CN111347938A - 一种车辆及其动力电池加热装置与方法 - Google Patents

Abstract

本公开提出了一种车辆及其动力电池加热装置与方法，该动力电池加热方法通过在动力电池满足加热条件时，控制三相逆变器使得三相交流电机根据加热能量产生热量以对流经动力电池的冷却液进行加热，并获取预设直轴电流，以及根据动力电池加热功率获取相应的预设交轴电流，进而在加热过程中根据预设直轴电流和预设交轴电流控制三相逆变器对三相交流电机的相电流进行调节，实现加热功率的调节，并且对动力电池加热过程中利用电机实现加热以提升动力电池的温度，无需使用PCT加热器，并且加热过程中电机输出扭矩为零，保证了行车安全。

Description

一种车辆及其动力电池加热装置与方法

技术领域

本公开涉及车辆技术领域，尤其涉及一种车辆及其动力电池加热装置与方法。

背景技术

近几年来，新能源汽车蓬勃发展使得基于锂离子的动力电池得到大量应用，而由于电池的固有特性，在低温时动力电池的充放电能力会大幅降低，这将影响车辆在寒冷地区的使用。

为解决这一问题，现有技术主要通过水泵将冷却液由冷冻液箱抽出，经PTC加热器加热后送入动力电池液冷板，使得动力电池液冷板温度升高，再由动力电池液冷板给动力电池加热，从而提高动力电池寒冷条件下的工作性能。该技术方案中需要用到一个PTC加热器，导致增加成本，且PTC加热器如果损坏后，导致二次成本增加。

综上所述，现有技术中存在在低温状态下对动力电池进行加热时采用PTC加热器进行加热导致成本增加的问题。

发明内容

本公开的目的在于提供一种车辆及其动力电池加热装置与方法，以解决现有技术中存在的在低温状态下对动力电池进行加热时采用PTC加热器进行加热导致成本增加的问题。

本公开是这样实现的，本公开第一方面提供一种车辆的动力电池加热方法，用于向所述车辆的动力电池进行加热，所述动力电池加热方法包括：

获取所述动力电池的当前温度值，以及所述车辆的电机的当前工作状态；

根据所述当前温度值和所述电机的当前工作状态判断所述动力电池是否满足加热条件；

若所述动力电池满足加热条件，则获取所述动力电池的加热功率；

获取预设直轴电流，并根据所述动力电池的加热功率获取相应的预设交轴电流；

控制三相逆变器中功率器件的通断状态，使得三相交流电机根据加热能量源提供的加热能量产生热量以对流经所述动力电池的冷却液进行加热，并在加热过程中根据所述预设直轴电流和预设交轴电流控制所述三相逆变器对所述三相交流电机的相电流进行调节。

本公开第二方面提供一种动力电池加热装置，所述动力电池加热装置包括：

三相逆变器，与加热能量源的正极与负极连接；

三相交流电机，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；

控制模块，所述控制模块分别与所述三相逆变器、所述三相交流电机以及动力电池连接，所述控制模块用于获取所述动力电池的当前温度值，以及所述车辆的电机的当前工作状态，并根据所述当前温度值和所述电机的当前工作状态判断所述动力电池是否满足加热条件，在所述动力电池满足加热条件时，获取所述动力电池的加热功率；所述控制模块还用于获取预设直轴电流，并根据所述动力电池的加热功率获取相应的预设交轴电流，控制三相逆变器中功率器件的通断状态，使得三相交流电机根据加热能量源提供的加热能量产生热量以对流经所述动力电池的冷却液进行加热，并在加热过程中根据所述预设直轴电流和预设交轴电流控制所述三相逆变器对所述三相交流电机的相电流进行调节。

本公开第三方面提供一种车辆，所述车辆包括第二方面所述动力电池加热装置，所述车辆还包括动力电池。

本公开提出了一种车辆及其动力电池加热装置与方法，该动力电池加热方法通过在动力电池满足加热条件时，控制三相逆变器使得三相交流电机根据加热能量产生热量以对流经动力电池的冷却液进行加热，并获取预设直轴电流，以及根据动力电池加热功率获取相应的预设交轴电流，进而在加热过程中根据预设直轴电流和预设交轴电流控制三相逆变器对三相交流电机的相电流进行调节，使得对动力电池加热过程中利用电机实现加热以实现提升动力电池的温度，无需使用PCT加热器，并且电机输出扭矩为零，保证了行车安全。

附图说明

为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，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是本公开一种实施例提供的一种动力电池加热方法的流程示意图；

图2是本公开一种实施例提供的一种动力电池加热装置的结构示意图；

图3是本公开一种实施例提供的一种动力电池加热装置的电路图；

图4是本公开一种实施例提供的一种动力电池加热装置的另一结构图；

图5是本公开一种实施例提供的一种动力电池加热装置的控制模块的结构图；

图6是本公开一种实施例提供的一种动力电池加热装置中的坐标变换示意图。

具体实施方式

为了使本公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本公开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公开，并不用于限定本公开。

为了说明本公开的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本公开实施例提供一种车辆的动力电池加热方法，该动力电池加热方法用于向车辆的动力电池进行加热，并且在加热过程中动力电池的导热通路与车辆的电机导热回路连接互通，如图1所示，动力电池加热方法包括：

