CN112297771A - 一种永磁同步电机热管理控制方法、装置及汽车 - Google Patents
一种永磁同步电机热管理控制方法、装置及汽车 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112297771A CN112297771A CN201910700854.3A CN201910700854A CN112297771A CN 112297771 A CN112297771 A CN 112297771A CN 201910700854 A CN201910700854 A CN 201910700854A CN 112297771 A CN112297771 A CN 112297771A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- value
- frequency
- permanent magnet
- magnet synchronous
- current command
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title claims abstract description 66
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 10
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 24
- 230000003068 static effect Effects 0.000 abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 7
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 2
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/02—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant
- B60H1/14—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit
- B60H1/143—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit the heat being derived from cooling an electric component, e.g. electric motors, electric circuits, fuel cells or batteries
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/00357—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles
- B60H1/00385—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell
- B60H1/00392—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell for electric vehicles having only electric drive means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
- B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
- B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
- B60L58/27—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by heating
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
本发明公开了一种永磁同步电机热管理控制方法、装置及汽车，所述方法应用于电机控制器，包括：获取整车热管理需求的第一功率值以及驱动系统当前时刻的第二功率值；获取第一功率值与第二功率值间的偏差值；根据偏差值，确定所述永磁同步电机的第一电流命令以及绝缘栅双极型晶体管IGBT开关的第一频率值；根据第一电流命令和IGBT开关的第一频率值，控制所述驱动系统产生整车热管理需求的第一功率值。本发明根据整车热管理的制热需求以及驱动系统实际产生热量间的功率偏差作为PI调节器的输入，通过闭环PI调节方式对d轴高频电流指令的幅值、信号频率、以及IGBT开关频率进行调节，实现了在车辆静止状态下控制驱动系统产生整车热管理需求的热功率。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机热管理控制方法、装置及汽车。
背景技术
近年来随着我国发展纯电动汽车的力度不断加大以及各项配套政策的快速落地，我国纯电动汽车的技术水平得到了快速发展，纯电动汽车产品已经被广大民众所接受，并走进了千家万户。虽然我国纯电动汽车的技术、性能在某些方面已经达到了世界领先水平，但是在一些关键领域仍与国际一流水平存在较大的差距。由于我国汽车产业起步较晚，虽然经过了半个多世纪的努力追赶取得了大跨越的进步，经历了从无到有、由劣到优的过程，但是在一些造车理念方面依然与美国、德国、日本等存在差距；体现在纯电动汽车领域可表现为仍然以传统燃油车的造车理念设计、制造纯电动汽车，忽略了纯电动汽车这一新兴事物的专有特性。
