CN111355429A - 电机驱动装置、控制方法、车辆及可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种电机驱动装置、控制方法、车辆及可读存储介质，控制方法包括：获取需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值；根据需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值，调节三相电机的每相电的电流大小及方向，以同时控制供电模块对动力电池的充电过程、三相电机的输出扭矩以及使三相逆变器以及三相电机对流经三相逆变器或者三相电机中至少一个的换热介质进行加热。本申请技术方案在不增加额外升压充电模块和加热模块的基础上，实现了扭矩输出、动力电池充电和动力电池加热的协同控制方法，有效解决了非全程架设直流供电线路的车辆对所需求的扭矩输出、电池充电和加热功能协同工作的问题。

Description

电机驱动装置、控制方法、车辆及可读存储介质
技术领域
本申请涉及电机驱动技术领域，尤其涉及一种电机驱动装置、控制方法、车辆及可读存储介质。
背景技术
目前能源危机和环境污染问题日趋严重，电动汽车做为新型的交通工具，可以实现“零排放”，并且电动汽车具有结构简单，能量利用率高，噪声小等优点，在今后的汽车发展中将占据主导地位。对于架设直流线路的新能源汽车，可以通过直流供电线路获得电能用来驱动三相电机输出扭矩，考虑到低温环境下车辆的行驶，所以车辆还需具备加热功能，即对车辆内部的低温设备进行加热，此外，当动力电池的电量较低时，还需要对动力电池进行充电，目前，对三相电机的扭矩输出过程、对车辆内部设备进行加热的过程以及对动力电池的充电过程均是分别控制的，导致车辆内部的整体控制策略比较复杂。
发明内容
本申请的目的在于提供一种电机驱动装置、控制方法、车辆及可读存储介质，可以实现同时控制动力电池的充电过程、三相电机的扭矩输出过程以及对车辆内部设备的加热过程。
本申请是这样实现的，本申请第一方面提供一种电机驱动装置，所述电机驱动装置包括：依次连接的三相逆变器、三相电机以及降压侧电容，所述电机驱动装置通过所述降压侧电容连接至供电模块的正极和负极，所述三相逆变器的第一端和第二端分别连接至动力电池的正极和负极，所述降压侧电容的第一端和第二端分别连接所述三相电机的三相线圈的连接点和所述三相逆变器的第二端，所述三相电机的三相线圈分别连接所述三相逆变器的三相桥臂的中点。
本申请第二方面提供一种电机驱动装置的控制方法，所述电机驱动装置包括第一方面所述的电机驱动装置，所述电机驱动装置的控制方法包括：
获取需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值；
根据所述需求加热功率、所述需求充电功率以及所述电机扭矩输出值，调节三相电机的每相电的电流大小及方向，以同时控制所述供电模块对所述动力电池的充电过程、所述三相电机的输出扭矩以及使所述三相逆变器以及所述三相电机对流经所述三相逆变器或者所述三相电机中至少一个的换热介质进行加热。
本申请第三方面提供一种电机驱动装置的控制方法，所述电机驱动装置包括第一方面所述的电机驱动装置，所述电机驱动装置的控制方法包括：
获取需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值；
根据所述需求加热功率、所述需求充电功率以及所述电机扭矩输出值，获取三相电机的目标输入电流及每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比；
根据所述目标输入电流接收所述供电模块的输入，并根据所述第一目标占空比对每相桥臂进行控制，以同时控制所述供电模块对所述动力电池的充电过程、所述三相电机的输出扭矩以及使所述三相逆变器以及所述三相电机对流经所述三相逆变器或者所述三相电机中至少一个的换热介质进行加热。
本申请第四方面提供一种电机驱动装置，基于第一方面所述的电机驱动装置，所述电机驱动装置还包括：
数据获取模块，用于获取需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值；
控制模块，用于根据所述需求加热功率、所述需求充电功率以及所述电机扭矩输出值，调节三相电机的每相电的电流大小及方向，以同时控制所述供电模块对所述动力电池的充电过程、所述三相电机的输出扭矩以及使所述三相逆变器以及所述三相电机对流经所述三相逆变器或者所述三相电机中至少一个的换热介质进行加热。
本申请第五方面提供一种电机驱动装置，基于第一方面所述的电机驱动装置，所述电机驱动装置还包括：
数据获取模块，用于获取需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值；
目标占空比获取模块，用于根据所述需求加热功率、所述需求充电功率以及所述电机扭矩输出值，获取三相电机的目标输入电流及每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比；
PWM控制模块，用于根据所述目标输入电流接收所述供电模块的输入，并根据所述第一目标占空比对每相桥臂进行控制，以同时控制所述供电模块对所述动力电池的充电过程、所述三相电机的输出扭矩以及使所述三相逆变器以及所述三相电机对流经所述三相逆变器或者所述三相电机中至少一个的换热介质进行加热。
本申请第六方面提供一种车辆，包括存储器、处理器；其中，所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现如第四方面或者第五方面所述的控制方法。
本申请第七方面一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现第四方面或者第五方面所述的控制方法。