步骤S11：获取所述动力电池的当前温度值，以及所述车辆的电机的当前工作状态。

其中，在本公开实施例中，由于在寒冷环境下，当车辆长时间未被使用时，动力电池的温度将会趋近环境温度，而随着温度的降低，动力电池性能会进一步下降，使得充放电能力均受限，进而影响车辆的性能与使用，因此需要对动力电池进行加热，而在对动力电池加热之前，必须获取动力电池的当前温度值以及车辆的电机的当前工作状态；其中，电机的当前工作状态用以表明车辆当前是静止状态还是行驶状态。

进一步地，作为本公开一种实施方式，所述获取所述车辆的电机的当前工作状态包括：

获取档位信息和车速信息，并根据所述档位信息和所述车速信息获取所述电机的当前工作状态。

具体的，当判定当前档位为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。

本实施方式中，通过获取档位信息和车速信息，并根据档位信息和车速信息获取电机的当前工作状态，使得在之后根据电机的工作状态和动力电池的当前温度值判断动力电池是否满足加热条件时，可根据档位信息、车速信息以及温度值三个条件进行判断，在任意一个条件不满足时便无法对动力电池加热，防止车辆的电机在正常驱动状态下对动力电池加热，进而影响车辆性能和行车安全，还可以获取车辆的驱动模式信息，若车辆此时工作在燃油模式下，如果要切换到EV模式，可以先对电池进行加热，不会干涉行车安全。

步骤S12：根据所述当前温度值和所述电机的当前工作状态判断所述动力电池是否满足加热条件。

其中，在本公开实施例中，低温条件下，当对动力电池进行加热时，必须在动力电池满足加热条件时方可进行，因此在获取了动力电池的当前温度值以及电机的当前工作状态后，需要当前温度值和电机的当前工作状态判断动力电池是否满足加热条件。

具体的，根据所述当前温度值和所述电机的当前工作状态判断所述动力电池是否满足加热条件包括：

若所述当前温度值低于预设温度值，且所述电机的当前工作状态处于非驱动状态，则表明所述动力电池满足加热条件；

若所述当前温度值不低于所述预设温度值，或者所述电机的当前工作状态处于驱动状态，则表明所述动力电池不满足加热条件。

其中，在本公开实施例中，若动力电池的当前温度值低于预设温度值，则表明此时动力电池需要加热，而对动力电池加热时，电机需要处于非驱动状态，因此只有同时满足动力电池的当前温度值低于预设温度值以及电机的当前工作状态处于非驱动状态两个条件，才可以对动力电池进行加热，当两者中任意一个不满足条件，则无法对动力电池加热；需要说明的是，在本公开实施例中，动力电池的当前温度是否低于预设温度值，以及电机的当前工作状态是否处于驱动状态的两个判断条件不分先后顺序。

在本实施方式中，根据动力电池的当前温度值和电机的当前工作状态两个条件确定动力电池是否满足加热条件，使得两个条件中任意一个条件不满足时都无法对动力电池加热，防止车辆在驱动状态对动力电池加热，提高了行车安全。

步骤S13：若所述动力电池满足加热条件，则获取所述动力电池的加热功率。

其中，在本公开实施例中，当确定动力电池满足加热条件，即可以对动力电池进行加热，此时需要获取动力电池的加热功率，该加热功率指的是动力电池所需要加热的功率。

步骤S14：获取预设直轴电流，并根据所述动力电池的加热功率获取相应的预设交轴电流。

其中，在本公开实施例中，当获取了动力电池所需要加热的功率后，此时还需要获取预设直轴电流id以及预设交轴电流iq，而在获取预设交轴电流iq时，可根据之前获取的动力电池的加热功率进行查找，即动力电池的加热功率与预设交轴电流iq呈映射关系，当获取了动力电池的加热功率后，便可根据该加热功率查找到对应的预设交轴电流iq。

进一步地，作为本公开一种实施方式，获取预设直轴电流id的方法具体为：

根据目标直轴电流获取所述预设直轴电流；其中，所述目标直轴电流指的是所述预设直轴电流处于目标范围内，且所述目标范围是所述预设交轴电流为任意值时，所述三相交流电机的输出扭矩均为零的直轴电流范围。

具体实施时，由于电机轴输出转矩公式为：

其中，T_e表示电机轴端输出转矩，p表示电机极对数，λ表示电机永磁体磁链，L_d表示直轴电感，L_q表示交轴电感，i_d表示直轴电流，i_q表示交轴电流。由于预设直轴电流id的获取需要使得电机轴输出转矩为零，因此可根据公式

获取预设直轴电流id的公式i_d＝-λ/(L_d-L_q)，并根据该公式获取目标直轴电流，进而根据该目标直轴电流获取预设直轴电流id，从电机轴输出转矩公式可知，从该电机轴输出转矩公式获取到预设直轴电流id的公式，进而获取到预设直轴电流时，使得预设直轴电流只要在获取到的目标直轴电流范围内，无论预设交轴iq如何取值，电机轴输出转矩均为零。

其中，在本公开实施例中，由于在利用三相交流电机给动力电池加热过程中，通过控制直轴电流的值，便可削弱磁场至临界值，进而达到电机零扭矩输出的目的，因此本公开实施例提供的动力电池加热方法通过公式

获取预先设定的直轴电流id，从该公式可以看出，当预先设定直轴电流id为id＝-λ/(L_d-L_q)时，无论预设交轴电流iq如何变化，电机扭矩均为零，进而使得车辆在电池加热过程中不会发生抖动，不会对车辆传动机构零部件造成损伤。