对于纯电动汽车，其通过驱动电机实现电能向机械能的转化，无论是目前纯电动汽车中被普遍应用的永磁同步电机或感应电机，其在工作过程中均会产生热量，若能将驱动电机所产生的热量用于整车的热管理需求，如利用产生的热量给动力电池加热、空调制暖等，则不仅能够提高能量的使用效率、在一定程度上延长车辆的续驶里程，而且还能够省去专门的电加热系统，从而降低车辆的制造成本。然而，对于装备永磁同步电机的纯电动汽车，相对于车辆运动过程中(电机转速不为0)通过调节电机工作点使其额外产生整车热管理所需的热量，在车辆静止、电机不输出动力的状态下控制驱动系统产生所需热量更加困难，因此，如何控制静止状态下驱动电机制热是实现整车热管理的关键，同时也是一个技术难点。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种永磁同步电机热管理控制方法、装置及汽车，解决了如何在车辆静止状态下控制驱动电机产生整车热管理需求的制热功率的问题。
依据本发明的第一个方面，提供了一种永磁同步电机热管理控制方法，应用于电机控制器，包括：
获取整车热管理需求的第一功率值以及驱动系统当前时刻的第二功率值；
获取所述第一功率值与所述第二功率值间的偏差值；
根据所述偏差值，确定所述永磁同步电机的第一电流命令以及绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transisto，简称IGBT)开关的第一频率值；
根据所述第一电流命令和所述IGBT开关的第一频率值，控制所述驱动系统产生整车热管理需求的所述第一功率值。
可选的，所述整车热管理需求的第一功率值由整车控制器计算得到，并发送给所述电机控制器。
可选的，获取驱动系统当前时刻的第二功率值，包括：
获取所述电机控制器的输入电压和输入电流；
根据所述输入电压和所述输入电流，获取所述第二功率值。
可选的，根据所述偏差值，确定所述永磁同步电机的第一电流命令，包括：
设定所述永磁同步电机的q轴的第一电流命令为0；
根据所述偏差值，确定所述永磁同步电机的d轴的第一电流命令的幅值和频率；
其中，d轴的第一电流命令为正弦波信号。
可选的，根据所述偏差值，确定所述永磁同步电机的d轴的第一电流命令的幅值和频率，包括：
根据所述偏差值，通过PI控制器确定d轴的第一电流命令的初始幅值和第一初始频率值；
将所述初始幅值进行边界限制，得到d轴的第一电流命令的幅值；
其中，所述初始幅值被限制的最小边界为0，所述初始幅值被限制的最大边界为第一幅值阈值Dmax。
将所述第一初始频率值进行边界限制，得到d轴的第一电流命令的频率；
其中，所述第一初始频率值被限制的最小边界为第一频率阈值ωmin，所述第一初始频率值被限制的最大边界为第二频率阈值ωmax，所述第一频率阈值ωmin大于0。
可选的，根据所述偏差值，获取绝缘栅双极型晶体管IGBT开关的第一频率值，包括：
根据所述偏差值，通过PI控制器确定所述IGBT开关的第二初始频率值；
将所述第二初始频率值进行边界限制，得到所述IGBT开关的第一频率值；
其中，所述第二初始频率值被限制的最小边界为第三频率阈值fmin，所述第二初始频率值被限制的最大边界为第四频率阈值fmax，所述第三频率阈值fmin大于0。
依据本发明的第二个方面，提供了一种永磁同步电机热管理控制装置，应用于电机控制器，包括：
第一获取模块，用于获取整车热管理需求的第一功率值以及驱动系统当前时刻的第二功率值；
第二获取模块，用于获取所述第一功率值与所述第二功率值间的偏差值；
处理模块，用于根据所述偏差值，确定所述永磁同步电机的第一电流命令以及绝缘栅双极型晶体管IGBT开关的第一频率值；
控制模块，用于通过调节所述第一电流命令和所述IGBT开关的第一频率值，控制所述驱动系统产生整车热管理需求的所述第一功率值。
可选的，所述整车热管理需求的第一功率值由整车控制器计算得到，并发送给所述电机控制器。
可选的，所述第一获取模块还具体用于：获取所述电机控制器的输入电压和输入电流；根据所述输入电压和所述输入电流，获取所述第二功率值。
可选的，所述处理模块具体包括第一处理子模块，用于根据所述偏差值，确定所述永磁同步电机的第一电流命令；
所述第一处理子模块，包括：
第一处理单元，用于设定所述永磁同步电机的q轴的第一电流命令为0；
第二处理单元，用于根据所述偏差值，确定所述永磁同步电机的d轴的第一电流命令的幅值和频率；其中，d轴的第一电流命令为正弦波信号。可选的，所述第二处理单元还具体用于：根据所述偏差值，通过PI控制器确定d轴的第一电流命令的初始幅值和第一初始频率值；将所述初始幅值进行边界限制，得到d轴的第一电流命令的幅值；其中，所述初始幅值被限制的最小边界为0，所述初始幅值被限制的最大边界为第一幅值阈值Dmax；将所述第一初始频率值进行边界限制，得到d轴的第一电流命令的频率；其中，所述第一初始频率值被限制的最小边界为第一频率阈值ωmin，所述第一初始频率值被限制的最大边界为第二频率阈值ωmax，所述第一频率阈值ωmin大于0。
可选的，所述处理模块具体包括第二处理子模块，用于根据所述偏差值，获取绝缘栅双极型晶体管IGBT开关的第一频率值；