本申请技术方案提供一种电机驱动装置、控制方法、车辆及可读存储介质，电机驱动装置的控制方法包括：获取需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值；根据需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值，获取三相电机的目标输入电流及每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比；根据目标输入电流接收供电模块的输入电流，并根据所述第一目标占空比对每相桥臂进行控制，以同时控制供电模块对动力电池的充电过程、三相电机的输出扭矩以及使三相逆变器以及三相电机对流经三相逆变器或者所述三相电机中至少一个的换热介质进行加热。本申请技术方案在不增加额外升压充电模块和加热模块的基础上，实现了扭矩输出、动力电池充电和动力电池加热的协同控制方法，有效解决了非全程架设直流供电线路的车辆对所需求的扭矩输出、电池充电和加热功能协同工作的问题，且加热功能不仅可以加热动力电池，还可以加热乘客舱，具有电路结构简单、成本低以及失效风险小等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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是本申请实施例一提供的一种电机驱动装置的电路图；
图2是本申请实施例一提供的一种电机驱动装置的另一电路图；
图3是本申请实施例二提供的一种电机驱动装置的控制方法的流程图；
图4是本申请实施例三提供的一种电机驱动装置的控制方法的流程图；
图5是本申请实施例三提供的一种电机驱动装置的控制方法中的步骤S21的流程图；
图6是本申请实施例三提供的一种电机驱动装置的控制方法中的步骤S21的另一流程图；
图7是本申请实施例三提供的一种电机驱动装置的控制方法中的步骤S22之后的流程图；
图8是本申请实施例三提供的一种电机驱动装置的控制方法中的步骤S23的流程图；
图9是本申请实施例三提供的一种电机驱动装置的控制方法中的步骤S22之后的另一流程图；
图10是本申请实施例三提供的一种电机驱动装置的控制方法中的步骤S26的流程图；
图11是本申请实施例三提供的一种电机驱动装置的控制方法的控制结构框图；
图12是本申请实施例三提供的一种电机驱动装置的控制方法中的三相控制脉冲示意图；
图13是本申请实施例三提供的一种电机驱动装置的控制方法中的电流分配示意图；
图14是本申请实施例四提供的一种电机驱动装置的结构示意图；
图15是本申请实施例五提供的一种电机驱动装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
为了说明本申请的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
本申请实施例一提供一种电机驱动装置，如图1所示，电机驱动装置包括：依次连接的三相逆变器101、三相电机102以及降压侧电容C2，电机驱动装置通过降压侧电容C2连接至供电模块103的正极和负极，三相逆变器102的第一端和第二端分别连接至动力电池104的正极和负极，降压侧电容C2的第一端和第二端分别连接三相电机102的三相线圈的连接点和三相逆变器101的第二端，三相电机的三相线圈分别连接三相逆变器的三相桥臂的中点。
对于三相逆变器101，具体的，三相逆变器101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，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输入端共接并构成三相逆变器101的第一端，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输出端共接并构成三相逆变器101的第二端，三相电机102的第一相线圈连接第一功率开关单元的输出端和第四功率开关单元的输入端，三相电机102的第二相线圈连接第三功率开关单元的输出端和第六功率开关单元的输入端，三相电机102的第三相线圈连接第五功率开关单元的输出端和第二功率开关单元的输入端。
三相逆变器101中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VD6，三相电机102是三相四线制，可以是永磁同步电机或异步电机，在三相线圈连结中点引出中性线，且中性线和供电模块103连接，电机三相线圈分别和三相逆变器101中的A、B、C相上下桥臂之间的中点连接。
供电模块103可以是直流充电桩提供的直流电，也可以是单相、三相交流充电桩经过整流后输出的直流电，也可以是燃料电池发出的电能，也可以是增程器如发动机转动带动发电机发电，经发电机控制器整流后的直流电等电源形式。
本申请实施例通过设置动力电池、三相逆变器、三相电机以及供电模块的连接结构，通过三相电机的三相线圈的连接点连接动力电池，接收动力电池输入的电流，当电机驱动装置需要进行加热、充电以及电机扭矩输出时，获取需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值，根据需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值对三相逆变器的三相桥臂进行控制，以使加热过程、充电过程以及电机扭矩输出过程同时进行。
进一步的，如图2所示，电机驱动装置还包括电感L、开关K1和开关K2，开关K1的第一端连接三相电机102的三相线圈的连接点，开关K1的第二端连接电感L的第一端，电感L的第二端连接降压测电容C2的第一端，降压测电容C2的第二端连接开关K2的第一端，开关K2的第二端连接三相逆变器101的第二端。