在本实施方式中，通过根据公式

获取预设直轴电流id，使得当预设直轴电流id取值为id＝-λ/(L_d-L_q)时，电机扭矩为零，从而实现零扭矩控制电机。

步骤S15：控制三相逆变器中功率器件的通断状态，使得三相交流电机根据加热能量源提供的加热能量产生热量以对流经所述动力电池的冷却液进行加热，并在加热过程中根据所述预设直轴电流和预设交轴电流控制所述三相逆变器对所述三相交流电机的相电流进行调节。

其中，在本公开实施例中，加热能量源可是为外部充电设备，例如充电桩，也可以是动力电池，此处不做具体限制。

进一步地，当获取到预设直轴电流id和预设交轴电流iq后，此时便可控制三相逆变器中功率器件的通断状态，即控制三相逆变器中功率器件的通断时间，即功率器件导通与关断的时间，使得三相交流电机根据加热能量产生热量以对流经动力电池的冷却液进行加热，并在加热过程中根据预设直轴电流id和预设交轴电流iq控制三相逆变器对三相交流电机的相电流进行调节，以实现加热功率的调节。

具体的，在本公开实施例中，在根据预设直轴电流id以及预设交轴电流iq控制三相逆变器对三相交流电机的相电流进行调节时，需要在对动力电池加热前，获取三相交流电机的当前三相电流值与电机转子位置角度信息，并根据电机转子位置角度信息将当前三相电流值变换为直轴电流与交轴电流，进而在加热过程中根据直轴电流、交轴电流、预设直轴电流以及预设交轴电流控制三相逆变器对三相交流电机的相电流进行调节，以实现对动力电池加热的功能，且保证电机处于零扭矩。

在本实施方式中，通过获取三相交流电机在加热前的三相电流值与电机转子位置角度信息等参数，进而根据获取的参数得到直轴电流与交轴电流，以便于在加热过程中根据该直轴电流、交轴电流、预设直轴电流以及预设交轴电流控制三相逆变器对三相交流电机的相电流进行调节，以此实现加热功率的调节。

进一步地，作为本公开一种实施方式，根据电机转子位置角度信息和当前三相电流值获取直轴交流与交轴电流的具体过程为：

在对动力电池加热前，获取到三相交流电机的当前三相电流值与电机转子位置角度信息后，将当前三相电流值由自然坐标系变换到静止坐标系，并根据电机转子位置角度信息将静止坐标系下的当前三相交流值变换为同步旋转坐标系下的直轴电流与交轴电流。

在本实施方式中，通过将当前三相电流值由自然坐标系变换到静止坐标系，并根据电机转子位置角度信息将静止坐标系下的当前三相交流值变换为同步旋转坐标系下的直轴电流与交轴电流，使得在根据获取的直轴电流与交轴电流控制三相逆变器对三相交流电机的相电流进行调节时，可基于同一坐标系下的标准，提高了调节过程中的准确性。

进一步地，作为本公开一种实施方式，在获取到直轴电流与交轴电流后，将直轴电流和交轴电流分别与预设直轴电流id和预设交轴电流iq进行比较，使得根据预设直轴电流id和预设交轴电流iq对直轴电流和交轴电流进行调整，进而使得根据预设直轴电流id和预设交轴电流iq控制三相逆变器。当根据预设直轴电流id和预设交轴电流iq对直轴电流和交轴电流进行调整后，该调整结果进行解耦后可根据解耦后的数据获取直轴电压Ud与交轴电压Uq。在获取到直轴电压Ud与交轴电压Uq后，便对直轴电压Ud与交轴电压Uq进行坐标变换以获取第一电压U_α和第二电压U_β，进而根据第一电压U_α与第二电压U_β获取开关信号，从而根据开关信号控制三相逆变器对三相交流电机的相电流进行调节。

在本实施方式中，通过根据预设直轴电流和预设交轴电流对获取的直轴电流和交轴电流进行调整，以获取相应的调整结果，并将该调整结果进行一系列变化后得到三相逆变器的开关信号，即三相逆变器中功率器件的通断时间，使得根据该开关信号控制三相逆变器对三相交流电机的相电流进行调节，实现了三相交流电机闭环控制的控制，以及加热功率的调节，增强了动力电池加热过程中的有效性，减小对电机等零部件的损耗。

步骤S16：在所述动力电池的加热过程中，实时监测所述三相逆变器和所述三相交流电机的温度，若所述三相逆变器和所述三相交流电机中任意一个的温度超过温度限值，则减小所述预设交轴电流。需要说明的是，在其他实施方式中，还可以通过将预设直轴电流和预设交轴电流置零来降低三相逆变器和三相交流电机的温度。

其中，在本公开实施例中，在动力电池的加热过程中，由于任何一个器件在温度过高的情况下均会发生损坏，因此需要实时监测三相交流电机和三相逆变器中功率器件的温度，若检测到三相逆变器或者三相交流电机中任何一个的温度超过温度阈值，则将预设交轴电流iq的电流幅值减小或者同时将预设交轴电流iq和预设直轴电流id置零。

在本实施方式中，通过在动力电池加热过程中，实时监测三相逆变器和三相交流电机的温度，使得三相逆变器和三相交流电机中任一个的温度超过温度阈值时，将预设交轴电流iq减小，或者是将预设交轴电流iq和预设直轴电流id同时置零，进而使得流经三相交流电机三相绕组的相电流值也会减小或为0，如此使得电机的发热功率降低，进而使得三相逆变器中的功率单元温度与三相交流电机三相绕组温度降低，从而在保证加热效果的同时也不会对整车零部件造成损坏。

