得不单独设立降压电路便可对动力电池进行降压放电,电路成本低、可靠性高且放电功率可分多档控制。
进一步地,作为本发明另一种实施方式,本发明实施例所提供的电机控制电路除了工作在图3示出的升压充电模式、图5示出的直接充电模式以及图6示出的降压放电模式外,其还可以工作在电机驱动模式,当该电机控制电路工作在电机驱动模式时,控制模块18控制开关K1、K2、K3以及K6断开,开关K4和K5导通,并且控制模块18控制三相逆变器15工作在电机驱动模式,而由于本发明实施例所提供的电机控制电路工作在电机驱动模式时,其具体工作原理与现有的电机驱动方式相同,因此此处不再对其进行详细阐述。
进一步地,由于电池的固有特性,在低温状态时动力电池的充放电能力会大幅降低,会影响新能源汽车在寒冷地区的使用,为了使动力电池正常工作,需要在动力电池温度过低时提升动力电池的温度,因此,本发明实施例所提供的电机控制电路还可以工作在加热模式,即向动力电池加热。
其中,当本发明实施例所提供的电机控制电路工作在加热模式时,控制模块13可以包括整车控制器、电机控制器的控制电路和BMS电池管理器电路,三者通过CAN线连接,控制模块13中的不同模块根据所获取的信息控制第一开关模块13、电感与切换模块14、三相逆变器15以及第二开关模块17中开关的导通和关断以实现不同电流回路的导通,此外,在动力电池、三相逆变器15以及三相交流电机16上设有冷却液管,该冷却液管内流动冷却液,可以通过对冷却液管内的冷却液进行温度调节,以调节动力电池的温度。
具体的,电机控制电路可通过控制模块13获取动力电池的温度,即可以采用电池管理器来获取动力电池的温度,将动力电池的温度与预设温度值进行比较来判断动力电池是否处于低温状态,当检测到动力电池的温度低于预设温度值时,可以通过提升流经动力电池的冷却液的温度方式提高动力电池的温度,由于电感与切换模块14、三相逆变器15以及三相交流电机16在工作的过程中均产生热量,因此,可以控制电感与切换模块14、三相逆变器15以及三相交流电机16中至少一个对流经动力电池的冷却液进行加热,直至检测到动力电池的温度达到预设温度值时停止加热。
在本实施方式中,本发明实施例提供的电机控制电路通过控制电感与切换模块14、三相逆变器15以及三相交流电机16中至少一个对流经动力电池的冷却液进行加热,不需要使用发动机或者增加加热装置就可以实现提升动力电池的温度,加热效率高,动力电池温度升高快,并且同时具备加热与充电功能,提高了该电机控制电路的适应性与兼容性。
进一步的,作为一种实施方式,控制模块18在控制电感与切换模块14、三相逆变器15以及三相交流电机16对流经动力电池的冷却液进行加热之前,需要判断所接收的信息是否满足预设条件,该预设条件除了对动力电池的温度值进行判断之外,还可以包括其他判断条件:
控制模块18获取档位信息、车速信息以及动力电池的温度信息;
控制模块18根据该档位信息和车速信息获取电机的当前工作状态,并在电机的当前工作状态为非驱动状态,且动力电池的温度低于预设温度值时,控制电感与切换模块14、三相逆变器15以及三相交流电机16中至少一个向流经动力电池的冷却液进行加热,直至检测到当前工作状态为驱动状态或者动力电池的温度不低于预设温度值时,控制模块18控制控制电感与切换模块14、三相逆变器15以及三相交流电机16停止向流经动力电池的冷却液进行加热;
当控制模块18判定动力电池的温度低于预设温度值时,重新获取档位信息、车速信息以及动力电池的温度信息。
具体实施时,控制模块18在根据档位信息和车速信息获取电机的当前工作状态时具体为:当控制模块18判定当前档位为P档且车速为0时,则表明电机的当前工作状态为非驱动状态;当控制模块18判定当前档位不为P档或者是车速不为零时,则表明电机的当前工作状态为驱动状态;需要说明的是,在本发明实施例中,电机的工作状态与动力电池的温度两个判断条件不分先后顺序。
其中,预设条件为当前档位为P档、车速为0且动力电池的温度未达到预设温度值,即车辆处于停车状态中检测动力电池的温度较低时,控制模块18控制控制电感与切换模块14、三相逆变器15以及三相交流电机16中至少一个向流经动力电池的冷却液进行加热,在加热的过程中循环检测当前档位、车速以及动力电池的温度有一个不满足预设条件时,即停止加热,并控制所有开关模块断开。
本实施方式中,在停车状态下检测档位信息、车速信息以及动力电池的温度信息满足预设条件时,控制电感与切换模块14、三相逆变器15以及三相交流电机16中至少一个对流经动力电池的冷却液进行加热,实现了车辆在停车状态下对动力电池进行加热,使车辆可以在低温条件下正常启动。
进一步地,作为一种实施方式,可以采用以下方式控制三相逆变器15:控制模块18向三相逆变器15输出六路PWM控制信号,使三相逆变器15根据六路PWM控制信号进行相应的开关状态切换,并获取动力电池或者外部供电设备10的输出功率,将输出功率与预设加热功率进行对比,根据对比结果调节PWM控制信号的占空比,以调节输出功率至预设加热功率。
其中,控制模块18接收动力电池或者外部供电设备10输出的电压和电流数据,计算动力电池的输出功率,把输出功率认为是电池加热功率,将计算的加热功率与预设加热功率相比较,如果计算的加热功率偏低,则增加PWM占空比,增大动力电池的输出电流,如果计算的加热功率偏高,则减小PWM占空比,减小动力电池的输出电流,直至加热功率达到加热指令功率附近为止。
在本实施方式中,通过获取动力电池或者外部供电设备10的输出功率,并将该输出功率与预设加热功率进行对比,进而根据对比结果调节控制三相逆变器15的PWM控制信号的占空比,以使得加热功率闭环可控。