其中，电感用于进行滤波和储能，开关K1和开关K2用于控制供电模块103的接入和断开。
本申请实施例二提供一种基于实施例一提供的电机驱动装置的控制方法，如图3所示，电机驱动装置的控制方法包括：
步骤S10.获取需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值。
在步骤S10中，需求加热功率可以通过整车控制器检测待加热部件的温度所获取的功率，待加热部件可以为充电电池，需求充电功率为整车控制器根据动力电池当前的电量状态获取的充电功率，电机扭矩输出值可以为整车控制器根据所需求的车速指令获取的扭矩输出值。
步骤S11.根据需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值，调节三相电机的每相电的电流大小及方向，以同时控制供电模块对动力电池的充电过程、三相电机的输出扭矩以及使三相逆变器以及三相电机对流经三相逆变器或者三相电机中至少一个的换热介质进行加热。
在步骤S11中，每相电的电流方向是指流入三相线圈的方向或者从三相线圈流出的方向，每相电的电流大小是指流入三相线圈或者从三相线圈流出的电流的大小，例如，从与三相逆变器中的A相桥臂连接的线圈流入三相电机，从与三相逆变器中的B相和C相桥臂连接的线圈流出三相电机，由于通过调节三相电机的每相电的电流大小可以调节需求加热功率和扭矩输出值，并且三相电机的每相电的电流大小的和等于三相电机的三相线圈的连接点的输入电流，该输入电流可以用于调节充电功率，通过调节三相电机的每相电的电流大小及方向，可以同时控制供电模块对动力电池的充电过程、三相电机的输出扭矩以及使三相逆变器以及三相电机对流经三相逆变器或者三相电机中至少一个的换热介质进行加热。
本申请根据需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值，通过调节三相电机的每相电的电流大小及方向，在不增加额外升压充电模块和加热模块的基础上，实现了扭矩输出、动力电池充电和动力电池加热的协同控制方法，有效解决了非全程架设直流供电线路的车辆对所需求的扭矩输出、电池充电和加热功能协同工作的问题，且加热功能不仅可以加热动力电池，还可以加热乘客舱，具有电路结构简单、成本低以及失效风险小等优点。
本申请实施例三提供一种基于实施例一提供的电机驱动装置的控制方法，如图4所示，电机驱动装置的控制方法包括：
步骤S20.获取需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值。
步骤S21.根据需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值，获取三相电机的目标输入电流及每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比。
步骤S22.根据目标输入电流接收供电模块的输入电流，并根据第一目标占空比对每相桥臂进行控制，以同时控制供电模块对动力电池的充电过程、三相电机的输出扭矩以及使三相逆变器以及三相电机对流经三相逆变器或者三相电机中至少一个的换热介质进行加热。
对于步骤S20，由于步骤S20与步骤S10相同，在此不再赘述。
对于步骤S21，三相电机的目标输入电流是指供电模块向三相电机输出的电流，每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比是指向每相桥臂输出的控制每相桥臂上的功率开关单元通断的PWM信号占空比，根据需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值计算获取三相电机的目标输入电流，再根据目标输入电流计算每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比。
作为一种实施方式，如图5所示，步骤S21包括：
步骤S211.获取降压侧电容的目标电压。
在步骤S211中，获取动力电池的当前电压，并通过与供电模块进行通信获取供电模块的最高输出电压，根据动力电池的当前电压和供电模块的最高输出电压确定降压测电容的目标电压，降压测电容的目标电压满足如下三点：1、降压测电容的目标电压小于供电模块的最高输出电压；2、降压测电容的目标电压小于动力电池的当前电压；3、降压测电容的目标电压尽量选择较大值，但是要满足上述1和2的要求，并留有一定电压余量；因此，可以使降压测电容的目标电压为动力电池当前电压和充电桩最高输出电压的两者中的最小值。
其中，车辆的控制模块与供电模块的交互过程为：
步骤1、控制模块中的BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，电源管理系统)通过报文获取供电模块的最高输出电压。
步骤2、BMS根据供电模块的最高电压和动力电池当前电压，在留有一定余量的情况下，得到降压侧电容电压的目标值。
步骤3、控制模块中的电机控制器根据降压侧目标电压，控制三相的平均占空比，使得降压侧电容电压达到目标电压值。
步骤4、BMS通过报文通知外部供电模块车辆端的电压值(也就是降压侧的电压值)。
步骤5、外部供电模块检测降压侧电压值，并和报文收到的电压值比较，二者差值满足预设标准后，再开始进行充电。
步骤S212.根据需求加热功率、需求充电功率、电机扭矩输出值以及目标电压计算三相电机的目标输入电流。
在步骤S212中，根据电机扭矩输出值计算驱动功率，可以根据公式
Figure BDA0001916262770000091
计算驱动功率；N为电机转速，Te为电机扭矩，P1为驱动功率，再根据公式
Figure BDA0001916262770000092
计算目标输入电流，P为需求加热功率，P2为需求充电功率，U2为降压侧电容的目标电压。