所述第二处理子模块具体用于：根据所述偏差值，通过PI控制器确定所述IGBT开关的第二初始频率值；将所述第二初始频率值进行边界限制，得到所述IGBT开关的第一频率值；其中，所述第二初始频率值被限制的最小边界为第三频率阈值fmin，所述第二初始频率值被限制的最大边界为第四频率阈值fmax，所述第三频率阈值fmin大于0。
依据本发明的第三个方面，提供了一种汽车，所述汽车包括处理器，存储器，存储于所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的永磁同步电机热管理控制方法的步骤。
依据本发明的第四个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的永磁同步电机热管理控制方法的步骤。
本发明的实施例的有益效果是：
上述方案中，根据整车热管理的制热需求以及驱动系统实际产生热量间的功率偏差对d轴高频电流指令的幅值、信号频率、以及IGBT开关频率进行调节，实现了在车辆静止状态下控制驱动系统产生整车热管理需求的热功率。
附图说明
图1表示本发明实施例的热管理控制架构示意图；
图2表示本发明实施例的永磁同步电机热管理控制方法流程图；
图3表示本发明实施例的永磁同步电机热管理控制装置结构框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
首先，对本发明涉及的热管理控制架构进行介绍。
如图1所示，其示出了一种热管理控制架构，其中整车热管理需求由整车控制器给出，该需求为制热功率，电机控制器在接收到该热管理需求后通过一定的控制策略对永磁同步电机PMSM(permanent magnet synchronous motor，简称PMSM)实施控制，使其产生热量，最终，通过永磁同步电机与电机控制器产生的热量来满足整车的热管理需求。在本发明中，考虑到电机控制器与驱动电机共用冷却系统，因此热管理的最终目标为由电机控制器与驱动电机所产生的制热功率等于整车控制器给定的功率需求，本发明正是通过一定的控制方法来实现该目标。
图1中的核心控制算法中的“电流管理”部分是用来确定永磁同步电机的d、q轴电流命令，“电流环控制”则是通过PI闭环调节使电机实际的d、q电流与“电流管理”环节得到的电流命令保持一致，空间矢量脉宽调制SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，简称SVPWM)，SVPWM则是根据“电流环控制”得到的电压命令计算出IGBT驱动模块所需的桥臂驱动信号，如U、V、W三相桥臂的占空比信号等。
本发明适用于具有图1所示的热管理控制架构的纯电动汽车，另外本发明仅涉及如何通过一定的控制方法使驱动系统产生预期的制热功率，并不涉及到后续的热管理，如水泵流量调节、热传输等，该部分内容属于整车控制器功能范畴。
接下来，在介绍本发明具体实现方法前，首先来介绍一下驱动系统产生热量的机理。具体如下：
(1)电机控制器产热
电机控制器中主要由功率器件IGBT产生热量，正常工作条件下，IGBT的导通与关断过程均会产生热量，一般而言所产生热量与IGBT的开关频率以及通过电流有关，开关频率越大、电流越大则IGBT的发热量也越大。
(2)永磁同步电机定子绕组高频铜耗
电机定子绕组通过直流电时，其横截面上的电流密度是均匀分布的，但通过交流电时，随着电流频率的增加，导线横截面上的电流分布越来越向导线表面集中产生了趋肤效应。当两条或两条以上的导线彼此距离较近时，由于一条导线中电流产生的磁场会导致邻近的其他导线上的电流不是均匀地流过导线截面，这就是导线间的邻近效应。无论是趋肤效应还是邻近效应，都会使导线的有效截面积减小，从而导致导线的等效电阻增加，特别是在高频情况下，导线的电阻会随着频率的增加而显著增加进而导致电机绕组温度的升高。
(3)永磁同步电机定子铁芯损耗
定子铁芯损耗在电机总损耗中占有较大的比重，其产生过程比较复杂，至今还没有完全弄清其内在机理，但伴随着电机磁场变化频率的升高铁芯损耗也随之增大。
(4)永磁同步电机转子涡流损耗
永磁同步电机转子与定子基波磁势同步旋转，因此通常忽略转子涡流损耗。实际上，由于定子开槽、定子磁势的空间和时间谐波的存在，会在转子中产生涡流损耗。高速永磁同步电机谐波频率较高，在转子中产生的涡流损耗也较大，进而导致转子温度升高。
以上简单介绍了驱动系统在工作过程中产生热量的机理，可以看出随着电流频率的增大以及IGBT开关频率的增大，系统所产生的热量也随之增大，本发明正是基于这一特点，设计控制方法，通过PI闭环调节d轴高频电流指令的幅值、信号频率以及IGBT开关频率，最终达到驱动系统根据整车需求产生所需的热功率的目的。
下面，对本发明的永磁同步电机热管理控制方法进行详细介绍。
如图2所示，本发明的实施例提供了一种永磁同步电机热管理控制方法，应用于电机控制器，包括：
步骤11，获取整车热管理需求的第一功率值以及驱动系统当前时刻的第二功率值；
该实施例中，整车热管理需求的所述第一功率值由整车控制器计算得到，并发送给所述电机控制器。驱动系统当前时刻的第二功率值为驱动系统当前的实际功率。
步骤12，获取所述第一功率值与所述第二功率值间的偏差值；
该实施例中，所述第一功率值Pr(Pr>0)与所述第二功率值Pm间的偏差值△P，其中所述偏差值△P为所述第一功率值Pr(Pr>0)与所述第二功率值Pm的差值，即，△P＝Pr-Pm。
步骤13，根据所述偏差值，确定永磁同步电机的第一电流命令以及绝缘栅双极型晶体管IGBT开关的第一频率值；