进一步地,作为本发明一种实施方式,本发明实施例提供的电机控制电路工作在加热模式时,可通过动力电池放电加热电机的方式对动力电池进行加热,并且在该种加热方式下,控制模块18用于在检测到动力电池的温度低于预设温度值时,控制第一开关模块13断开,第二开关模块17导通,并控制三相逆变器15与电感及切换模块14,使得三相逆变器15与三相交流电机16根据动力电池的放电电压对流经三相逆变器15和三相交流电机16中至少一个的换热介质进行加热,进而使得该被加热的换热介质在流经动力电池时,可使动力电池的温度升高。
在本实施方式中,通过控制第一开关模块、电感及切换模块、三相逆变器以及第二开关模块中各个开关的关断与导通状态,使得三相逆变器与三相交流电机根据动力电池的放电电压对流经动力电池的冷却液进行加热,不需要使用发动机或者增加加热装置就可以实现提升动力电池的温度,加热效率高,动力电池温度升高快。
下面以图7所示的电路结构为例对本发明实施例提供的电机控制电路的动力电池放电加热电机以向动力电池加热的过程做具体说明,详述如下:
当允许动力电池放电加热电机及逆变器时,此时控制模块18控制开关K4和K5闭合,并控制开关K1、K2、K3以及K6断开,控制模块18用PWM控制信号控制三相逆变器15中的功率开关给逆变器和电机通电发热,并且该动力电池放电加热电机以实现对动力电池进行加热的原理可分为储能与续流两个过程。
具体的,当动力电池被允许放电加热电机及逆变器时,此时控制模块18在控制相应开关的闭合与断开后,可采用PWM控制信号控制三相逆变器15中A相的上桥功率开关单元VT1导通,下桥功率开关单元VT2断开,并控制B、C两相的上桥功率开关单元VT3与VT5断开,以及下桥功率开关单元VT6和VT2导通,此时电流经闭合的开关元件K4从动力电池的正极流出,经过三相逆变器15的上桥功率开关单元VT1、三相交流电机16的电感La、Lb以及Lc后,从三相逆变器15的下桥功率开关单元VT6和VT2以及闭合的开关元件K5流入动力电池的负极,完成对三相交流电机16中电感的储能;之后控制模块18控制三相逆变器15的A相上桥功率开关VT1持续处于导通状态,A相下桥功率开关VT4持续处于关断状态,B、C相上桥功率开关VT3和VT5在当前切换状态下一直处于关断,B、C相下桥功率开关VT2和VT6在当前切换状态下同样一直处于开通关断,这时动力电池放电通路被关断,A相线圈电流通过上桥功率单元VT1形成续流,电流经过A相上桥功率开关VT1、A相线圈、三相交流电机16的B、C相线圈,再经过三相逆变器15的B、C相VD3和VD5,再到A相上桥功率开关VT1构成一个电感电流续流回路。
进一步地,三相逆变器15的一种控制方式是控制交轴电流iq处于一个恒定的小电流值,该小电流值可以使得三相交流电机16输出一个很小的转矩,作为预紧力,用于啮合变速器的齿轮间隙,防止电机加热过程中,电机转轴抖动,产生噪声;另一种三相逆变器15的控制方式可以是控制任意两相或三相桥臂的开关组合及其轮换,让电机三相线圈轮流通电,所有状态轮换完一次为一个周期,在一个周期内,三相逆变器和电机电流发热基本均衡,也可以达到加热的效果。
进一步地,控制三相逆变器15按照任意两相或三相桥臂的开关组合及其轮换的方式工作又可以分为六种状态的开关方式或者十二种状态的开关方式。针对三相逆变器15按照六种状态的开关方式工作而言,三相逆变器15的六个功率单元每间隔一段时间切换一次开关顺序,并且切换顺序及三相电流如下表所示:
Figure BDA0001916270510000171
如图8所示,本发明实施例提供的电池加热装置中的三相交流电机绕组ABC的接法为逆时针Y型接法,而三相交流电机中的转子可以是绕线型或是永磁型,本实施例中以永磁型为例说明三相逆变器15的六个功率单元的开关状态。
具体的,结合上表和图8,以电流流入电机绕组方向为正方向,流出为负方向,如A→BC,表示三相逆变器15的A相桥臂的上下桥输入互补对称的PWM信号控制上下桥功率单元的通断,而B、C两相均是上桥功率单元一直关断,下桥功率单元一直开通,即电流从A相绕组流入,从B、C两相流出,此时如果A相电流为Ic,则B、C相电流都是
Figure BDA0001916270510000172
并且A、B、C三相都是直流电流,此时电机定子磁场与A相轴线重合且沿着A相轴线正方向,即图8中序号为1的箭头方向,电机转子受到一个与A相轴线重合的电磁力。再如BC→A,表示B、C两相桥臂的上下桥输入同样互补对称的PWM信号控制上下桥功率单元的通断,而A相上桥功率单元一直关断,下桥功率单元一直开通,电流从B、C相绕组流入,从A相绕组流出,此时B、C两相电流为
Figure BDA0001916270510000181
A相电流为-Ic,并且A、B、C三相都是直流电流,此时电机定子磁场与A相轴线重合且沿着A相轴线反方向,即图8中序号为2的箭头方向,电机转子受到一个要与A相轴线反方向重合的电磁力,这个电磁力与A→BC状态时的电磁力方向相反。
以此类推,三相逆变器15每隔一段时间切换一次开关状态,直到B→AC状态时,六个开关状态切换了一轮;需要说明的是,在本发明实施例中,仅以A→BC和B→AC两种工作状态对三相逆变器15的六种工作状态进行示例性说明,其他四种工作状态的方式可参考A→BC和B→AC两种工作状态的相关描述,此处不再赘述。
在本实施方式中,控制三相逆变器15按照上述六种工作方式进行循环切换工作,使得电机不会产生连续固定方向的转矩,并且当电机轴被P档的驻车功能锁住后,三相逆变器15切换一个周期后,电机依次产生方向相反的转矩,平均转矩接近零,即使电机没有被P档驻车功能锁住,或者电机转轴可以自由旋转,此时电机转轴只会产生不大于±45°的往复摆动,而不会产生连续的旋转方向的转矩,如此将确保了电动车不会因为电机通电加热而使车辆自行开车;此外,对于绕线性型转子,由于转子没有磁场,所以定子绕组产生的恒定磁场不会引起转子受到电磁力,转子不会转动,三相逆变器15切换一个周期后,三相逆变器15及三相交流电机16的三相电流有效值是基本相等的,从而使三相逆变器15及三相交流电机16的三相发热均衡,热负荷均衡,寿命、可靠性均衡。