进一步的，如图6所示，步骤S21还包括：
步骤S213.根据电机转子位置、需求加热功率、目标输入电流以及电机扭矩输出值获取三相电机的每相电的目标电流。
其中，步骤S213，包括：
根据电机转子位置、需求加热功率、目标输入电流以及电机扭矩输出值按照以下公式1、公式2以及公式3计算三相电机的每相电的目标电流：
公式1：
Figure BDA0001916262770000101
Figure BDA0001916262770000102
公式2：IA+IB+IC＝I
公式3：P＝(IA×IA+IB×IB+IC×IC)×R
其中，α为转子滞后角度，IA，IB，IC为三相电机的每相电的目标电流，I为目标输入电流，Te为电机扭矩输出值，λ，ρ，Ld,Lq为电机参数，P为加热功率，R为三相电机的等效阻抗。
步骤S214.根据每相电的目标电流、目标输入电流、降压侧电容的目标电压以及动力电池的电压，获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比。
其中，步骤S214包括：
步骤S2141.根据降压侧电容的目标电压、目标输入电流和动力电池的电压获取三相电控制脉冲的平均占空比。
其中，步骤S2141包括：
根据降压侧电容的目标电压、目标输入电流和动力电池的电压通过以下公式获取三相电控制脉冲的平均占空比：
公式4：U2＝U1×D0-I×R，其中，U2为降压侧电容的目标电压，U1为动力电池的电压，D0为三相电控制脉冲的平均占空比，I为目标输入电流，R为三相电机的等效阻抗。
其中，U1×D0为三相逆变器两端的电压，I×R为三相电机上的压降，可以根据三相逆变器两端的电压等于三相电机上的压降与降压侧电容的目标电压的和得到上述公式。
步骤S2142.根据平均占空比、目标输入电流、每相电的目标电流、降压侧电容的目标电压以及动力电池的电压获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比。
其中，步骤S2142包括：
根据平均占空比、目标输入电流、每相电的目标电流以及动力电池的电压按照以下公式获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比：
公式5：
Figure BDA0001916262770000111
其中，I1为每相电的目标电流，R1为每相线圈的等效阻抗，D1为每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比。
其中，由于每相桥臂与每相线圈的连接点的电压等于该相线圈上的压降与降压侧电容的目标电压之和，即U1×D1＝R1×I1+U2，在结合上述公式4即可得到公式5，即可以得到每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比。
在图2所示的电路图中，电机驱动装置还包括电感；
步骤S2141中根据降压侧电容的目标电压、目标输入电流和动力电池的电压获取三相电控制脉冲的平均占空比，包括：
根据降压侧电容的目标电压、目标输入电流和动力电池的电压通过以下公式获取三相电控制脉冲的平均占空比：
U2＝U1×D0-I×R-I×RL，其中，U2为降压侧电容的目标电压，U1为动力电池的电压，D0为三相电控制脉冲的平均占空比，I为目标输入电流，R为三相电机的等效阻抗，RL为电感阻抗。
其中，由于设置了电感，电感上有电感阻抗，因此，该公式中还包含电感上的压降。
步骤S2142中根据平均占空比、目标输入电流、每相电的目标电流以及动力电池的电压获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比：
Figure BDA0001916262770000112
其中，I1为每相电的目标电流，R1为每相线圈的等效阻抗，D1为每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比。
本实施例根据需求加热功率、需求充电功率、电机扭矩输出值计算三相电机的目标输入电流，再根据电机转子位置、需求加热功率、目标输入电流以及电机扭矩输出值获取三相电机的每相电的目标电流；再根据目标输入电流和三相电机的每相电的目标电流计算每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比，根据第一目标占空比对三相桥臂进行控制，在不增加额外升压充电模块和加热模块的基础上，实现了扭矩输出、动力电池充电和动力电池加热的协同控制方法，有效解决了非全程架设直流供电线路的车辆对所需求的扭矩输出、电池充电和加热功能协同工作的问题，且加热功能不仅可以加热动力电池，还可以加热乘客舱，具有电路结构简单、成本低以及失效风险小等优点。
进一步的，如图7所示，步骤S22中，第一目标占空比对每相桥臂进行控制，之后还包括：
步骤S23.获取三相电机的实际输入电流，根据三相电机的实际输入电流与目标输入电流通过PID调节器进行PID控制运算得到三相电控制脉冲的平均占空比变化量。
步骤S24.根据第一目标占空比和平均占空比变化量得到第二目标占空比；
步骤S25.根据第二目标占空比对每相桥臂进行控制，以同时控制供电模块对动力电池的充电过程、三相电机的输出扭矩以及使三相逆变器以及三相电机对流经三相逆变器或者三相电机中至少一个的换热介质进行加热。
在步骤S23中，进行PID控制(比例-积分-微分控制)的PID调节器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。比例反应系统的当前偏差，通过比例系数可以调节以减小误差，积分反应系统的累计偏差，使系统消除稳态误差，提高无差度，因为有误差，积分调节就进行直至无误差，微分反应系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除，因此可以改善系统的动态性能。