该实施例中，为实现驱动系统制热功率Pm与整车热管理需求功率Pr保持一致，其关键在于根据所述偏差值△P确定永磁同步电机的d、q轴电流指令(第一电流命令)以及IGBT的开关频率(第一频率值)。即，利用所述偏差值，调节和确定用于控制驱动系统产热的永磁同步电机的第一电流命令以及绝缘栅双极型晶体管IGBT开关的第一频率值。
步骤14，根据所述第一电流命令和所述IGBT开关的第一频率值，控制所述驱动系统产生整车热管理需求的所述第一功率值。
上述方案，根据整车热管理的制热需求功率以及驱动系统实际产生热功率间的功率偏差对d轴高频电流指令的幅值、信号频率以及IGBT开关频率进行调节，实现了在车辆静止状态下控制驱动系统产生整车热管理需求的热功率。
在本发明一可选实施例中，获取驱动系统当前时刻的第二功率值，包括：
获取所述电机控制器的输入电压和输入电流；根据所述输入电压和所述输入电流，获取所述第二功率值。
该实施例中，所述第二功率值Pm的获取方式为：
Pm＝Udc×Idc (1)
其中，式(1)中Udc表示电机控制器检测到的直流母线电压，即控制器的输入电压；Idc表示电机控制器所采集到的直流母线电流，即控制器的输入电流。考虑到本发明解决的是车辆静止状态下驱动系统的热管理，此时驱动电机并不产生动力输出，因此电机控制器所消耗的功率可认为全部产生了热量。
在本发明一可选实施例中，根据所述偏差值，确定所述永磁同步电机的第一电流命令，包括：
设定所述永磁同步电机的q轴的第一电流命令为0；
根据所述偏差值，确定所述永磁同步电机的d轴的第一电流命令的幅值和频率；其中，d轴的第一电流命令为正弦波信号。
该实施例中，为了更方便理解，首先对永磁同步电机扭矩公式进行介绍：
公式具体为：
其中，式(2)中Te表示电机输出扭矩，p0表示电机极对数，ψf表示永磁体磁链，id与iq表示电机的d、q轴电流，Ld与Lq表示dq轴电感。
根据上述扭矩公式可以看出，在电机q轴电流为0时，无论d轴电流如何取值，电机输出扭矩Te均为0，本发明正是利用这一特点，通过设定d轴电流命令为不同幅值、频率的正弦波，而q轴电流命令为0，即qcmd＝0来达到加热电机产生热量的目的。
在图1所示的热管理控制结构中，d、q轴电流命令由“电流管理”环节确定，而“电流环控制”环节则是根据该命令进行调节，使电机的实际d、q轴电流与命令电流(第一电流命令)保持一致。
本发明中接下来对如何确定d、q轴电流指令(第一电流指令)以及IGBT的开关频率(第一频率值)进行详细说明。
在本发明一可选实施例中，根据所述偏差值，确定所述永磁同步电机的d轴的第一电流命令的幅值和频率，包括：
根据所述偏差值，通过PI控制器确定d轴的第一电流命令的初始幅值和第一初始频率值；
将所述初始幅值进行边界限制，得到d轴的第一电流命令的幅值；
其中，所述初始幅值被限制的最小边界为0，所述初始幅值被限制的最大边界为第一幅值阈值Dmax。
将所述第一初始频率值进行边界限制，得到d轴的第一电流命令的频率；
其中，所述第一初始频率值被限制的最小边界为第一频率阈值ωmin，所述第一初始频率值被限制的最大边界为第二频率阈值ωmax，所述第一频率阈值ωmin大于0。
该实施例中，由上述实施例可知，q轴的第一电流命令为0，d轴的第一电流命令为正弦波信号，所述第一电流命令公式具体可表述为：
其中，式(3)中dcmd表示d轴电流命令；D表示d轴电流命令信号幅值，D>0；ω表示d轴电流命令频率；ΔD表示d轴电流命令余量，ΔD>0；qcmd表示q轴电流命令。式(3)为本发明用于永磁同步电机热管理控制的d、q轴电流命令。为实现Pm＝Pr关键在于确定参数D、ω、ΔD，接下来给出以上参数的确定方法。
Dint＝KDP×△P+KDI×∫△Pdt (4)
其中Dint为经PI控制器调节得到的d轴电流命令信号幅值的初始幅值；KDP为PI控制比例系数，KDP>0；△P为功率偏差，即所述偏差值，△P＝Pr-Pm；KDI为PI控制积分系数，KDI>0。根据式(4)，在△P>0的情况下，所述偏差值△P越大则意味着需要驱动系统加大制热功率，此时通过PI调节可以增大d轴电流命令的幅值，通过增加电流的方式来增大驱动系统的制热功率。Dint为d轴电流命令信号幅值的初始值，其不能够直接用于控制，还需要对其进行限制处理，具体方式如下：
其中，式(5)中，第一幅值阈值Dmax表示d轴电流命令信号幅值的最大值，即所述初始幅值被限制的最大边界，可以看出，本发明通过式(5)将用于实际控制的d轴电流命令信号幅值D限制在了[0,Dmax]范围内，之所以不能够让D小于0是由于当D小于0时会导致d轴电流命令为正，进而影响车辆的稳定性；另外，不让其超过Dmax是为了防止d轴电流命令过大触发电机控制器过流故障。
ωint＝KωP×△P+KωI×∫△Pdt (6)
其中，式(6)中ωint为经PI调节得到的d轴电流命令第一初始频率值；KωP为PI控制比例系数，KωP>0；KωI为PI控制积分系数，KωI>0。根据式(6)，在△P>0的情况下，所述偏差值△P越大则意味着需要驱动系统加大制热功率，此时通过PI调节可以增大d轴电流命令的频率，通过提高信号频率的方式来增大驱动系统的制热功率。ωint为d轴电流命令的第一初始频率值，该值不能够直接用于控制，还需要对其进行限制处理，具体方式如下：
式(7)中，第二频率阈值ωmax表示d轴电流命令信号频率的最大值，即所述第一初始频率值被限制的最大边界。可以看出，本发明通过式(7)将用于实际控制的d轴电流命令信号频率限制在了[ωmin,ωmax]范围内，之所以不能够让ω等于0是由于当频率为0时会导致永磁同步电机定子绕组线圈加热不均匀，进而对电机的寿命产生负面影响。