步骤S17：在所述动力电池的加热过程中，实时监测所述动力电池的温度，若所述动力电池的温度达到指定加热温度，则停止向所述动力电池加热。

其中，在本公开实施例中，当动力电池的温度达到指定加热温度时，则表明动力电池无需再加热，此时需要停止向动力电池加热，即控制三相逆变器中所有功率开关器件断开。

在本实施方式中，通过在加热过程中实时监测动力电池的温度，并且在动力电池的温度达到指定加热温度时，停止向动力电池加热，以此有效防止动力电池过热，防止动力电池发生损坏，提高了动力电池的使用寿命。

步骤S18：在所述动力电池的加热过程中，实时获取所述动力电池的需求加热功率，并根据所述需求加热功率对所述预设交轴电流的大小进行调节。

其中，在本公开实施例中，由于动力电池随着加热过程的进行其自身温度会不断升高，而温度升高使得动力电池所需求的加热功率不断变化，因此在动力电池的加热过程中，需要实时获取动力电池的需求加热功率，并根据需求加热功率对预设交轴电流的大小进行调节。

在本实施方式中，通过在加热过程中实时获取动力电池的需求加热功率，并根据该需求加热功率对预设交轴电流iq进行调节，以此有效防止动力电池过热，防止动力电池发生损坏，提高了动力电池的使用寿命。

本公开实施例提供一种动力电池加热装置，该动力电池加热装置基于上述图1所示的动力电池加热方法实现，如图2所示，该动力电池加热装置包括：

三相逆变器11，与加热能量源10的正极与负极连接；

三相交流电机12，三相交流电机12的三相线圈与三相逆变器11的三相桥臂连接；

控制模块13，控制模块13分别与三相逆变器11、三相交流电机12以及动力电池20连接，控制模块13用于获取动力电池20的当前温度值，以及车辆的电机的当前工作状态，并根据当前温度值和电机的当前工作状态判断动力电池是否满足加热条件，在动力电池20满足加热条件时，获取动力电池20的加热功率；控制模块13还用于获取预设直轴电流id，并根据动力电20池的加热功率获取相应的预设交轴电流iq，控制三相逆变器11中功率器件的通断状态，使得三相交流电机12根据加热能量源10提供的加热能量产生热量以对流经动力电池20的冷却液进行加热，并在加热过程中根据预设直轴电流id和预设交轴电流iq控制三相逆变器11对三相交流电机12的相电流进行调节。

其中，加热能量源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，此外，加热能量源10也可以采用动力电池实现，加热功率远低于动力电池的驱动功率，即使寒冷地区，低温环境下，动力电池也可以满足加热功率的输出，在本实施方式中，加热能量源10采用充电桩实现；三相逆变器11具有四种工作模式，由控制模块13来决定，当需要用于车辆驱动时，三相逆变器11工作于逆变器模式，当用于升压充电时，三相逆变器11工作于升压模式，当用于加热电池时，三相逆变器11工作于加热模式，当需要给外界供电时，三相逆变器11工作于降压模式，本公开实施例中仅对三相逆变器11工作于加热模式进行详细说明；其中，三相逆变器11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12中的一相线圈，三相交流电机12包括三相线圈，三相线圈连接于一个中点，三相交流电机12可以是永磁同步电机或异步电机。

具体的，作为本公开一种实施方式，如图3所示(为了便于理解电路工作原理，图3中省略了控制模块13部分)，三相逆变器11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、第五功率开关以及第六功率开关。其中，每个功率开关单元的控制端连接控制模块13(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，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，三相交流电机12的第一相线圈连接第一功率开关单元的第二端和第二功率开关单元的第一端，三相交流电机12的第二相线圈连接第三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12的第三相线圈连接第五功率开关单元的第二端和第六功率开关单元的第一端。

进一步地，三相逆变器11中第一功率开关单元和第二功率开关单元构成第一相桥臂(U相桥臂)，第三功率开关单元和第四功率开关单元构成第二相桥臂(V相桥臂)，第五功率开关单元的输入端和第六功率开关单元构成第三相桥臂(W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12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U、V、W上下桥臂之间连接。

进一步地，作为本公开一种实施方式，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三相逆变器11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20、三相逆变器11以及三相交流电机12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20的温度。

具体实施时，如图4所示，控制模块包括电池管理器131与电机控制器132。其中，电池管理器131与动力电池20连接，电机控制器132与动力电池20以及三相交流电机12连接。电池管理器131来获取动力电池20的温度，将动力电池20的温度与预设温度值进行比较来判断动力电池20是否处于低温状态，当检测到动力电池20的温度低于预设温度值时，电机控制器132通过提升流经动力电池20的冷却液的温度方式提高动力电池20的温度。

具体的，由于三相逆变器11和三相交流电机12在工作的过程中均产生热量，因此电机控制器132获取车辆的电机的当前工作状态，并在根据当前温度值和电机的当前工作状态判断出动力电池满足加热条件时，控制三相逆变器11中功率器件的通断状态，使得三相交流电机12根据加热能量产生热量以对流经所述动力电池20的冷却液进行加热，直至检测到动力电池20的温度达到预设温度值时停止加热。