作为一种实施方式，如图8所示，步骤S23包括：
步骤S231.获取三相电机的实际输入电流与目标输入电流的电流差值。
步骤S232.当三相电机的实际输入电流大于目标输入电流时，根据电流差值和PID调节器的比例系数计算三相电控制脉冲的平均占空比变化增量。
步骤S233.当三相电机的实际输入电流小于目标输入电流时，根据电流差值和PID调节器的比例系数计算三相电控制脉冲的平均占空比变化减量。
在步骤S24中，当三相电机的实际输入电流大于目标输入电流时，使输出的三相电控制脉冲的平均占空比逐渐增大，以减少三相电机的实际输入电流，当三相电机的实际输入电流小于目标输入电流时，使输出的三相电控制脉冲的平均占空比逐渐减小，以三相电机的实际输入电流。
在上述步骤中，三相电机的实际输入电流是由电机控制器通过对三相电控制脉冲的平均占空比的调节实现，假设三相电机的目标输入电流为I*，获取三相电机的实际输入电流为I，则把电流差值(I*-I)输入到PID调节器，经PID调节器计算后输出三相脉冲的平均占空比K(I*-I)，其中，K为PID调节器中所设置的比例系数，如果三相电机的实际输入电流I小于三相电机的目标输入电流I*时，PID调节器输出的三相电控制脉冲的平均占空比将会减小，使得三相电机的实际输入电流增加；相反三相电机的实际输入电流I大于三相电机的目标输入电流I*时，PID调节器输出的三相电控制脉冲的平均占空比将会增加，使得三相电机的实际输入电流。
进一步的，如图9所示，步骤S22中，第一目标占空比对每相桥臂进行控制，之后还包括：
步骤S26.获取每相电的实际电流，根据每相电的实际电流与目标电流通过PID调节器进行PID控制运算得到每相桥臂的控制脉冲的占空比变化量。
步骤S27.根据第一目标占空比和占空比变化量得到第三目标占空比。
步骤S28.根据第三目标占空比对每相桥臂进行控制，以同时控制供电模块对动力电池的充电过程、三相电机的输出扭矩以及使三相逆变器以及三相电机对流经三相逆变器或者三相电机中至少一个的换热介质进行加热。
其中，如图10所示，步骤S26包括：
步骤S261.获取每相电的实际电流与目标电流之间的电流差值。
步骤S262.当每相电的目标电流大于实际电流时，根据电流差值和PID调节器的比例系数计算该相桥臂的占空比变化增量。
步骤S263.当每相电的目标电流小于实际电流时，根据电流差值和PID调节器的比例系数计算该相桥臂的占空比变化减量。
在上述步骤中，当每相桥臂的目标电流大于实际电流时，使输出的占空比变化增量逐渐增大，以增加每相桥臂的实际电流；当每相桥臂的目标电流小于实际电流时，使输出的占空比变化减量逐渐增大，以降低每相桥臂的实际电流。对于三相桥臂电流的控制，主要是在三相电控制脉冲的平均占空比的基础上叠加增量来实现的。假设A相输出的目标电流为Is，目标值为Is*，则把电流差(Is-Is*)输入到PID控制器，经PID计算之后输出A相脉冲占空比增量值。如果A相实际电流Is小于目标值Is*时，PID输出的A相占空比将会增加，使得A相的输出电流增加；相反A相实际电流Is大于目标值Is*时，PID输出的A相占空比将会减小，使得A相的输出电流降低，B相和C相的电压控制和A相一样，不在赘述。
本实施方式中，在平均占空比的基础上，增加一个叠加量，用来完成对三相电流的控制，使三相电流的实际值达到三相电流的目标值。当某相实际充电电流小于目标值时，增加该相占空比的叠加量，相反当实际充电电流大于目标值时，减小该项占空比的叠加量，也可以通过PID自动控制，使得三相的实际电流一直在目标是附近，通过对三相电流的控制，实现了扭矩输出和加热的控制。
下面通过具体举例进一步说明本申请实施例：
本申请实施例提供的一种电机驱动装置的结构如图1所示，包括动力电池、母线电容C1、电机控制器、三相电机、电感和开关，其中电池通过直流母线电容和电机控制器连接，电机控制器通过三相线和三相电机连接，三相电机通过三线线圈的连接点引出的中线和开关K1连接，开关K1接电感，电感通过母线电容C2接充电桩，动力电池的负极接开关K2，开关K1和K2另一端和充电桩连接，通过开关K1和K2的操作系统分为行车驱动模式和驻车充电模式，另外电驱系统和电池系统的冷却回路相连接，通过冷却液的流动，实现热量从电驱系统到电池系统的传输。
首先根据整车行驶需求、低温环境下的加热需求和电池包的充电需求，获得扭矩输出目标值，需求加热功率和需求电池充电功率。
首先是电机驱动装置与充电桩之间的交互阶段，电池管理器给电机控制器发出降压指令，电机控制器通过三相占空比控制，给母线电容C2充电到电压U，充电桩检测到U之后开始充电，同时电池管理器根据自身的充电能力，获取降压测电容电压和供电模块的输出电流，给充电桩发送目标输出电流，充电桩按照目标充电流进行输出。
再然后根据扭矩输出、加热功率和充电功率需求，计算出三相电流目标值，计算公式如下所示。
Figure BDA0001916262770000151
IA+IB+IC＝I
P＝(IA×IA+IB×IB+IC×IC)×R1
其中，α为转子滞后角度，IA，IB，IC为三相线圈的每相电流，I为三相电机的输入电流，满足驱动、电池充电和和加热三方面的功率需求，Te为电机扭矩输出值，λ，ρ，Ld,Lq为电机参数，P为加热功率。