在本发明一可选实施例中，根据所述偏差值，获取绝缘栅双极型晶体管IGBT开关的第一频率值，包括：
根据所述偏差值，通过PI控制器确定所述IGBT开关的第二初始频率值；
将所述第二初始频率值进行边界限制，得到所述IGBT开关的第一频率值；
其中，所述第二初始频率值被限制的最小边界为第三频率阈值fmin，所述第二初始频率值被限制的最大边界为第四频率阈值fmax，所述第三频率阈值fmin大于0。
该实施例中，定义热管理控制过程中，所述IGBT开关频率为第一频率值f，该频率用于图1中“SVPWM”环节产生驱动信号，第一频率值f的获取方法，详细如下：
fint＝KfP×△P+KfI×∫△Pdt (8)
其中fint为经PI调节得到的IGBT开关频率的第二初始频率值；KfP为PI控制比例系数，KfP>0；KfI为PI控制积分系数，KfI>0。根据式(8)，在△P>0的情况下，所述偏差△P越大则意味着需要驱动系统加大制热功率，此时通过PI调节可以增大IGBT的开关频率，通过提高频率的方式来增大驱动系统的制热功率。fint为开关频率的初始值(第二初始频率值)，不能够直接用于控制，其还需要对其进行限制处理，具体方式如下：
式(9)中，第四频率阈值fmax表示IGBT开关频率的最大值，可以看出，本发明通过式(9)将用于实际控制的IGBT开关频率限制在了[fmin,fmax]范围内，对于Si基IGBT功率模块而言，优选的，所述第二初始频率值被限制的最大边界第四频率阈值fmax不应超过10KHz，另外，优选的，所述第二初始频率值被限制的最小边界第三频率阈值fmin的推荐值为2KHz。
如图3所示，本发明还提供了一种用以实现上述方法的装置。
如图3所示，其示出的是一种永磁同步电机热管理控制装置，应用于电机控制器，所述装置300包括：
第一获取模块301，用于获取整车热管理需求的第一功率值以及驱动系统当前时刻的第二功率值；
第二获取模块302，用于获取所述第一功率值与所述第二功率值间的偏差值；
处理模块303，用于根据所述偏差值，确定所述永磁同步电机的第一电流命令以及绝缘栅双极型晶体管IGBT开关的第一频率值；
控制模块304，用于通过调节所述第一电流命令和所述IGBT开关的第一频率值，控制所述驱动系统产生整车热管理需求的所述第一功率值。
在本发明一可选实施例中，所述整车热管理需求的第一功率值由整车控制器计算得到，并发送给所述电机控制器。
在本发明一可选实施例中，，所述第一获取模块还具体用于：获取所述电机控制器的输入电压和输入电流；根据所述输入电压和所述输入电流，获取所述第二功率值。
在本发明一可选实施例中，，所述处理模块具体包括第一处理子模块，用于根据所述偏差值，确定所述永磁同步电机的第一电流命令；
所述第一处理子模块，包括：
第一处理单元，用于设定所述永磁同步电机的q轴的第一电流命令为0；
第二处理单元，用于根据所述偏差值，确定所述永磁同步电机的d轴的第一电流命令的幅值和频率；其中，d轴的第一电流命令为正弦波信号。在本发明一可选实施例中，，所述第二处理单元还具体用于：根据所述偏差值，通过PI控制器确定d轴的第一电流命令的初始幅值和第一初始频率值；将所述初始幅值进行边界限制，得到d轴的第一电流命令的幅值；其中，所述初始幅值被限制的最小边界为0，所述初始幅值被限制的最大边界为第一幅值阈值Dmax；将所述第一初始频率值进行边界限制，得到d轴的第一电流命令的频率；其中，所述第一初始频率值被限制的最小边界为第一频率阈值ωmin，所述第一初始频率值被限制的最大边界为第二频率阈值ωmax，所述第一频率阈值ωmin大于0。
在本发明一可选实施例中，所述处理模块具体包括第二处理子模块，用于根据所述偏差值，获取绝缘栅双极型晶体管IGBT开关的第一频率值；
所述第二处理子模块具体用于：根据所述偏差值，通过PI控制器确定所述IGBT开关的第二初始频率值；将所述第二初始频率值进行边界限制，得到所述IGBT开关的第一频率值；其中，所述第二初始频率值被限制的最小边界为第三频率阈值fmin，所述第二初始频率值被限制的最大边界为第四频率阈值fmax，所述第三频率阈值fmin大于0。
该装置是与上述方法实施例对应的装置，上述方法实施例中的所有实现方式均适用于该装置的实施例中，也能达到与方法实施例相同的技术效果。
此外，本发明还提供了一种汽车，所述汽车包括处理器，存储器，存储于所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的永磁同步电机热管理控制方法的步骤。
上述方案，基于永磁同步电机，通过控制电机工作过程中所产生的热量实现整车的热管理，为合理将电机所产生的热量用于动力电池加热、空调制暖等功能，提高车辆能量的利用效率、节省专门的电辅助加热系统等打下了坚实的基础，同时也填补了国内关于纯电动汽车单纯驱动系统热量热管理技术的空白。对于装备永磁同步电机的纯电动汽车，相对于车辆运动过程中(电机转速不为0)通过调节电机工作点使其额外产生整车热管理所需的热量，在车辆静止、电机不输出动力的状态下控制驱动系统产生所需热量更加困难，因此如何控制静止状态下驱动电机制热是实现整车热管理的关键，同时也是一个技术难点。为此本发明专门针对车辆静止工况提供了一种永磁同步电机热管理控制方法、装置及汽车，其中所述方法通过在永磁同步电机d轴注入高频电流指令而q轴电流恒为0的方式使驱动电机不输出动力，在增大电机定子绕组高频铜耗、定子铁芯损耗以及转子涡流损耗的条件下促进驱动电机产生热量。另外，本发明根据整车热管理的制热需求以及驱动系统实际产生热量间的功率偏差作为PI调节器的输入，通过闭环PI调节方式对d轴高频电流指令的幅值、信号频率、以及IGBT开关频率进行调节，最终达到驱动系统根据整车需求产生所需的热功率。本发明提供的纯电动汽车永磁同步电机热管理控制方法具有思路清晰、实现便捷，不涉及到对原有车辆驱动系统硬件的改变，因此具有广泛的推广价值。