具体的，请同时参考图3和图4，当电机控制器132控制三相逆变器11和三相交流电机12对流经动力电池20的冷却液进行加热时，电机控制器132主要通过控制三相逆变器11中各个功率单元的开通关断时间与开关频率，使得三相交流电机12根据加热能量源10输出的加热能量产生热量，进而对流经动力电池的冷却液进行加热，并且在加热过程中电机控制器132根据预设直轴电流id和预设交轴电流iq控制三相逆变器11对三相交流电机12的相电流进行调节；需要说明的是，在本实施方式中，动力电池20与三相交流电机12的导热回路连接互通，冷却介质通过水泵(图中未示出)与互通阀(图中未示出)流经车用动力电池(动力电池20)与车用动力电机(三相交流电机12)。

其中，在电机控制器132控制三相逆变器11对三相交流电机12的相电流调节过程中，预设直轴电流id的获取方式主要是根据目标直轴电流获取预设直轴电流；其中，目标直轴电流指的是预设直轴电流处于目标范围内，且目标范围是预设交轴电流为任意值时，三相交流电机的输出扭矩均为零的直轴电流范围。

具体实施时，由于电机轴输出转矩公式为：

其中，T_e表示电机轴端输出转矩，p表示电机极对数，λ表示电机永磁体磁链，L_d表示直轴电感，L_q表示交轴电感，i_d表示直轴电流，i_q表示交轴电流。由于预设直轴电流id的获取需要使得电机轴输出转矩为零，因此可根据公式

获取预设直轴电流id的公式i_d＝-λ/(L_d-L_q)，并根据该公式获取目标直轴电流，进而根据该目标直轴电流获取预设直轴电流id，从电机轴输出转矩公式可知，从该电机轴输出转矩公式获取到预设直轴电流id的公式，进而获取到预设直轴电流时，使得预设直轴电流只要在获取到的目标直轴电流范围内，无论预设交轴iq如何取值，电机轴输出转矩均为零，进而使得车辆在电池加热过程中不会发生抖动，不会对车辆传动机构零部件造成损伤。

从上述描述可知，预设直轴电流id为一个幅值恒定的直轴电流，且该幅值可使得电机轴输出转矩值较小为零的电磁转矩，并且该电磁转矩无法使得车辆移动，也不会对车辆传动机构零部件造成损伤，其仅提供一个较小的输出力矩以完成车辆传动机构的齿轮间隙啮合或预紧力即可。

在本实施方式中，通过根据公式

获取预设直轴电流id，使得当预设直轴电流id取值为id＝-λ/(L_d-L_q)时，电机扭矩为零，从而实现零扭矩控制电机。

进一步的，作为一种实施方式，控制模块13在控制三相逆变器11和三相交流电机12对流经动力电池20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，该预设条件具体为：

控制模块13获取档位信息、车速信息以及动力电池20的温度信息；

控制模块13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20的温度低于预设温度值时，表明动力电池满足加热条件，此时控制模块13控制三相逆变器11，使得三相交流电机12根据加热能量产热以对流经动力电池20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13控制三相逆变器11，使得三相交流电机12停止对流经动力电池20的冷却液进行加热；

当控制模块13判定动力电池的温度不低于预设温度值时或者电机的当前工作状态处于驱动状态时，则表明此时动力电池不满足加热条件，则重新获取档位信息、车速信息以及动力电池的温度信息。

具体实施时，控制模块13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13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13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，在本公开实施例中，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20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20的温度较低时，控制模块13控制三相逆变器11，使得三相交流电机12根据加热能量产热以对流经动力电池20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20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，控制三相逆变器11，使得三相交流电机12根据加热能量对流经动力电池20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，便于车辆可以在低温条件下正常启动，防止车辆在正常行驶状态下对动力电池加热，进而影响车辆性能。

进一步地，作为本公开一实施方式，控制模块13在根据预设直轴电流id以及预设交轴电流iq控制三相逆变器11对三相交流电机12的相电流进行调节时，需要在对动力电池20加热前，控制模块13获取三相交流电机12的当前三相电流值与电机转子位置角度信息，并根据电机转子位置角度信息将当前三相电流值变换为直轴电流与交轴电流，进而在加热过程中根据直轴电流、交轴电流、预设直轴电流以及预设交轴电流控制三相逆变器11对三相交流电机12的相电流进行调节。

在本实施方式中，通过获取三相交流电机在加热前的三相电流值与电机转子位置角度信息等参数，进而根据获取的参数得到直轴电流与交轴电流，以便于在加热过程中根据该直轴电流、交轴电流、预设直轴电流以及预设交轴电流控制三相逆变器对三相交流电机的相电流进行调节，进而实现加热功率的调节。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图5所示，控制模块13还包括前馈解耦单元133、坐标变换单元134、开关信号获取单元135，前馈解耦单元133与坐标变换单元134连接，坐标变换单元134与开关信号获取单元135以及三相交流电机12连接，开关信号获取单元135与电机控制器132连接，电机控制器132与三相交流电机12连接。

具体的，控制模块13在获取到直轴电流与交轴电流后，将直轴电流和交轴电流分别与预设直轴电流id和预设交轴电流iq进行比较，使得根据预设直轴电流id和预设交轴电流iq对直轴电流和交轴电流进行调整，进而使得根据预设直轴电流id和预设交轴电流iq控制三相逆变器。当根据预设直轴电流id和预设交轴电流iq对直轴电流和交轴电流进行调整后，该调整结果输出至前馈解耦单元133，前馈解耦单元133对调整结果进行解耦后获取直轴电压Ud与交轴电压Uq，坐标变换单元134对直轴电压Ud与交轴电压Uq进行坐标变换以获取第一电压U_α和第二电压U_β，开关信号获取单元135根据第一电压U_α与第二电压U_β获取开关信号，电机控制器132根据开关信号控制三相逆变器11对三相交流电机12的相电流进行调节。