采样三相电流IA，IB，IC和三相电机的实际输入电流I，然后分别通过各自PID控制环实现降压侧电容的实际电压和加热功率的控制，三相电机的目标输入电流I*由电池系统发给电机控制器，电机控制器比较实际输入电流和目标输入电流后，经过PID调节器的控制输出三相占空比的平均目标值，实现对实际输入电流的控制，如果实际输入电流大于目标输入电流，经PID控制之后会增加三相的平均占空比，使实际输入电流降低；相反实际输入电流小于目标输入电流，经PID控制之后会减小三相的平均占空比，使实际输入电流升高，同时对实际三相电流IA，IB和IC和目标电流IA*，IB*和IC*进行比较，通过各自的PID控制调整三相占空比，调节占空比越大该相流入电机的电流越大，调节占空比越小流出电机的电流越小，如图11和图12所示，扭矩输出和加热功率共用一个PID控制环路，实现三相间的电流控制；充电电流或者充电压用另一个PID控制环，实现充电电流或者充电电压的控制，同时通过两个PID的控制实现充电电压和加热功率的同时、独立和连续控制，实现闭环控制，在零扭矩输出条件下，实现充电功率和加热功率的协同控制，满足低温环境下电池对充电功率和加热功率的双重需求。
在低温环境下充电时，电机驱动装置中对动力电池的充电、升温以及扭矩输出控制通常会经历三个阶段：
首先是以加热为主的充电阶段，该阶段由于动力电池温度较低，充电能力较弱，充电电流较小，此时控制加热功率最大，实现动力电池小电流充电条件下的大功率加热，尽快提升电池温度。该阶段以加热为主，电流分配如图3的中间图所示，充电桩输出电流I至母线电容C1后，通过加热控制来消耗电容上的电量，二者抵消后动力电池的充电电流很小。所以电感上电流很小，但是三相电机和电机控制器流过电流较大，需要进行实时的温度检测和保护，确保在不烧坏器件的前提下，使得电池的加热功率最大。
然后是随着动力电池温度的上升，动力电池的充电能力不断增强，充电电流不断增加，同时也保障较大的加热功率，动力电池的温度也在不断上升，而且由于较大的充电电流，动力电池内部也会有一定发热量。电流分配如图13的右图所示，充电桩输出电流I至母线电容的电流较大，加热控制来消耗电容上的电流较小，二者抵消后电池的充电电流较大。所以电感上、三相电机和电机控制器流过电流都很大，需要进行实时的温度检测和保护，确保在不烧坏器件的前提下，使得电池的充电和加热功率协同最优。
最后是电池温度较高之后，可以进行大功率的直流充电，电池内部会较大的发热，有利于电池温度的保持，所以对加热功率的需求会降低，该阶段主要进行充电。电流分配如图13的左图所示，充电桩输出电流至母线电容的电流较大，加热控制来消耗电容上的电流很小，二者抵消后充电电流很大。所以电感上流过电流很大，需要进行实时的温度检测和保护，确保在不烧坏器件的前提小，使得电池的充电功率最大。
每次充电过程中电机转子处于某个位置保持不变，根据扭矩控制算法和加热功率计算出三相电流也保持不变，且三相不平衡，但是从整车的使用周期通常为几年，电机转子出现在某个位置是随机的，三相电流的大小也是随机，每一相电流大小的机会均等，所以在整个生命周期来看，三相是平衡的，不存在某一相使用过度老化加剧的问题。
另外充电电流由三相共同承担，可以充分发挥电机和电机控制器的功率容量，在单独优化电感之后，可实现更大功率的充电。
本申请实施例中扭矩输出、动力电池充电和动力电池加热协同控制的方法主要通过调节电机控制器中六个功率开关管的控制脉冲的占空比来实现，首先是通过控制三相占空比的平均值用来控制充电电流或充电电压，通过三相占空比的差值用来控制三相间的电流，该电流在三相之间流动，例如电流由A相流入电机，然后从电机BC相流出，该三相电流来实现电机的扭矩和加热功率控制。如图12所示，从左到右依次为充电，加热，充电和加热同时控制下的三相占空比分配的示例。通过实现闭环控制，在零扭矩输出条件下，实现充电功率和加热功率的协同控制，满足低温环境下电池对充电功率和加热功率的双重需求。
本申请技术方案在原有电驱系统的基础上，通过扭矩输出、动力电池充电和动力电池加热的协同控制方法，实现了电机扭矩输出，以确保充电时整车的扭矩安全，并且满足在低温环境下的动力电池的充电和加热需求。
本申请实施例四提供一种电机驱动装置50，如图14所示，基于实施例一提供的电机驱动装置，电机驱动装置还包括：
数据获取模块501，用于获取需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值；
控制模块502，用于根据需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值，调节三相电机的每相电的电流大小及方向，以同时控制供电模块对动力电池的充电过程、三相电机的输出扭矩以及使三相逆变器以及三相电机对流经三相逆变器或者三相电机中至少一个的换热介质进行加热。
本申请实施例五提供一种电机驱动装置60，如图15所示，基于实施例一提供的电机驱动装置，电机驱动装置还包括：
数据获取模块601，用于获取需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值；
目标占空比获取模块602，用于根据需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值，获取三相电机的目标输入电流及每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比；
PWM控制模块603，用于根据目标输入电流接收供电模块的输入，并根据第一目标占空比对每相桥臂进行控制，以同时控制供电模块对动力电池的充电过程、三相电机的输出扭矩以及使三相逆变器以及三相电机对流经三相逆变器或者三相电机中至少一个的换热介质进行加热。
本申请另一种实施例提供一种车辆，包括存储器、处理器；
其中，处理器通过读取存储器中存储的可执行程序代码来运行与可执行程序代码对应的程序，以用于实现实施例二和三提供的控制方法。
本申请另一种实施例提供一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例二和三提供的控制方法。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种电机驱动装置，其特征在于，所述电机驱动装置包括：依次连接的三相逆变器、三相电机以及降压侧电容，所述电机驱动装置通过所述降压侧电容连接至供电模块的正极和负极，所述三相逆变器的第一端和第二端分别连接至动力电池的正极和负极，所述降压侧电容的第一端和第二端分别连接所述三相电机的三相线圈的连接点和所述三相逆变器的第二端，所述三相电机的三相线圈分别连接所述三相逆变器的三相桥臂的中点。