以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种永磁同步电机热管理控制方法，其特征在于，应用于电机控制器，包括：
获取整车热管理需求的第一功率值以及驱动系统当前时刻的第二功率值；
获取所述第一功率值与所述第二功率值间的偏差值；
根据所述偏差值，确定所述永磁同步电机的第一电流命令以及绝缘栅双极型晶体管IGBT开关的第一频率值；
根据所述第一电流命令和所述IGBT开关的第一频率值，控制所述驱动系统产生整车热管理需求的所述第一功率值。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机热管理控制方法，其特征在于，整车热管理需求的所述第一功率值由整车控制器计算得到，并发送给所述电机控制器。
3.根据权利要求1所述的永磁同步电机热管理控制方法，其特征在于，获取驱动系统当前时刻的第二功率值，包括：
获取所述电机控制器的输入电压和输入电流；
根据所述输入电压和所述输入电流，获取所述第二功率值。
4.根据权利要求1所述的永磁同步电机热管理控制方法，其特征在于，根据所述偏差值，确定所述永磁同步电机的第一电流命令，包括：
设定所述永磁同步电机的q轴的第一电流命令为0；
根据所述偏差值，确定所述永磁同步电机的d轴的第一电流命令的幅值和频率；
其中，d轴的所述第一电流命令为正弦波信号。
5.根据权利要求4所述的永磁同步电机热管理控制方法，其特征在于，根据所述偏差值，确定所述永磁同步电机的d轴的第一电流命令的幅值和频率，包括：
根据所述偏差值，通过PI控制器确定d轴的第一电流命令的初始幅值和第一初始频率值；
将所述初始幅值进行边界限制，得到d轴的第一电流命令的幅值；
其中，所述初始幅值被限制的最小边界为0，所述初始幅值被限制的最大边界为第一幅值阈值Dmax；
将所述第一初始频率值进行边界限制，得到d轴的第一电流命令的频率；
其中，所述第一初始频率值被限制的最小边界为第一频率阈值ωmin，所述第一初始频率值被限制的最大边界为第二频率阈值ωmax，所述第一频率阈值ωmin大于0。
6.根据权利要求1所述的永磁同步电机热管理控制方法，其特征在于，根据所述偏差值，获取绝缘栅双极型晶体管IGBT开关的第一频率值，包括：
根据所述偏差值，通过PI控制器确定所述IGBT开关的第二初始频率值；
将所述第二初始频率值进行边界限制，得到所述IGBT开关的第一频率值；
其中，所述第二初始频率值被限制的最小边界为第三频率阈值fmin，所述第二初始频率值被限制的最大边界为第四频率阈值fmax，所述第三频率阈值fmin大于0。
7.一种永磁同步电机热管理控制装置，其特征在于，应用于电机控制器，包括：
第一获取模块，用于获取整车热管理需求的第一功率值以及驱动系统当前时刻的第二功率值；
第二获取模块，用于获取所述第一功率值与所述第二功率值间的偏差值；
处理模块，用于根据所述偏差值，确定所述永磁同步电机的第一电流命令以及绝缘栅双极型晶体管IGBT开关的第一频率值；
控制模块，用于通过调节所述第一电流命令和所述IGBT开关的第一频率值，控制所述驱动系统产生整车热管理需求的所述第一功率值。
8.根据权利要求7所述的永磁同步电机热管理控制装置，其特征在于，所述第一获取模块具体用于：获取所述电机控制器的输入电压和输入电流；根据所述输入电压和所述输入电流，获取所述第二功率值。
9.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括处理器，存储器，存储于所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的永磁同步电机热管理控制方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的永磁同步电机热管理控制方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910700854.3A CN112297771B (zh) | 2019-07-31 | 2019-07-31 | 一种永磁同步电机热管理控制方法、装置及汽车 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910700854.3A CN112297771B (zh) | 2019-07-31 | 2019-07-31 | 一种永磁同步电机热管理控制方法、装置及汽车 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112297771A true CN112297771A (zh) | 2021-02-02 |
| CN112297771B CN112297771B (zh) | 2022-05-20 |
Family