进一步地,针对三相逆变器15按照十二种状态的开关方式工作而言,在控制模块18控制三相逆变器15的开关状态时,首先要获取转子角度信号,并根据转子角度信号确定电机转子位置所处区间,进而根据电机转子位置所处区间和电机类型在十二种开关状态中选择三相逆变器15的最优开关状态;需要说明的是,在本发明实施例中,电机转子位置所处的区间同样被划分为十二个区间,并且每个区间相应的与三相逆变器的一个或多个开关状态对应;此外,转子角度信号指的是三相交流电机16的转子磁场与定子A相轴线的夹角。
具体的,三相逆变器15的十二种开关状态以及各个开关状态下三相逆变器15的三相电流如下表所示:
Figure BDA0001916270510000191
进一步地,如图9所示,本发明实施例提供的电池加热装置中的三相交流电机绕组ABC的接法为逆时针Y型接法,而三相交流电机中的转子可以是绕线型或是永磁型,本实施例中以永磁型为例说明三相逆变器15的六个功率单元的开关状态。
结合上表和图9,以电流流入电机绕组方向为正方向,流出为负方向,三相逆变器15的十二个开关状态及电机定子磁场分布方向如图9所示,如A→BC,表示A相上下桥输入互补对称的PWM信号控制上下桥功率单元的通断,而B、C两相都是上桥功率单元一直关断,下桥功率单元一直开通,表示电流从A相绕组流入,从B、C两相流出,此时如果A相电流为Ic,则B、C相电流都是
Figure BDA0001916270510000201
并且A、B、C三相都是直流电流,此时电机定子磁场与A相轴线重合且沿着A相轴线正方向,如图9序号为1的箭头方向,电机转子受到一个要与A相轴线重合的电磁力。
再如BC→A,表示B、C两相上下桥输入同样互补对称的PWM信号控制上下桥功率单元的通断,而A相上桥功率单元一直关断,下桥功率单元一直开通,电流从B、C相绕组流入,从A相绕组流出,此时B、C两相电流为
Figure BDA0001916270510000202
A相电流为-Ic,并且A、B、C三相都是直流电流,此时电机定子磁场与A相轴线重合且沿着A相轴线反方向,如图9序号为7的箭头方向,电机转子受到一个要与A相轴线反方向重合的电磁力,这个电磁力与A→BC状态时的电磁力方向相反。
再如A→B,表示A相上下桥输入互补对称的PWM信号控制上下桥功率单元的通断,而B相是上桥功率单元一直关断,下桥功率单元一直开通,表示电流从A相绕组流入,从B相流出,此时A相电流为Ic,则B相电流都是-Ic,C相上下桥开关管都关断,电流为0,A、B相都是直流电流,此时电机定子磁场与A相轴线顺时针偏转30°电角度,如图9序号为12的箭头方向,电机转子受到一个要与此磁场重合的电磁力。需要说明的是,在本发明实施例中,仅以A→BC、B→AC以及A→B三种为例对三相逆变器15的十二种开关状态进行示例性说明,其他九种开关状态的具体工作方式可参考A→BC、B→AC以及A→B三种开关状态的相关描述,此处不再赘述。
经过上述对三相逆变器15的十二种开关状态的分析可知,12个磁场方向把电机转子360°电角度分成12等份,每个区间是30°电角度,即12个磁场方向将电机转子位置划分为12个区间,现在将对根据转子角度信号确定电机转子位置区间进行具体说明,详述如下:
假设电机是一对极,且电角度以逆时针为正,以A相轴线(或磁场)为参考零角度位置,也即图9所示的序号为1的磁场方向是参考零角度,假设事先通过角度传感器测定电机转子磁场和A相轴线重合时的角度是θ0,在电机通电加热前读取角度传感器的转子磁场位置角为θ1,则控制模块18可根据以下公式计算电机转子位置所处区间:
Figure BDA0001916270510000211
其中,fmod是取余函数,fix是取整函数;θ0是角度传感器预先测定的电子转子磁场与定子A相轴线重合时的角度值;θ1是电机通电加热前角度传感器测定的转子磁场位置角度值;Δθ0是θ1和θ0的角度差值与电机转子的360°电角度取余之后的角度值;N0是计算所得的电机转子位置所处区间序号;N1是和N0反向相差180°电角度的电机转子位置所处区间序号;N2是和N0+1反向相差180°电角度的电机转子位置所处区间序号。
进一步地,当根据上述公式(1)得到电机转子位置所处区间后,控制模块18根据Δθ0经过30°取余之后的值获取转子磁场距离N0区间号磁场方向的角度值Δθ1,并根据角度值Δθ1与电机转子类型在十二种开关状态中选择目标开关状态。
具体的,控制模块18根据公式Δθ1=fmod(Δθ0,30)获取转子磁场距离N0区间号磁场方向的角度值Δθ1,并根据角度值Δθ1与电机转子类型在十二种开关状态中选择目标开关状态。
其中,当电机类型为隐极电机时且角度值Δθ1小于15°时,控制模块18在三相逆变器15的十二种开关状态中选择开关状态序号为N0或N1对应的开关状态;当电机类型为隐极电机时且角度值Δθ1大于15°时,控制模块18在三相逆变器15的十二种开关状态中选择开关状态序号为N0+1或N2对应的开关状态;当电机类型为隐极电机时且角度值Δθ1等于15°时,控制模块18在三相逆变器15的十二种开关状态中选择开关状态序号为N0、N1、N0+1或N2任一种对应的开关状态。
此外,当电机类型为凸极电机时且角度值Δθ1小于15°时,控制模块18在三相逆变器15的十二种开关状态中选择开关状态序号为N0对应的开关状态;当电机类型为凸极电机时且角度值Δθ1大于15°时,控制模块18在三相逆变器15的十二种开关状态中选择开关状态序号为N0+1对应的开关状态;当电机类型为凸极电机时且角度值Δθ1等于15°时,控制模块在13三相逆变器15的十二种开关状态中选择开关状态序号为N0或N0+1对应的开关状态。
下面以具体示例对上述过程进行具体说明,详述如下:
对于隐极型永磁电机而言,其直轴电感Ld与交轴电感Lq相等时,隐极性永磁电机的电磁转矩公式为:
Figure BDA0001916270510000221