2.如权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，所述电机驱动装置还包括电感，所述电感连接于所述三相电机的三相线圈的连接点和所述降压侧电容的第一端之间。
3.一种基于权利要求1或者2所述的电机驱动装置的控制方法，其特征在于，所述电机驱动装置的控制方法包括：
获取需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值；
根据所述需求加热功率、所述需求充电功率以及所述电机扭矩输出值，调节三相电机的每相电的电流大小及方向，以同时控制所述供电模块对所述动力电池的充电过程、所述三相电机的输出扭矩以及使所述三相逆变器以及所述三相电机对流经所述三相逆变器或者所述三相电机中至少一个的换热介质进行加热。
4.一种基于权利要求1或者2所述的电机驱动装置的控制方法，其特征在于，所述电机驱动装置的控制方法包括：
获取需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值；
根据所述需求加热功率、所述需求充电功率以及所述电机扭矩输出值，获取三相电机的目标输入电流及每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比；
根据所述目标输入电流接收所述供电模块的输入电流，并根据所述第一目标占空比对每相桥臂进行控制，以同时控制所述供电模块对所述动力电池的充电过程、所述三相电机的输出扭矩以及使所述三相逆变器以及所述三相电机对流经所述三相逆变器或者所述三相电机中至少一个的换热介质进行加热。
5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，根据所述需求加热功率、所述需求充电功率以及所述电机扭矩输出值，获取三相电机的目标输入电流及每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比，包括：
获取降压侧电容的目标电压；
根据所述需求加热功率、所述需求充电功率、所述电机扭矩输出值以及所述目标电压计算所述三相电机的目标输入电流。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，根据所述需求加热功率、所述需求充电功率以及所述电机扭矩输出值，获取三相电机的目标输入电流及每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比，还包括：
根据电机转子位置、所述需求加热功率、所述目标输入电流以及所述电机扭矩输出值获取三相电机的每相电的目标电流；
根据所述每相电的目标电流、所述目标输入电流、降压侧电容的目标电压以及所述动力电池的电压，获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比。
7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述根据电机转子位置、所述需求加热功率、所述目标输入电流以及电机扭矩输出值获取三相电机的每相电的目标电流，包括：
根据所述需求加热功率、电机转子位置以及电机扭矩输出值按照以下公式1、公式2以及公式3计算三相电机的每相电的目标电流：
公式1：
Figure FDA0001916262760000021
Figure FDA0001916262760000022
公式2：IA+IB+IC＝I
公式3：P＝(IA×IA+IB×IB+IC×IC)×R
其中，α为转子滞后角度，IA，IB，IC为三相电机的每相电的目标电流，I为所述目标输入电流，Te为电机扭矩输出值，λ，ρ，Ld,Lq为电机参数，P为加热功率，R为三相电机的等效阻抗。
8.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，根据所述每相电的目标电流、所述目标输入电流、所述降压侧电容的目标电压以及所述动力电池的电压，获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比，包括：
根据所述降压侧电容的目标电压、所述目标输入电流和所述动力电池的电压获取三相电控制脉冲的平均占空比；
根据所述平均占空比、所述目标输入电流、所述每相电的目标电流、所述降压侧电容的目标电压以及所述动力电池的电压获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比。
9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，根据所述降压侧电容的目标电压和所述动力电池的电压获取三相电控制脉冲的平均占空比，包括：
根据所述降压侧电容的目标电压、所述目标输入电流和所述动力电池的电压通过以下公式获取三相电控制脉冲的平均占空比：
U2＝U1×D0-I×R，其中，U2为降压侧电容的目标电压，U1为动力电池的电压，D0为三相电控制脉冲的平均占空比，I为所述目标输入电流，R为三相电机的等效阻抗；
根据所述平均占空比、所述目标输入电流、所述每相电的目标电流以及所述动力电池的电压获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比：
Figure FDA0001916262760000031
其中，I1为每相电的目标电流，R1为每相线圈的等效阻抗，D1为每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比。
10.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述电机驱动装置还包括电感；
所述根据所述降压侧电容的目标电压、所述目标输入电流和所述动力电池的电压获取三相电控制脉冲的平均占空比，包括：
根据所述降压侧电容的目标电压、所述目标输入电流和所述动力电池的电压通过以下公式获取三相电控制脉冲的平均占空比：
U2＝U1×D0-I×R-I×RL，其中，U2为降压侧电容的目标电压，U1为动力电池的电压，D0为三相电控制脉冲的平均占空比，I为所述目标输入电流，R为三相电机的等效阻抗，RL为电感阻抗；
根据所述平均占空比、所述目标输入电流、所述每相电的目标电流以及所述动力电池的电压获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比：
Figure FDA0001916262760000041
其中，I1为每相电的目标电流，R1为每相线圈的等效阻抗，D1为每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比。
11.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述第一目标占空比对每相桥臂进行控制，之后还包括：
获取所述三相电机的实际输入电流，根据所述三相电机的实际输入电流与目标输入电流通过PID调节器进行PID控制运算得到三相电控制脉冲的平均占空比变化量；
根据所述第一目标占空比和所述平均占空比变化量得到第二目标占空比；
根据所述第二目标占空比对每相桥臂进行控制，以同时控制所述供电模块对所述动力电池的充电过程、所述三相电机的输出扭矩以及使所述三相逆变器以及所述三相电机对流经所述三相逆变器或者所述三相电机中至少一个的换热介质进行加热。
12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，根据所述三相电机的实际输入电流与目标输入电流通过PID调节器进行PID控制运算得到三相电控制脉冲的平均占空比变化量，包括：
获取三相电机的实际输入电流与目标输入电流的电流差值；
当所述三相电机的实际输入电流大于所述目标输入电流时，根据所述电流差值和PID调节器的比例系数计算所述三相电控制脉冲的的平均占空比变化增量；
当所述三相电机的实际输入电流小于所述目标输入电流时，根据所述电流差值和PID调节器的比例系数计算所述三相电控制脉冲的的平均占空比变化减量。
13.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述第一目标占空比对每相桥臂进行控制，之后还包括：
获取所述每相电的实际电流，根据所述每相电的实际电流与目标电流通过PID调节器进行PID控制运算得到每相桥臂的控制脉冲的占空比变化量；
根据所述第一目标占空比和所述占空比变化量得到第三目标占空比；
根据所述第三目标占空比对每相桥臂进行控制，以同时控制所述供电模块对所述动力电池的充电过程、所述三相电机的输出扭矩以及使所述三相逆变器以及所述三相电机对流经所述三相逆变器或者所述三相电机中至少一个的换热介质进行加热。
14.如权利要求13所述的控制方法，其特征在于，根据所述每相电的实际电流与目标电流通过PID调节器进行PID控制运算得到每相桥臂的控制脉冲的占空比变化量，包括：
获取每相电的实际电流与目标电流之间的电流差值；
当所述每相电的目标电流大于所述实际电流时，根据所述电流差值和PID调节器的比例系数计算该相桥臂的占空比变化增量；
当所述每相电的目标电流小于所述实际电流时，根据所述电流差值和PID调节器的比例系数计算该相桥臂的占空比变化减量。
15.一种电机驱动装置，基于权利要求1或2任一项所述的电机驱动装置，其特征在于，所述电机驱动装置还包括：
数据获取模块，用于获取需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值；
控制模块，用于根据所述需求加热功率、所述需求充电功率以及所述电机扭矩输出值，调节三相电机的每相电的电流大小及方向，以同时控制所述供电模块对所述动力电池的充电过程、所述三相电机的输出扭矩以及使所述三相逆变器以及所述三相电机对流经所述三相逆变器或者所述三相电机中至少一个的换热介质进行加热。
16.一种电机驱动装置，基于权利要求1或2任一项所述的电机驱动装置，其特征在于，所述电机驱动装置还包括：
数据获取模块，用于获取需求加热功率、需求充电功率以及电机扭矩输出值；
目标占空比获取模块，用于根据所述需求加热功率、所述需求充电功率以及所述电机扭矩输出值，获取三相电机的目标输入电流及每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比；
PWM控制模块，用于根据所述目标输入电流接收所述供电模块的输入电流，并根据所述第一目标占空比对每相桥臂进行控制，以同时控制所述供电模块对所述动力电池的充电过程、所述三相电机的输出扭矩以及使所述三相逆变器以及所述三相电机对流经所述三相逆变器或者所述三相电机中至少一个的换热介质进行加热。
17.一种车辆，其特征在于，包括存储器、处理器；
其中，所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现如权利要求3-15中任一所述的控制方法。
18.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求3-15中任一所述的控制方法。
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