ID=74486100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910700854.3A Active CN112297771B (zh) | 2019-07-31 | 2019-07-31 | 一种永磁同步电机热管理控制方法、装置及汽车 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112297771B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113726251A (zh) * | 2021-08-26 | 2021-11-30 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种抑制电池加热噪声的电机控制方法和电动汽车 |
| CN116039341A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-05-02 | 浙江零跑科技股份有限公司 | 一种电机加热方法、计算机设备、可读存储介质及电动车 |
| WO2023237086A1 (zh) * | 2022-06-10 | 2023-12-14 | 谷轮环境科技（苏州）有限公司 | 电力控制装置及电力控制方法 |
| EP4253125A4 (en) * | 2021-03-31 | 2024-07-03 | Byd Co Ltd | METHOD FOR CONTROLLING VEHICLE ELECTRIC DRIVE SYSTEM, ELECTRIC DRIVE SYSTEM AND VEHICLE |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101885313A (zh) * | 2010-07-14 | 2010-11-17 | 李辉 | 电动汽车热管理系统 |
| CN102627073A (zh) * | 2011-02-04 | 2012-08-08 | 株式会社日立制作所 | 车辆行驶用电动机的控制装置以及搭载该控制装置的车辆 |
| CN106132764A (zh) * | 2014-06-16 | 2016-11-16 | 宝马股份公司 | 用于控制由电动车辆产生的损耗热量的方法和控制设备 |
| CN108028443A (zh) * | 2015-09-28 | 2018-05-11 | 本田技研工业株式会社 | 电力消耗控制装置 |
| CN108595777A (zh) * | 2018-04-02 | 2018-09-28 | 北京新能源汽车股份有限公司 | 电路中开关器件功率损耗计算方法、装置及设备 |
| CN109558681A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-04-02 | 北京新能源汽车股份有限公司 | 一种绝缘栅双极型晶体管的损耗功率的获得方法及装置 |
-
2019
- 2019-07-31 CN CN201910700854.3A patent/CN112297771B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101885313A (zh) * | 2010-07-14 | 2010-11-17 | 李辉 | 电动汽车热管理系统 |
| CN102627073A (zh) * | 2011-02-04 | 2012-08-08 | 株式会社日立制作所 | 车辆行驶用电动机的控制装置以及搭载该控制装置的车辆 |
| CN106132764A (zh) * | 2014-06-16 | 2016-11-16 | 宝马股份公司 | 用于控制由电动车辆产生的损耗热量的方法和控制设备 |
| CN108028443A (zh) * | 2015-09-28 | 2018-05-11 | 本田技研工业株式会社 | 电力消耗控制装置 |
| CN108595777A (zh) * | 2018-04-02 | 2018-09-28 | 北京新能源汽车股份有限公司 | 电路中开关器件功率损耗计算方法、装置及设备 |
| CN109558681A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-04-02 | 北京新能源汽车股份有限公司 | 一种绝缘栅双极型晶体管的损耗功率的获得方法及装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4253125A4 (en) * | 2021-03-31 | 2024-07-03 | Byd Co Ltd | METHOD FOR CONTROLLING VEHICLE ELECTRIC DRIVE SYSTEM, ELECTRIC DRIVE SYSTEM AND VEHICLE |
| CN113726251A (zh) * | 2021-08-26 | 2021-11-30 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种抑制电池加热噪声的电机控制方法和电动汽车 |
| WO2023237086A1 (zh) * | 2022-06-10 | 2023-12-14 | 谷轮环境科技（苏州）有限公司 | 电力控制装置及电力控制方法 |
| CN116039341A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-05-02 | 浙江零跑科技股份有限公司 | 一种电机加热方法、计算机设备、可读存储介质及电动车 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112297771B (zh) | 2022-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112297771B (zh) | 一种永磁同步电机热管理控制方法、装置及汽车 | |