其中,P是电机极对数,Ψf是转子磁链,IS是定子三相电流合成的空间电流矢量,和定子磁场方向一致,θe是电机转子磁场与定子电流IS(或定子磁场)的夹角。从上述电磁转矩公式(2)可以看出,当θe=90°时,转矩值最大。当电机轴被P档的驻车功能锁住后,假如此时电机转子位置刚好停在11-12区间内,由于每个区间角度为30°,以每个区间的中间角度15°为中间线,转子处在中间线15°位置时其与序号为11、12和5、6的定子磁场产生的电磁转矩最大为
Figure BDA0001916270510000222
可见此时转矩约为理论最大转矩的
Figure BDA0001916270510000223
且定子磁场相差180°的一对反方向的定子磁场与转子磁场产生的转矩相同,此时定子磁场可以选择11或12序号的,也就是说三相逆变器15的开关状态最优选择为AC→B或A→B,或者他们的反方向磁场序号5或6的开关状态B→AC或B→A,而选择其他的开关状态时转子与定子磁场的夹角都大于15°,所产生的转矩均大于以上转矩,而当电机转子位置位于序号12与15°中间线之间时选择A→B或B→A的开关状态转矩是最小的,而当电机转子位置位于15°中间线与序号11之间时选择AC→B或B→AC的开关状态转矩是最小的。
此外,对于凸极型永磁电机而言,由于其直轴电感Ld小于交轴电感Lq,因此凸极型永磁电机的电磁转矩公式为:
Figure BDA0001916270510000231
其中,公式(3)中各个参数的含义可参考公式(2)的相关描述,此处不再赘述;从上述电磁转矩公式(3)可以看出,当θe<90°时,此时产生的转矩比隐极电机在相同角度下产生的转矩略小,当θe>90°时的某个角度转矩才达到最大值,所以当转子处于11-12序号磁场中间线时,三相逆变器的开关状态最优选择为AC→B或A→B,而不能选择11或12的反方向磁场序号5或6,因为他们产生的转矩比选11或12稍微大点,而当电机转子位置位于序号12与15°中间线之间时选择A→B的开关状态转矩是最小的,此时也不能选它的反方向磁场序号6,因为其产生的转矩比选磁场序号为12的稍微大点,而当电机转子位置位于15°中间线与序号11之间时选择AC→B的开关状态转矩是最小的,此时也不能选它的反方向磁场序号5,因为其产生的转矩比选磁场序号为11的稍微大点,当转子位于其他区间时的开关状态选择与以上类似,此处不再赘述。
在本实施方式中,通过根据电机转子位置所处的区间选择三相逆变器的最优开关状态,可使得转矩最小,且定子磁场固定一个方向,不会产生旋转磁场,也就没有连读旋转的电磁转矩产生,故即使电机轴未被P档的驻车功能锁住,电机转子最多也只会转动到与选择的最优开关状态对应的磁场序号就会停止转动,因为此时定子磁场和转子磁场重合,电机无转矩输出,如此将确保电动车不会因为电机通电加热而使车辆自行开车。
进一步地,作为本发明一种实施方式,如图10所示,本发明还提供了一种动力电池加热方法,该动力电池加热方法是基于图7所示的电路实现的。具体的,该动力电池加热方法包括:
步骤S101:检测所述动力电池的温度低于预设温度值时,控制所述第二开关模块导通,所述第一开关模块断开。
步骤S102:控制所述三相逆变器与所述电感及切换模块,使得所述三相逆变器与所述三相交流电机根据所述动力电池的放电电压对流经所述三相逆变器、所述三相交流电机中至少一个的换热介质进行加热,进而该被加热的换热介质再流经所述动力电池时,使所述动力电池的温度升高。
需要说明的是,由于该动力电池加热方法是基于图7所示的电路实现的,因此该动力电池加热方法的具体原理可参考图7相关描述,此处不再赘述。
进一步地,作为本发明另一种实施方式,本发明实施例提供的电机控制电路工作在加热模式时,可通过充电器(外部供电设备10)充电加热电机或并联电感、或者同时加热电机和并联电感的方式对动力电池进行加热。当该电机控制电路工作在充电器充电加热以实现对动力电池加热的加热模式下时,控制模块18用于在检测到动力电池的温度低于预设温度值时,控制第一开关模块13导通,第二开关模块17断开,并控制三相逆变器15与电感及切换模块14,使得三相逆变器15与三相交流电机16根据供电电压对流经三相逆变器15、三相交流电机16以及电感及切换模块14中至少一个的换热介质进行加热,使得该被加热的换热介质再流经动力电池时,可以使得动力电池的温度升高,以实现对动力电池的加热。
下面以图11所示的电路结构为例对本发明实施例提供的电机控制电路的充电器充电加热电机以向动力电池加热的过程做具体说明,详述如下:
当在极低温下,或电池电量极低,无法利用电池自身放电加热动力电池时,此时控制模块18控制开关K1、K2和K3断开,并控制开关K6闭合,而开关K4和K5根据需要可以闭合,也可以断开,即可以一边充电一边进行加热。控制模块18用PWM控制信号控制三相逆变器15中的功率开关给逆变器和电机通电发热,并且该充电器充电加热电机以实现动力电池加热的原理可分为储能与续流两个过程。
具体的,当充电器充电加热电机及逆变器时,此时控制模块18在控制相应开关的闭合与断开后,可采用PWM控制信号控制三相逆变器15中A相的上桥功率开关单元VT1导通,下桥功率开关单元VT2断开,并控制B、C两相的上桥功率开关单元VT3与VT5断开,以及下桥功率开关单元VT6和VT2导通,此时电流经闭合的开关元件K6从外部供电设备10的正极流出,经过三相逆变器15的上桥功率开关单元VT1、三相交流电机16的电感La、Lb以及Lc后,从三相逆变器15的下桥功率开关单元VT6和VT2流入外部供电设备10的负极,完成对三相交流电机16中电感的储能;之后控制模块18控制三相逆变器15的A相上桥功率开关VT1持续处于导通状态,A相下桥功率开关VT4持续处于关断状态,B、C相上桥功率开关VT3和VT5在当前切换状态下一直处于关断,B、C相下桥功率开关VT2和VT6在当前切换状态下同样一直处于开通关断,这时动力电池放电通路被关断,A相线圈电流通过上桥功率单元VT1形成续流,电流经过A相上桥功率开关VT1、A相线圈、三相交流电机16的B、C相线圈,再经过三相逆变器15的B、C相VD3和VD5,再到A相上桥功率开关VT1构成一个电感电流续流回路。
进一步地,三相逆变器15的一种控制方式是控制交轴电流iq处于一个恒定的小电流值,该小电流值可以使得三相交流电机16输出一个很小的转矩,作为预紧力,用于啮合变速器的齿轮间隙,防止电机加热过程中,电机转轴抖动,产生噪声;另一种三相逆变器15的控制方式是控制任意两相或三相桥臂的开关组合及其轮换,让电机三相线圈轮流通电,所有状态轮换完一次为一个周期,在一个周期内,三相逆变器和电机电流发热基本均衡,也可以达到加热的效果,而控制三相逆变器15按照任意两相或三相桥臂的开关组合及其轮换的方式工作又可以分为六种状态的开关方式以及十二种状态的开关方式,并且六种状态的开关方式以及十二种状态的开关方式可参考前述的相关描述,此处不再赘述。
在本实施方式中,通过控制第一开关模块、电感及切换模块、三相逆变器以及第二开关模块中各个开关的关断与导通状态,使得三相逆变器与三相交流电机根据供电设备的供电电压对流经动力电池的冷却液进行加热,不需要使用发动机或者增加加热装置就可以实现提升动力电池的温度,加热效率高,动力电池温度升高快。
进一步地,作为本发明另一种实施方式,下面以图12所示的电路结构为例对本发明实施例提供的电机控制电路的充电器充电加热并联电感以向动力电池加热的过程做具体说明,详述如下:
控制模块18控制开关K1、K2、K3以及K6闭合,开关K4和K5根据需要可以闭合,也可以断开,即可以一边充电一边进行加热,控制模块18用PWM控制信号控制三相逆变器15的功率开关给逆变器和并联电感通电发热,并且该充电器充电加热并联电感以实现动力电池加热的原理可分为储能与续流两个过程。
具体的,当充电器充电加热并联电感及逆变器时,此时控制模块18在控制相应开关的闭合与断开后,可采用PWM控制信号控制三相逆变器15中A、B以及C三相的上桥功率开关单元VT1、VT3以及VT5断开,下桥功率开关单元VT2、VT4以及VT6导通,此时电流从外部供电设备10的正极流出,经电感L1、L2、L3以及闭合的开关元件K1、K2、K3后,从三相逆变器15的下桥功率开关单元VT2、VT4以及VT6流入外部供电设备10的负极,完成对三相交流电机16中电感的储能;之后控制模块18控制三相逆变器15的下桥功率开关单元VT2、VT4以及VT6关断,这时动力电池放电通路被关断,电流经过A相上桥VD1、VD2以及VD3、电感L1、L2、L3以及闭合的开关元件K1、K2、K3,再到A相上桥VD1、VD2以及VD3构成一个电感电流续流回路。
需要说明的是,在本实施例中,图11中示出的是第一电感L1、第二电感L2以及第三电感L3分别串联的开关K1、K2以及K3均闭合的情况,而根据加热功率需求,本发明实施例所提供的电机控制电路也可以选择任意一相或两相电感所串联的开关的闭合,例如仅闭合A相桥臂串联电感上的开关,此时加热功率为小功率等级,闭合任意两相桥臂串联电感上的开关时,此时加热功率为中等级,三相桥臂串联电感上的开关均闭合时,加热功率为大功率等级,并且每相桥臂上串联电感的电感值不同,也使得加热功率不同。
此外,控制模块在根据PWM控制信号控制三相逆变器时,可以同步控制任意两相或三相下桥臂的功率开关,或者错相位控制,也即当选择任意两相桥臂进行降压输出控制时,可以进行逆变器开关错相位控制方式,比如两相错开约180°相位控制,这样两相线圈的正负纹波相互叠加,相互抵消,从而可以使总的纹波大大降低;当选择三相桥臂进行降压输出控制时,可以进行逆变器开关错相位控制方式,比如三相错开约60°相位控制,这样三相线圈的正负纹波相互叠加,相互抵消,从而可以使总的纹波大大降低。
在本实施方式中,本发明提供的电机控制电路通过控制第一开关模块、电感及切换模块、三相逆变器以及第二开关模块中各个开关的关断与导通状态,使得电感与切换模块和三相逆变器根据供电设备输出的供电电压对流经动力电池的冷却液进行加热,不需要使用发动机或者增加加热装置就可以实现提升动力电池的温度,加热效率高,动力电池温度升高快,并且加热功率可分多档控制。
进一步地,作为本发明另一种实施方式,下面以图12所示的电路结构为例对本发明实施例提供的电机控制电路的充电器充电加热并联电感和电机以向动力电池加热的过程做具体说明,详述如下:
控制模块18控制开关K1、K2、K3和K6闭合,并控制开关K4和K5断开,控制模块18用PWM控制信号控制三相逆变器15的功率开关给逆变器、电机和并联电感通电发热,三相逆变器15中的功率开关控制方式可以是三相上桥功率开关全部关断,用PWM控制信号控制某一相或两相下桥的功率开关的通断,让电流通过三个并联电感和电机三相线圈,如此使得发热功率是二者之和,功率明显增大,并且同样可以达到加热的效果;此外,三相逆变器15中的功率开关的控制方式也可以是采取任一相的上桥功率开关常闭,另一相或两相的下桥功率开关用PWM控制信号控制通断,或者任两相的上桥功率开关常闭,另一相的下桥功率开关用PWM控制信号控制通断,让电流通过并联电感和电机线圈,也可以达到加热的效果;值得注意的是,在本实施方式中,充电器充电加热并联电感和电机以实现动力电池加热的原理同样分为储能与续流两个过程,而储能与续流两个过程的具体电流流向可参考前述图11和图12的相关描述,此处不再赘述。
需要说明的是,在本实施例中,图12中示出的是第一电感L1、第二电感L2以及第三电感L3分别串联的开关K1、K2以及K3均闭合的情况,而根据加热功率需求,本发明实施例所提供的电机控制电路也可以选择任意一相或两相电感所串联的开关的闭合,例如仅闭合A相桥臂串联电感上的开关,此时加热功率为小功率等级,闭合任意两相桥臂串联电感上的开关时,此时加热功率为中等级,三相桥臂串联电感上的开关均闭合时,加热功率为大功率等级,并且每相桥臂上串联电感的电感值不同,也使得加热功率不同。
在本实施方式中,本发明提供的电机控制电路通过控制第一开关模块、电感及切换模块、三相逆变器以及第二开关模块中各个开关的关断与导通状态,使得电感与切换模块、三相逆变器以及三相交流电机根据供电设备输出的供电电压对流经动力电池的冷却液进行加热,不需要使用发动机或者增加加热装置就可以实现提升动力电池的温度,加热效率高,动力电池温度升高快,并且加热功率可分多档控制。
进一步地,作为本发明一种实施方式,本发明提供了一种动力电池加热方法,该动力电池加热方法是基于图11和图12所示的电路实现的。具体的,如图13所示,该动力电池加热方法包括:
步骤S131:检测到所述动力电池的温度低于预设温度值时,控制所述第一开关模块导通,所述第二开关模块断开。
步骤S132:控制所述三相逆变器与所述电感及切换模块,使得所述三相逆变器与所述三相交流电机根据所述供电电压对流经所述三相逆变器、所述三相交流电机以及所述电感及切换模块中至少一个的换热介质进行加热,进而该被加热的换热介质再流经所述动力电池时,使所述动力电池的温度升高。
需要说明的是,由于本实施例提供的动力电池加热方法是基于图11和图12实现的,因此该动力电池加热方法的具体实施过程可参考图11和图12的相关描述,此处不再赘述。
进一步地,作为本发明另一种实施方式,本发明实施例提供的电机控制电路工作在加热模式时,还可通过动力电池放电加热并联电感的方式对动力电池加热,并且在该种加热模式下,控制模块18用于在检测到动力电池的温度低于预设温度值时,控制第一开关模块13与第二开关模块17导通,并控制三相逆变器15与电感及切换模块14,使得三相逆变器15与电感及切换模块14根据动力电池的放电电压对流经三相逆变器、电机及切换模块中至少一个的换热介质进行加热,进而该被加热的换热介质再流经动力电池时,使动力电池的温度升高,以实现对动力电池的加热。
下面以图14所示的电路结构为例对本发明实施例提供的电机控制电路的动力电池放电加热并联电感以向动力电池加热的过程做具体说明,详述如下:
控制模块18控制开关K1、K2、K3、K4、K5以及K6闭合,控制模块18用PWM控制信号控制三相逆变器15中的功率开关给逆变器和并联电感通电发热,此时控制模块18控制三相逆变器15中的上桥功率开关全部关断,并且在根据PWM控制信号控制三相逆变器15的下桥功率开关时,可以同步控制任意两相或三相下桥臂的功率开关导通,或者错相位控制任意两相或三相下桥臂的功率开关导通,也即当选择任意两相桥臂进行降压输出控制时,可以进行逆变器开关错相位控制方式,比如两相错开约180°相位控制,这样两相线圈的正负纹波相互叠加,相互抵消,从而可以使总的纹波大大降低;当选择三相桥臂进行降压输出控制时,可以进行逆变器开关错相位控制方式,比如三相错开约60°相位控制,这样三相线圈的正负纹波相互叠加,相互抵消,从而可以使总的纹波大大降低;需要说明的是,在本实施方式中,动力电池放电加热并联电感以实现动力电池加热的原理同样分为储能与续流两个过程,而储能与续流两个过程的具体电流流向与图11中充电器充电加热并联电感的电流流向相似,不同之处在于电流从动力电池正极流出,最后流入动力电池负极,因此可参考前述图11的相关描述,此处不再赘述。
需要说明的是,在本实施例中,图14中示出的是第一电感L1、第二电感L2以及第三电感L3分别串联的开关K1、K2以及K3均闭合的情况,而根据加热功率需求,本发明实施例所提供的电机控制电路也可以选择任意一相或两相电感所串联的开关的闭合,例如仅闭合A相桥臂串联电感上的开关,此时加热功率为小功率等级,闭合任意两相桥臂串联电感上的开关时,此时加热功率为中等级,三相桥臂串联电感上的开关均闭合时,加热功率为大功率等级,并且每相桥臂上串联电感的电感值不同,也使得加热功率不同。
在本实施方式中,本发明提供的电机控制电路通过控制第一开关模块、电感及切换模块、三相逆变器以及第二开关模块中各个开关的关断与导通状态,使得电感与切换模块和三相逆变器根据动力电池的放电电压对流经动力电池的冷却液进行加热,不需要使用发动机或者增加加热装置就可以实现提升动力电池的温度,加热效率高,动力电池温度升高快,并且加热功率可分多档控制。
进一步地,作为本发明一种实施方式,本发明提供了一种动力电池加热方法,该动力电池加热方法是基于图14所示的电路实现的。具体的,如图15所示,该动力电池加热方法包括:
步骤S151:检测到所述动力电池的温度低于预设温度值时,控制所述第一开关模块与所述第二开关模块导通。
步骤S152:控制所述三相逆变器与所述电感及切换模块,使得所述三相逆变器与所述电感及切换模块根据所述动力电池的放电电压对流经所述三相逆变器、所述电感及切换模块中至少一个的换热介质进行加热,进而该被加热的换热介质再流经所述动力电池时,使所述动力电池的温度升高。
需要说明的是,由于本实施例提供的动力电池加热方法是基于图14实现的,因此该动力电池加热方法的具体实施过程可参考图14的相关描述,此处不再赘述。
进一步地,作为本发明另一种实施方式,本发明实施例提供的电机控制电路工作在加热模式时,还可以通过动力电池放电加热并联电感与电机的方式对动力电池加热,并且在该种加热模式下,控制模块18用于在检测到动力电池的温度低于预设温度值时,控制第一开关模块13与第二开关模块17导通,并控制三相逆变器15、电感及切换模块14以及三相交流电机16根据动力电池的放电电压对流经三相逆变器15、电感及切换模块14以及三相交流电机16中至少一个的换热介质进行加热,进而该被加热的换热介质再流经动力电池时,使动力电池的温度升高,以此实现对动力电池的加热。
下面以图14所示的电路结构为例对本发明实施例提供的电机控制电路的动力电池放电加热并联电感与电机以向动力电池加热的过程做具体说明,详述如下:
极低温地区,冬天为了提高动力电池加热功率,可以将电机和并联电感一起通电加热,此时控制模块18控制开关K1、K2、K3、K4、K5以及K6闭合,控制模块18用PWM控制信号控制三相逆变器15中的功率开关给逆变器、电机和并联电感通电发热,三相逆变器15的控制方式可以是三相上桥功率开关全部关断,用PWM控制信号控制某一相或两相下桥的功率开关的通断,让电流通过三个并联电感和电机三相线圈向动力电池加热,如此将使得发热功率是二者之和,功率明显增大,同时也可以达到加热的效果。此外,三相逆变器15的控制方式也可以是采取任一相的上桥功率开关常闭,另一相或两相的下桥功率开关用PWM控制信号控制通断,或者任两相的上桥功率开关常闭,另一相的下桥功率开关用PWM控制信号控制通断,让电流通过并联电感和电机线圈,也可以达到加热的效果。或者控制开关K6断开,其他开关保持不变,三相逆变器15的控制方式可以是三相任一上桥功率开关和另外任一相桥臂下桥功率开关,二者中的任一功率开关常闭,另一功率开关用PWM控制信号控制通断,或者任两相上桥功率开关和另外一相桥臂下桥功率开关,二者中的或上桥功率开关常闭,下桥功率开关用PWM控制信号控制通断,二者中的或下桥功率开关常闭,上桥功率开关用PWM控制信号控制通断,或者任一相上桥功率开关和另外两相桥臂下桥功率开关,二者中的或上桥功率开关常闭,下桥功率开关用PWM控制信号控制通断,二者中的或下桥功率开关常闭,上桥功率开关用PWM控制信号控制通断,让电流通过并联电感和电机线圈,也可以达到加热的效果;需要说明的是,在本实施方式中,动力电池放电加热并联电感和电机以实现动力电池加热的原理同样分为储能与续流两个过程,而储能与续流两个过程的具体电流流向与图12中充电器充电加热并联电感和电机的电流流向相似,不同之处在于电流从动力电池正极流出,最后流入动力电池负极,因此可参考前述图12的相关描述,此处不再赘述。
在本实施方式中,本发明提供的电机控制电路通过控制第一开关模块、电感及切换模块、三相逆变器以及第二开关模块中各个开关的关断与导通状态,使得电感与切换模块、三相逆变器以及三相交流电机根据动力电池的放电电压对流经动力电池的冷却液进行加热,不需要使用发动机或者增加加热装置就可以实现提升动力电池的温度,加热效率高,动力电池温度升高快,并且加热功率可分多档控制。
进一步地,作为本发明一种实施方式,本发明提供了一种动力电池加热方法,该动力电池加热方法是基于图14所示的电路实现的。具体的,如图16所示,该动力电池加热方法包括:
步骤S161:检测到所述动力电池的温度低于预设温度值时,控制所述第一开关模块与所述第二开关模块导通。
步骤S162:控制所述三相逆变器、所述电感及切换模块以及所述三相交流电机根据所述动力电池的放电电压对流经所述三相逆变器、所述电感及切换模块以及所述三相交流电机中至少一个的换热介质进行加热,进而该被加热的换热介质再流经所述动力电池时,使所述动力电池的温度升高。
需要说明的是,由于本实施例提供的动力电池加热方法是基于图14实现的,因此该动力电池加热方法的具体实施过程可参考图14的相关描述,此处不再赘述。
本发明另一种实施例提供一种车辆,车辆还包括上述实施例所提供的电机控制电路,车辆还包括动力电池、冷却液箱、水泵以及水管线,水泵根据控制信号将冷却液箱中的冷却液输入至水管线,水管线穿过动力电池和电机控制电路。
具体的,如图17所示,车辆电池加热系统包括:至少一台三相交流电机(图中以两个为例),至少一台电机控制器(图中以两个为例),至少一个动力电池,冷却液箱,水泵,以及电池管理器,整车控制器,可选的充电器(外部供电设备),必要的冷却液管道。其中,电机控制器与三相交流电机连接,动力电池的正负与电机控制器的正负极连接,并且动力电池还与电池管理器连接,可选的充电器与动力电池及电机控制器连接,电池管理器、电机控制器通过CAN线与整车控制器通讯。电池管理器用于采集动力电池信息,包括电压、电流、温度,及控制动力电池开关的通断,充放电功能等,电机控制器用于控制三相逆变器上下桥功率开关及采集三相电流,整车控制器用于管理整车的运行及车上其他控制器设备。水泵将冷却液从冷却液箱抽出,输送到第一个三相交流电机,第一个三相交流电机输出接到第一个电机控制器,第一个电机控制器输出接到第二个三相交流电机,第二个三相交流电机输出接到第二个电机控制器,第二个电机控制器输出接到动力电池输入,动力电池输出接回到冷却液箱,构成一个加热循环回路,以此实现动力电池的加热。
进一步地,作为本发明另一种实施方式,如图18所示,车辆电池加热系统包括:至少一台三相交流电机(图中以两个为例)及电机转子角度传感器,至少一台电机控制器(图中以两个为例),至少一个动力电池,冷却液箱,水泵,以及电池管理器,整车控制器,可选的充电器,必要的冷却液管道。其中,电机控制器与三相交流电机及角度传感器连接,动力电池的正负与电机控制器的正负极连接,并且动力电池还与电池管理器连接,可选的充电器与动力电池及电机控制器连接,电池管理器、电机控制器通过CAN线与整车控制器通讯。电池管理器用于采集动力电池信息,包括电压、电流、温度,及控制动力电池开关的通断,充放电功能等,电机控制器用于控制三相逆变器上下桥功率开关、采集三相电流及角度传感器信息θ,整车控制器用于管理整车的运行及车上其他控制器设备。水泵将冷却液从冷却液箱抽出,输送到第一个交流电机,第一个三相交流电机输出接到第一个电机控制器,第一个电机控制器输出接到第二个三相交流电机,第二个三相交流电机输出接到第二个电机控制器,第二个电机控制器输出接到动力电池输入,动力电池输出接回到冷却液箱,构成一个加热循环回路,以此实现动力电池的加热。
本发明提出了一种车辆,通过控制模块控制各个开关模块的通断,进而将电感及切换模块与三相逆变器组成升压电路,并利用该升压电路对供电设备输出的供电电压进行升压后向动力电池充电,使得不单独设立升压电路便可对动力电池进行升压充电,降低电路成本且可靠性高。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电机控制电路,其特征在于,所述电机控制电路包括:
电感及切换模块、三相逆变器、三相交流电机、第一开关模块、第二开关模块以及控制模块,所述控制模块用于在外部供电设备提供的供电电压低于动力电池的电压且所述动力电池需要充电时,控制所述第一开关模块断开,第二开关模块导通,并控制所述电感及切换模块与所述三相逆变器对所述供电电压进行升压后向所述动力电池充电;
其中,所述电感及切换模块包括第一电感、第二电感、第三电感、第一开关元件、第二开关元件以及第三开关元件;
所述第一开关模块的输入端与所述电感及切换模块的输入端共接,并与所述外部供电设备的正极连接,所述第一开关模块的输出端与所述三相逆变器的正端以及所述第二开关模块的第一输入端连接,所述电感及切换模块的第一输出端、第二输出端以及第三输出端分别与所述三相逆变器的三相桥臂对应连接,所述三相交流电机的三相线圈与所述三相逆变器的三相桥臂连接,所述第二开关模块的第一输出端与所述动力电池的正端连接,所述第二开关模块的第二输出端与所述动力电池的负端连接,所述第二开关模块的第二输入端与所述外部供电设备的负极以及所述三相逆变器的负端连接,所述控制模块与所述电感及切换模块、所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述三相交流电机以及所述三相逆变器连接。
2.如权利要求1所述的电机控制电路,其特征在于,所述第一电感的第一端与所述第二电感的第一端以及所述第三电感的第一端共接形成所述电感及切换模块的输入端,所述第一电感的第二端与所述第一开关元件的第一端连接,所述第二电感的第二端与所述第二开关元件的第一端连接,所述第三电感的第二端与所述第三开关元件的第一端连接,所述第一开关元件的第二端是所述电感及切换模块的第一输出端,所述第二开关元件的第二端是所述电感及切换模块的第二输出端,所述第三开关元件的第二端是所述电感及切换模块的第三输出端。
3.如权利要求1所述的电机控制电路,其特征在于,所述第二开关模块包括第四开关元件与第五开关元件,所述第四开关元件的第一端为所述第二开关模块的第一输入端,所述第四开关元件的第二端为所述第二开关模块的第一输出端,所述第五开关元件的第一端为所述第二开关模块的第二输入端,所述第五开关元件的第二端为所述第二开关模块的第二输出端。
4.如权利要求1所述的电机控制电路,其特征在于,所述第一开关模块包括第六开关元件,所述第六开关元件的第一端为所述第一开关模块的输入端,所述第六开关元件的第二端为所述第一开关模块的输出端。
5.一种动力电池充电方法,基于权利要求1至4任一项所述的电机控制电路,其特征在于,所述动力电池充电方法包括:
获取接入的供电电压以及动力电池的电压,并判断所述供电电压与所述动力电池的电压之间的大小;
当所述供电电压低于所述动力电池的电压且所述动力电池需要充电时,控制所述第一开关模块断开,所述第二开关模块导通;
控制所述电感及切换模块与所述三相逆变器对所述供电电压进行升压后向所述动力电池充电。
6.如权利要求5所述的动力电池充电方法,其特征在于,所述动力电池充电方法还包括:
通过控制所述电感及切换模块的工作状态,以对动力电池充电过程中的充电功率进行控制。
7.一种动力电池加热方法,基于权利要求1至4任一项所述的电机控制电路,其特征在于,所述动力电池加热方法包括:
检测所述动力电池的温度低于预设温度值时,控制所述第二开关模块导通,所述第一开关模块断开;
控制所述三相逆变器与所述电感及切换模块,使得所述三相逆变器与所述三相交流电机根据所述动力电池的放电电压对流经所述三相逆变器、所述三相交流电机中至少一个的换热介质进行加热,进而该被加热的换热介质再流经所述动力电池时,使所述动力电池的温度升高。
8.一种动力电池加热方法,基于权利要求1至4任一项所述的电机控制电路,其特征在于,所述动力电池加热方法包括:
检测到所述动力电池的温度低于预设温度值时,控制所述第一开关模块导通,所述第二开关模块断开;
控制所述三相逆变器与所述电感及切换模块,使得所述三相逆变器与所述三相交流电机根据所述供电电压对流经所述三相逆变器、所述三相交流电机以及所述电感及切换模块中至少一个的换热介质进行加热,进而该被加热的换热介质再流经所述动力电池时,使所述动力电池的温度升高。
9.一种动力电池加热方法,基于权利要求1至4任一项所述的电机控制电路,其特征在于,所述动力电池加热方法包括:
检测到所述动力电池的温度低于预设温度值时,控制所述第一开关模块与所述第二开关模块导通;
控制所述三相逆变器与所述电感及切换模块,使得所述三相逆变器与所述电感及切换模块根据所述动力电池的放电电压对流经所述三相逆变器、所述电感及切换模块中至少一个的换热介质进行加热,进而该被加热的换热介质再流经所述动力电池时,使所述动力电池的温度升高。
10.一种动力电池加热方法,基于权利要求1至4任一项所述的电机控制电路,其特征在于,所述动力电池加热方法包括:
检测到所述动力电池的温度低于预设温度值时,控制所述第一开关模块与所述第二开关模块导通;
控制所述三相逆变器、所述电感及切换模块以及所述三相交流电机根据所述动力电池的放电电压对流经所述三相逆变器、所述电感及切换模块以及所述三相交流电机中至少一个的换热介质进行加热,进而该被加热的换热介质再流经所述动力电池时,使所述动力电池的温度升高。
11.一种车辆,其特征在于,所述车辆包括权利要求1至4任一项所述电机控制电路,所述车辆还包括动力电池、冷却液箱、水泵以及水管线,所述水泵根据控制信号将所述冷却液箱中的冷却液输入至所述水管线,所述水管线穿过所述动力电池和所述电机控制电路。
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