在本实施方式中，通过根据预设直轴电流和预设交轴电流对获取的直轴电流和交轴电流进行调整，以获取相应的调整结果，并将该调整结果进行一系列变化后得到三相逆变器的开关信号，使得电机控制器根据该开关信号控制三相逆变器对三相交流电机的相电流进行调节，实现了三相交流电机闭环控制的控制，以及加热功率的调节，增强了动力电池加热过程中的有效性，减小对电机等零部件的损耗。

进一步地，作为本公开一种实施方式，控制模块13根据电机转子位置角度信息和前馈解耦单元当前三相电流值获取直轴交流与交轴电流的具体过程为：

在对动力电池加热前，控制模块13获取到三相交流电机的当前三相电流值与电机转子位置角度信息后，坐标变换单元134将当前三相电流值由自然坐标系变换到静止坐标系，并根据电机转子位置角度信息将静止坐标系下的当前三相交流值变换为同步旋转坐标系下的直轴电流与交轴电流(如图6所示)。

在本实施方式中，通过将当前三相电流值由自然坐标系变换到静止坐标系，并根据电机转子位置角度信息将静止坐标系下的当前三相交流值变换为同步旋转坐标系下的直轴电流与交轴电流，使得控制模块在根据获取的直轴电流与交轴电流控制三相逆变器对三相交流电机的相电流进行调节时，可基于同一坐标系下的标准，提高了调节过程中的准确性。

进一步地，作如为本公开一种实施方式，如图4所示，电池加热装置中还设置有温度检测单元，该温度检测单元与控制模块中的电机控制器132以及三相交流电机12连接，该温度检测单元用于在动力电池20的加热过程中，实时监测三相逆变器11和三相交流电机12的温度，并将监测结果反馈给控制模块13，控制模块13在三相逆变器11和三相交流电机12中任意一个的温度超过温度限值时，则减小预设交轴电流iq，或者将预设直轴电流id和预设交轴电流iq置零。

具体实施时，温度检测单元采用温度传感器实现，该温度传感器可以为负温度系数的热敏电阻实现，也可以采用正温度系数的热敏电阻实现，此处不做具体限制，并且该温度传感器可以单独设置在三相交流电机或者三相逆变器中，也可以在三相逆变器和三相交流电机中分别设置温度传感器。

其中，在本公开实施例中，在动力电池的加热过程中，由于任何一个器件在温度过高的情况下均会发生损坏，因此需要实时监测三相交流电机和三相逆变器中功率器件的温度，若检测到三相逆变器或者三相交流电机中任何一个的温度超过温度阈值，则将预设交轴电流iq的电流幅值减小或者同时将预设交轴电流iq和预设直轴电流id置零。

在本实施方式中，通过在动力电池加热过程中，实时监测三相逆变器和三相交流电机的温度，使得三相逆变器和三相交流电机中任一个的温度超过温度阈值时，将预设交轴电流iq减小，或者是将预设交轴电流iq和预设直轴电流id同时置零，进而使得流经三相交流电机三相绕组的相电流值也会减小或为0，如此使得电机的发热功率降低，进而使得三相逆变器中的功率单元温度与三相交流电机三相绕组温度降低，从而在保证加热效果的同时也不会对整车零部件造成损坏。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图2所示，控制模块13还用于在动力电池20的加热过程中，实时监测动力电池20的温度，若动力电池20的温度达到指定加热温度，则停止向动力电池20加热。

其中，在本公开实施例中，当动力电池的温度达到指定加热温度时，则表明动力电池无需再加热，此时需要停止向动力电池加热，即控制三相逆变器中所有功率开关器件断开。

在本实施方式中，通过在加热过程中实时监测动力电池的温度，并且在动力电池的温度达到指定加热温度时，停止向动力电池加热，以此有效防止动力电池过热，防止动力电池发生损坏，提高了动力电池的使用寿命。

进一步地，作为本公开一种实施方式，如图2所示，控制模块13还用于在动力电池20的加热过程中，实时获取动力电池20的需求加热功率，并根据需求加热功率对预设交轴电流iq的大小进行调节。

其中，在本公开实施例中，由于动力电池20随着加热过程的进行其自身温度会不断升高，而温度升高使得动力电池所需求的加热功率不断变化，因此在动力电池的加热过程中，需要实时获取动力电池的需求加热功率，并根据需求加热功率对预设交轴电流iq的大小进行调节。

在本实施方式中，通过在加热过程中实时获取动力电池的需求加热功率，并根据该需求加热功率对预设交轴电流iq进行调节，以此有效防止动力电池过热，防止动力电池发生损坏，提高了动力电池的使用寿命。

下面通过具体的电路结构对本公开技术方案进行说明：

由于在寒冷环境下，当车辆长时间未被使用，车用动力电池温度将会趋近环境温度，而随着温度的降低，车用动力电池性能进一步下降，充放电能力均受限，进而影响新能源车的性能与使用，因此需要对动力电池进行加热。

请同时参考图3和图4，在对动力电池20加热时，当电池管理器131监测到动力电池20的温度过低时，将会进入三相交流电机12加热动力电池20的预备状态，此时控制模块13中的电机控制器132需要对加热条件进行判断，即判断动力电池温度是否过低、车辆是否静止以及是否处于P挡，若加热条件的判断结果均为真，则可进入使用三相交流电机12生热给动力电池20加热的过程。

在加热时，首先传感器会对电机当前的各个变量进行信号采样，并将采样结果发送给控制模块13中的电机控制器132，其中采样的变量主要为当前流经三相交流电机12绕组的三相电流值和电机转子位置角度信息(电机当前转子位置)。如图5所示，在获取到该三相电流值和电机转子位置角度信息后，坐标变换单元134通过clark变换将自然坐标系ABC下的变量变换到静止坐标系α-β下的变量，之后再通过帕克变换将静止坐标系α-β下的变量变换到同步旋转坐标系d-q下的变量，并且在整个坐标变换中遵循幅值不变条件，变换矩阵前加入变换系数2/3。

具体的，在坐标变换单元134将自然坐标系ABC下的变量变换到静止坐标系α-β下的变量时，其根据变换矩阵

对自然坐标系ABC下的变量进行变换，而坐标变换单元134在将静止坐标系α-β下的变量变换到同步旋转坐标系d-q下的变量时，其根据变换矩阵

对静止坐标系α-β下的变量进行变换，然后将两个变换相乘，便可得到自然坐标系ABC到同步旋转坐标系d-q的变换矩阵

式中θ为三相交流电机12的转子直轴与三相交流电机12的A相绕组间夹角(电机转子位置角度信息)，经过变换矩阵T_3s/2r后可以将自然坐标系ABC下的三相电流变换为交直轴电流，直轴电流为励磁电流，交轴电流为转矩电流，电机扭矩的产生需要具备合适磁场和相应的转矩电流，二者缺一不可。

在利用车用动力电机给车用动力电池加热过程中，通过控制预设直轴电流id的值，削弱磁场到临界值来达到电机零扭矩输出的目的。根据车用动力电机的电机轴端输出转矩计算公式

可以看出，当id＝-λ/(L_d-L_q)时无论预设交轴电流iq为多少，扭矩都为零，因此本公开实时控制预设交轴电流iq的幅值为对应需求加热功率下的大小，控制预设直轴电流id的幅值为一恒定的合适值，该值使得车辆不具有移动或振动的趋势，也不会对车辆传动机构造成潜在损伤，仅仅使得电机轴输出零转矩；其中，T_e表示电机轴端输出转矩，p表示电机极对数，λ表示电机永磁体磁链，L_d表示直轴电感，L_q表示交轴电感，i_d表示直轴电流，i_q表示交轴电流。

在对采集的变量进行坐标变以获取到交轴电流和直轴电流后，便可将该直轴电流和交轴电流分别与预设交轴电流iq和预设直轴电流id进行比较，并将比较结果反馈给前馈解耦单元133，前馈解耦单元133通过前馈补偿的方式对变量进行完全解耦，解耦完成后获取到的直轴电压(Ud)和交轴电压(Uq)被再次传输至坐标变换单元134，通过反帕克变换矩阵

得到静止坐标系中电压变量U_α与U_β，随后U_α与U_β被传输至开关信号获取单元134，开关信号获取单元134通过空间矢量脉宽调制算法(SVPWM)得到控制三相逆变器11的六路开关信号，电机控制器132通过该六路开关信号控制三相逆变器11中的功率开关进行开关动作，以此控制流经三相交流电机的三相电流值大小。

进一步地，整个加热过程中温度传感器会不断监测三相交流电机绕组与三相逆变器的功率开关温度，若有任意一项超过温度限值，则电机控制器会减小预设交轴电流iq值或将预设交轴电流iq和预设直轴电流id置零，由此，流经三相交流电机三相绕组的相电流值也会减小或为0，电机的发热功率也会降低，进而使得三相逆变器的功率开关温度与三相交流电机绕组温度也会降低，从而在保证加热效果的同时也不会对整车零部件造成损坏，直到三相交流电机绕组或三相逆变器的功率开关温度不处于过温状态，此时若动力电池温度已经达到预定加热温度，则停止加热，否则继续进行加热；若整个加热过程中三相交流电机绕组与IGBT温度均未过温，则电池管理器在监测到电池温度已经达到预定加热温度时会发出停止加热的指令，至此，三相交流电机生热给车用动力电池加热的过程结束。

本公开另一种实施例提供一种车辆，车辆还包括上述实施例一提供的动力电池加热装置，车辆还包括动力电池，此外车辆还包括冷却液箱、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动力电池加热装置。

本公开提出的车辆，通过在动力电池满足加热条件时，控制三相逆变器使得三相交流电机根据加热能量产生热量以对流经动力电池的冷却液进行加热，并获取预设直轴电流，以及根据动力电池加热功率获取相应的预设交轴电流，进而在加热过程中根据预设直轴电流和预设交轴电流控制三相逆变器对三相交流电机的相电流进行调节，使得对动力电池加热过程中利用电机实现加热以实现提升动力电池的温度，无需使用PCT加热器，并且电机输出扭矩为零，保证了行车安全。

以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，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公开各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种动力电池加热方法，用于向车辆的动力电池进行加热，其特征在于，所述动力电池加热方法包括：

获取所述动力电池的当前温度值，以及所述车辆的电机的当前工作状态；

根据所述当前温度值和所述电机的当前工作状态判断所述动力电池是否满足加热条件；

若所述动力电池满足加热条件，则获取所述动力电池的加热功率；

获取预设直轴电流，并根据所述动力电池的加热功率获取相应的预设交轴电流；

控制三相逆变器中功率器件的通断状态，使得三相交流电机根据加热能量源提供的加热能量产生热量以对流经所述动力电池的冷却液进行加热，并在加热过程中根据所述预设直轴电流和预设交轴电流控制所述三相逆变器对所述三相交流电机的相电流进行调节。

2.如权利要求1所述的动力电池加热方法，其特征在于，所述获取预设直轴电流包括：

根据目标直轴电流获取所述预设直轴电流；其中，所述目标直轴电流指的是所述预设直轴电流处于目标范围内，且所述目标范围是所述预设交轴电流为任意值时，所述三相交流电机的输出扭矩均为零的直轴电流范围。

3.如权利要求1所述的动力电池加热方法，其特征在于，所述根据所述当前温度值和所述电机的当前工作状态判断所述动力电池是否满足加热条件包括：

若所述当前温度值低于预设温度值，且所述电机的当前工作状态处于非驱动状态，则表明所述动力电池满足加热条件；

若所述当前温度值不低于所述预设温度值，或者所述电机的当前工作状态处于驱动状态，则表明所述动力电池不满足加热条件。

4.如权利要求3所述的动力电池加热方法，其特征在于，所述获取所述车辆的电机的当前工作状态包括：

获取档位信息和车速信息，并根据所述档位信息和所述车速信息获取所述电机的当前工作状态。

5.如权利要求1至4任一项所述的动力电池加热方法，其特征在于，所述动力电池加热方法还包括：

在所述动力电池的加热过程中，实时监测所述三相逆变器和所述三相交流电机的温度，若所述三相逆变器和所述三相交流电机中任意一个的温度超过温度限值，则减小所述预设交轴电流。

6.如权利要求1至4任一项所述的动力电池加热方法，其特征在于，所述动力电池加热方法还包括：

在所述动力电池的加热过程中，实时监测所述动力电池的温度，若所述动力电池的温度达到指定加热温度，则停止向所述动力电池加热。

7.如权利要求1至4任一项所述的动力电池加热方法，其特征在于，所述动力电池加热方法还包括：

在所述动力电池的加热过程中，实时获取所述动力电池的需求加热功率，并根据所述需求加热功率对所述预设交轴电流的大小进行调节。

8.一种动力电池加热装置，其特征在于，所述动力电池加热装置包括：

三相逆变器，与加热能量源的正极与负极连接；

三相交流电机，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；

控制模块，所述控制模块分别与所述三相逆变器、所述三相交流电机以及动力电池连接，所述控制模块用于获取所述动力电池的当前温度值，以及所述车辆的电机的当前工作状态，并根据所述当前温度值和所述电机的当前工作状态判断所述动力电池是否满足加热条件，在所述动力电池满足加热条件时，获取所述动力电池的加热功率；所述控制模块还用于获取预设直轴电流，并根据所述动力电池的加热功率获取相应的预设交轴电流，控制三相逆变器中功率器件的通断状态，使得三相交流电机根据加热能量源提供的加热能量产生热量以对流经所述动力电池的冷却液进行加热，并在加热过程中根据所述预设直轴电流和预设交轴电流控制所述三相逆变器对所述三相交流电机的相电流进行调节。

9.如权利要求8所述的动力电池加热装置，其特征在于，所述控制模块具体用于：

根据目标直轴电流获取所述预设直轴电流；其中，所述目标直轴电流指的是所述预设直轴处于目标范围内，且所述目标范围是所述预设交轴电流为任意值时，所述三相交流电机的输出扭矩均为零的直轴电流范围。

10.如权利要求8所述的动力电池加热装置，其特征在于，所述控制模块具体用于：

若所述当前温度值低于预设温度值，且所述电机的当前工作状态处于非驱动状态，则表明所述动力电池满足加热条件；

若所述当前温度值不低于所述预设温度值，或者所述电机的当前工作状态处于驱动状态，则表明所述动力电池不满足加热条件。

11.如权利要求10所述的动力电池加热装置，其特征在于，所述控制模块具体用于：

获取档位信息和车速信息，并根据所述档位信息和所述车速信息获取所述电机的当前工作状态。

12.如权利要求8至11任一项所述的动力电池加热装置，其特征在于，所述动力电池加热装置还包括：

温度检测单元，所述温度检测单元与所述控制模块以及所述三相交流电机连接，所述温度检测单元用于在所述动力电池的加热过程中，实时监测所述三相逆变器和所述三相交流电机的温度，并将监测结果反馈给所述控制模块，所述控制模块在所述三相逆变器和所述三相交流电机中任意一个的温度超过温度限值时，则减小所述预设交轴电流，或者将所述预设直轴电流和所述预设交轴电流置零。

13.如权利要求8至11任一项所述的动力电池加热装置，其特征在于，所述控制模块具体用于：

在所述动力电池的加热过程中，实时监测所述动力电池的温度，若所述动力电池的温度达到指定加热温度，则停止向所述动力电池加热。

14.如权利要求8至11任一项所述的动力电池加热装置，其特征在于，所述控制模块具体用于：

在所述动力电池的加热过程中，实时获取所述动力电池的需求加热功率，并根据所述需求加热功率对所述预设交轴电流的大小进行调节。

15.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求8至14任一项所述动力电池加热装置，所述车辆还包括动力电池。

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