| JP5246508B2 (ja) | 電動機駆動装置の制御装置 | |
| WO2022227422A1 (zh) | 电驱动系统控制方法、电驱动系统及车辆 | |
| WO2012132703A1 (ja) | 電動機制御装置 | |
| US7667426B2 (en) | On-line minimum copper loss control of interior permanent-magnet synchronous machine for automotive applications | |
| Zheng et al. | A dual two-vector-based model predictive flux control with field-weakening operation for OW-PMSM drives | |
| Asaei et al. | Minimum-copper-loss control over full speed range of an IPMSM drive for hybrid electric vehicle application | |
| Li et al. | Design and experimental evaluation of a 12 kw large synchronous reluctance motor and control system for elevator traction | |
| CN102437801B (zh) | 一种pwm、s‑pam、phase联动控制的电机驱动方法、装置和系统 | |
| CN113676095B (zh) | 电励磁双凸极电机驱动充电一体化系统的电流协同控制方法 | |
| CN103944471A (zh) | 一种改善转矩及磁链性能的矩阵变换器直接转矩控制方法 | |
| JP5534323B2 (ja) | 電動機制御装置 | |
| CN103840732B (zh) | 驱动电机弱磁控制方法 | |
| WO2024008203A1 (zh) | 一种矿用自卸车变流驱动控制系统及算法 | |
| Sergaki | Electric motor efficiency optimization as applied to electric vehicles | |
| CN111162714A (zh) | 考虑参数失配的多相储能永磁电机鲁棒预测转矩控制方法、系统及介质 | |
| JP5370748B2 (ja) | 電動機駆動装置の制御装置 | |
| Liu et al. | Parametric Modeling and Optimization of Switched Reluctance Motor for EV | |
| Chi et al. | A robust, efficiency optimized flux-weakening control algorithm for PM synchronous machines | |
| Chai et al. | Comprehensive Performance Improvement of SRG by Turn-ON Angle Optimization Using Linear Normalized Model | |
| Agrawal et al. | Design of a Switched Reluctance Motor for a 48 V Hybrid Electric Vehicle Propulsion Application | |
| Yang et al. | Five-Level Hysteresis DTC of Open-End Winding Permanent Magnet Synchronous Motors With Zero-Sequence Currents Suppression and Torque Ripple Reduction | |
| Zhang et al. | Design and experimental verification of adaptive speed region control for hybrid excitation claw-pole synchronous machine | |
| Zhao et al. | Research on Flux Weakening Control of Single Q-axis Current Regulator Scheme for Long Stator Permanent Magnet Linear Synchronous Motor | |
| Min et al. | Dynamic Performance Optimization Based on Busbar Current and Field Current Prediction for Doubly Salient Electromagnetic Generator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |