CN112693327A - 一种降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子系统、方法及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子系统、方法及车辆，包括：整车控制子系统、电机系统以及动力电池，其中，整车控制子系统通过高压接触器控制动力电池与电机系统的高压连接及预充回路；电机系统包含电机控制器及驱动电机，电机控制器内部包含三相桥及直流IGBT，电机控制器内的控制板输出三相PWM波形经驱动板后控制三相桥IGBT通断实现对永磁同步电机输出扭矩的控制，电机控制器内的控制板输出开关量信号经驱动板后控制直流侧IGBT，用以控制高速条件下永磁同步电机反电动势不可控整流后对动力电池充电回路的通断，降低高速弱磁条件下的铜损铁损等电机系统损耗。

Description

一种降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子系统、方法及 车辆
技术领域
本发明涉及新能源永磁同步电机系统，尤其涉及一种降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子系统、方法及车辆。
背景技术
永磁同步电机驱动系统是新能源车辆的特有动力源，对于集中驱动的车辆而言，驱动电机输出扭矩经离合器、变速箱、传动轴、主减速器后到达车轮，驱动整车行驶。在绝大多数应用场景中，电机系统无法在不输出扭矩时由整车动力系统中脱开，导致电机系统存在较多零扭矩输出的空转工况。此类工况下，电机存在一定功率损耗，包含铜损、铁损、机械损失等，其中机械损失包含风摩损失以及轴承摩擦损失等，此类损失功率相对固定且仅与机械构型相关，对于铜损及铁损可以通过一定手段进行降低或减小，从而降低整车能耗，提高车辆续驶里程。
电机系统在零扭矩空转条件下，电机控制器仍对电机进行主动控制，此时系统电气损耗主要为铁损和铜损，铁损包含低频铁损与高频铁损两部分。其中低频铁损主要由电机转动引起的磁场交变引起，此类损耗与电机转速相关性较大，高频铁损主要由电机控制器控制所引起的被控电流波动产生；铜损主要存在于高转速条件下，此时电机控制器需对电机施加弱磁电流，用以抑制高速条件下的反电动势过高，维持控制电压裕量。
文献《基于电机损耗机理的双电机四轮驱动电动车转矩分配策略的研究》对永磁同步电机的拖转损耗进行了试验测试，得到双电机驱动条件下的扭矩分配方案，但没有提及单电机的降损耗措施。
CN108696224A在无人机应用场景中通过电机转速调整电机控制器中PWM频率的方法降低MOSFET开关损耗，但仅是降低控制器一侧的损耗，电机的铜损、低频铁损以及高频铁损依然存在。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子系统，包括：依次连接的动力电池、整车控制子系统、电机控制器、永磁同步电机以及车辆传动子系统；
动力电池为整车的能量储存装置，驱动状态下输出电能至电机控制器；
整车控制子系统用于采集油门踏板信息并转换为电机的扭矩指令，并通过电机控制器控制永磁同步电机运行；
还监控动力电池的电压、电流及SOC信息；
还控制整车高压电气系统的通断；
动力电池用于驱动状态下输出电能至整车控制子系统，整车控制子系统控制永磁同步电机将电能转换为机械能输出；
制动条件下将永磁同步电机输入的机械能转换为电能进行存储，同时将电压、电流及SOC等自身状态参数发送至整车控制子系统。
优选地，电机控制器用于接收整车控制子系统的扭矩控制指令，并根据预设的电流MAP将扭矩控制指令转变为id/iq指令，通过电流调节算法对id/iq进行闭环调节，输出PWM指令控制三相桥中IGBT器件的通断，实现id/iq电流的实时控制；
还接收整车控制子系统的降损耗控制指令，通过控制直流侧IGBT的通断降低永磁同步电机的整车能量消耗。
优选地，整车控制子系统包括：整车控制器、高压负端接触器、高压正端接触器、预充继电器以及预充电阻；
电机控制器包括：驱动板、控制板、直流侧IGBT器件、支撑电容、三相桥IGBT器件；
高压正端接触器的常开第一端和预充继电器的常开第一端分别连接动力电池正极；预充继电器的常开第二端与预充电阻第一端连接；预充电阻第二端和高压正端接触器的常开第二端分别连接直流侧IGBT器件的E端；直流侧IGBT器件的C端分别与三相桥IGBT器件第一输入端和支撑电容第一端连接；
高压负端接触器的常开第一端连接动力电池负极；
高压负端接触器的常开第二端分别与三相桥IGBT器件第二输入端和支撑电容第二端连接；
控制板通过驱动板分别与直流侧IGBT器件的G端和三相桥IGBT器件的控制端连接；
三相桥IGBT器件的输出端连接永磁同步电机；
整车控制器与控制板通过CAN总线通信连接。
优选地，控制板用于接收整车控制器的扭矩控制指令，并根据预设的电流MAP将扭矩指令转变为id/iq指令，通过电流调节算法对id/iq进行闭环调节，输出PWM指令至驱动板经驱动放大后输出IGBT控制信号，控制三相桥IGBT器件的通断，实现对永磁同步电机中id/iq电流的实时控制。
优选地，控制板还用于接收整车控制器的降损耗指令，输出控制信号至驱动板，经驱动放大后输出控制信号，通过控制直流侧IGBT器件的通断降低永磁同步电机的能量消耗；
直流侧IGBT器件中设有续流二极管，在整车驱动工况下，母线电流经由续流二极管流入电机系统；
制动工况下，制动电流经由直流侧IGBT器件流入动力电池。
本发明还提供一种降低非工作损耗的新能源永磁电机控制方法，方法包括：
S1，获取整车控制子系统的扭矩请求及电机降损耗功能请求；
S2，获取当前电机转速及动力电池输出电压；
S3，确定当前动力电池输出电压所对应的转速区间[mmin,nmax]；
S4，通过当前转速与计算得到转速区间进行滞环控制，分别控制直流侧IGBT器件和三相桥IGBT器件的通断；
S5，当降损耗指令关闭时，整车控制器以动力电池输出电压和电机转速为输入，根据预设电流MAP控制三相桥IGBT器件，同时打开直流侧IGBT器件，恢复对永磁同步电机的正常控制。
优选地，方法还包括：
步骤101，整车控制器采集油门踏板信号及制动踏板信号，获取驾驶员当前输入的扭矩；
步骤102，整车控制子系统采集永磁同步电机的位置信号，通过位置差分计算当前永磁同步电机转速ωm，同时通过CAN总线通讯获取动力电池的输出电压值Vbattery；
步骤103，获取动力电池输出电压值、永磁同步电机的转子磁链值Ψf、永磁同步电机的极对数P确定永磁同步电机转速区间[nmin,nmax]，其中：
nmax＝Vbattery/(1.715*Ψf*P)；
nmin＝Vbattery/(2.143*Ψf*P)；
nmax为电机永磁同步电机转速阈值；
当永磁同步电机转速高于所述电机永磁同步电机转速阈值，且三相桥IGBT器件全部关闭，则永磁同步电机的反电动势经三相桥不可控整流后的直流电压将大于动力电池电压Vbattery，断开动力电池与电机系统的高压连接；
步骤104，通过步骤102中采集得到的永磁同步电机当前转速与步骤103中计算得到转速区间进行滞环控制；
若直流侧IGBT器件的当前状态为开启，且电机转速由低变高跨越了转速点nmax；
当整车控制子系统发送的电机降损耗指令为使能时，关闭直流侧IGBT器件的使能信号，同时关闭三相桥IGBT器件的PWM信号，并将三相桥IGBT器件的控制信号全部拉低，此时电机控制器不再对永磁同步电机施加控制电压；
永磁同步电机的反电动势经不可控整流后施加在直流侧IGBT器件两端的直流电压大于动力电池的输出电压；基于直流侧IGBT器件的关闭，充电回路被断开，不会有额外制动电流产生，不会对整车施加制动扭矩；
步骤105，当整车控制子系统所发送的电机降损耗指令变为关闭时，根据当前动力电池输出电压Vbattery和电机转速ωm所预设的map，输出dq坐标系下的ud、uq；
根据反Park变换及SVPWM调制算法输出对应的PWM控制信号控制三相桥IGBT器件，同时打开直流侧IGBT器件的使能信号，电机控制器恢复对永磁同步电机的正常控制，继续响应整车控制子系统的扭矩请求。
优选地，步骤104中，当直流侧IGBT器件的当前状态为关闭，且电机转速由高变低跨越了转速点nmin，控制板将输出控制信号，打开直流侧IGBT器件的使能信号，此时永磁同步电机反电动势将不可控整流后的直流电压小于动力电池的输出电压，不会对动力电池进行充电。
nmin为nmax的比例缩小值，其中nmin/nmax＝0.8～0.95。
本发明还提供一种车辆，包括：降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子系统；并实现降低非工作损耗的新能源永磁电机控制方法。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明涉及的降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子系统及方法包括：整车控制子系统、电机系统以及动力电池，其中，整车控制子系统通过高压接触器控制动力电池与电机系统的高压连接及预充回路；电机系统包含电机控制器及驱动电机，电机控制器内部包含三相桥及直流IGBT，电机控制器内的控制板输出三相PWM波形经驱动板后控制三相桥IGBT通断实现对永磁同步电机输出扭矩的控制，电机控制器内的控制板输出开关量信号经驱动板后控制直流侧IGBT，用以控制高速条件下永磁同步电机反电动势不可控整流后对动力电池充电回路的通断，降低高速弱磁条件下的铜损铁损等电机系统损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子系统示意图；
图2为降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子系统实施例示意图；
图3为永磁同步电机系统的不同转速下的非工作损耗曲线图；
图4为降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子系统、方法及车辆。其中，本发明涉及的车辆为新能源车，由电力驱动行驶。可以涉及轿车、卡车以及客车等等，具体车辆类型不做限定。
作为本发明涉及的一种实施例，如图1至图3所示，包括：依次连接的动力电池301、整车控制子系统201、电机控制器101、永磁同步电机401以及车辆传动子系统501；
动力电池301为整车的能量储存装置，驱动状态下输出电能至电机控制器101；
整车控制子系统201用于采集油门踏板信息并转换为电机的扭矩指令，并通过电机控制器101控制永磁同步电机401运行；还监控动力电池301的电压、电流及SOC信息；还控制整车高压电气系统的通断；
也就是说，整车控制子系统，用于采集油门踏板信息并转换为电机的扭矩指令，通过CAN总线与电机系统进行信息交互，包含电机系统给的需求扭矩以及电机系统的当前状态；通过CAN总线与动力电池进行通讯，确定动力电池的电压、电流及SOC等信息；控制整车高压电气系统的通断及预充等功能电路。
动力电池301用于驱动状态下输出电能至整车控制子系统201，整车控制子系统201控制永磁同步电机401将电能转换为机械能输出；
制动条件下将永磁同步电机401输入的机械能转换为电能进行存储，同时将电压、电流及SOC等自身状态参数发送至整车控制子系统201。
电机控制器101用于接收整车控制子系统201的扭矩控制指令，并根据预设的电流MAP将扭矩控制指令转变为id/iq指令，通过电流调节算法对id/iq进行闭环调节，输出PWM指令控制三相桥中IGBT器件的通断，实现id/iq电流的实时控制；还接收整车控制子系统201的降损耗控制指令，通过控制直流侧IGBT的通断降低永磁同步电机401的整车能量消耗。
本发明提供的降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子系统、方法及车辆中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
本发明提供的降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子系统、方法及车辆的附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
作为本发明提供的实施方式，整车控制子系统201包括：整车控制器202、高压负端接触器204、高压正端接触器203、预充继电器205以及预充电阻206；
电机控制器101包括：驱动板102、控制板103、直流侧IGBT器件104、支撑电容105、三相桥IGBT器件106；
高压正端接触器203的常开第一端和预充继电器205的常开第一端分别连接动力电池301正极；预充继电器205的常开第二端与预充电阻206第一端连接；预充电阻206第二端和高压正端接触器203的常开第二端分别连接直流侧IGBT器件104的E端；直流侧IGBT器件104的C端分别与三相桥IGBT器件106第一输入端和支撑电容105第一端连接；
高压负端接触器204的常开第一端连接动力电池301负极；高压负端接触器204的常开第二端分别与三相桥IGBT器件106第二输入端和支撑电容105第二端连接；控制板103通过驱动板102分别与直流侧IGBT器件104的G端和三相桥IGBT器件106的控制端连接；三相桥IGBT器件106的输出端连接永磁同步电机401；整车控制器202与控制板103通过CAN总线通信连接。
进一步需要说明的是，在支撑电容之前，电机控制器直流侧还串联有一直流IGBT，该IGBT中由于续流二极管的存在，由动力电池流向电机控制器的回路仅受整车控制器系统所控制的高压接触器影响，电机控制器由直流高压正端流入的电流不会由于IGBT的开通或关断受到影响，即电机系统在驱动工况下的高压回路通断不受直流IGBT控制；在制动工况下，当直流IGBT导通时，制动电流可经由三相IGBT、直流IGBT、高压接触器流入动力电池，当直流IGBT关断时，高压回路被切断，电机控制器无法将在直流回路产生制动电流，当三相桥IGBT全部关断时，电机控制器内部支撑电容两端的电压仅受永磁同步电机永磁体磁链和转速的影响，属于不可控整流状态。
其中，控制板103用于接收整车控制器202的扭矩控制指令，并根据预设的电流MAP将扭矩指令转变为id/iq指令，通过电流调节算法对id/iq进行闭环调节，输出PWM指令至驱动板102经驱动放大后输出IGBT控制信号，控制三相桥IGBT器件106的通断，实现对永磁同步电机401中id/iq电流的实时控制。
控制板103还用于接收整车控制器的降损耗指令，输出控制信号至驱动板102，经驱动放大后输出控制信号，通过控制直流侧IGBT器件104的通断降低永磁同步电机401的能量消耗。
直流侧IGBT器件104中设有续流二极管，在整车驱动工况下，母线电流经由续流二极管流入电机系统；制动工况下，制动电流经由直流侧IGBT器件104流入动力电池301。
本发明中，电机控制器内部包含控制板及驱动板，控制板与整车控制子系统进行CAN总线通讯，接收整车控制器的扭矩需求并将电机系统信息反馈至整车控制子系统，同时输出三相桥IGBT及直流侧IGBT的控制信号；驱动板接收控制板的PWM信号，经电压变换和功率放大后，输出驱动信号至三相桥IGBT和直流IGBT的控制引脚，控制IGBT的通断。
整车控制子系统201还可以包括显示单元、通信单元、音频/视频(A/V)输入单元、用户输入单元、感测单元、输出单元、存储器、接口单元和电源单元等等。但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件。可以替代地实施更多或更少的组件。
显示单元可以设置在驾驶室内，显示系统的处理信息，车辆的运行信息等等。显示单元可以包括液晶显示器(LCD，Liquid Crystal Display)、薄膜晶体管LCD(TFT-LCD，ThinFilm Transistor-LCD)、有机发光二极管(OLED，Organic Light-Emitting Diode)显示器、柔性显示器、三维(3D)显示器等等中的至少一种。
整车控制器202和控制板103可以通过使用特定用途集成电路(ASIC，ApplicationSpecific Integrated Circuit)、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processing)、数字信号处理装置(DSPD，Digital Signal Processing Device)、可编程逻辑装置(PLD，Programmable Logic Device)、现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable GateArray)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、被设计为执行这里描述的功能的电子单元中的至少一种来实施，在一些情况下，这样的实施方式可以在控制器中实施。对于软件实施，诸如过程或功能的实施方式可以与允许执行至少一种功能或操作的单独的软件模块来实施。软件代码可以由以任何适当的编程语言编写的软件应用程序(或程序)来实施，软件代码可以存储在存储器中并且由控制器执行。
这样，本发明系统包括：整车控制子系统、电机系统以及动力电池，其中，整车控制子系统通过高压接触器控制动力电池与电机系统的高压连接及预充回路；电机系统包含电机控制器及驱动电机，电机控制器内部包含三相桥及直流IGBT，电机控制器内的控制板输出三相PWM波形经驱动板后控制三相桥IGBT通断实现对永磁同步电机输出扭矩的控制，电机控制器内的控制板输出开关量信号经驱动板后控制直流侧IGBT，用以控制高速条件下永磁同步电机反电动势不可控整流后对动力电池充电回路的通断，降低高速弱磁条件下的铜损铁损等电机系统损耗。
基于上述系统本发明还提供一种降低非工作损耗的新能源永磁电机控制方法，如图4所示，方法包括：
S1，获取整车控制子系统的扭矩请求及电机降损耗功能请求；
S2，获取当前电机转速及动力电池输出电压；
S3，确定当前动力电池输出电压所对应的转速区间[mmin,nmax]；
S4，通过当前转速与计算得到转速区间进行滞环控制，分别控制直流侧IGBT器件104和三相桥IGBT器件106的通断；
S5，当降损耗指令关闭时，整车控制器202以动力电池输出电压和电机转速为输入，根据预设电流MAP控制三相桥IGBT器件106，同时打开直流侧IGBT器件104，恢复对永磁同步电机401的正常控制。
其中，永磁同步电机系统着重考虑整车需求扭矩为0时的系统损耗降低方法；当整车需求扭矩为零时，电机系统执行零扭矩控制，受低速段被控电流的高次谐波影响，高速段弱磁电流引起的附加铜损及电流的高次谐波影响，电机系统仍存在一定功率的能量损耗，且该能量损耗较电机不受控时的损耗大。
永磁同步电机系统仅在整车控制子系统的扭矩请求为零且电机降损耗功能使能时进行降损耗控制。
作为本发明涉及的方法优选地实施方式，目前新能源车辆中的驱动电机多以永磁同步电机为主，相比其他电机而言，永磁同步电机具有高效率、高功率密度等优点，但由于转子永磁体的存在，在高速电机下会存在电机反电动势过高的现象，故永磁同步电机在高速条件下需进行弱磁控制，施加与永磁体磁场方向相反的励磁电流，降低d轴磁场强度，从而降低电机反电动势。
当车辆处于高速滑行工况时，电机输出扭矩为0，此时q轴电流为0，但d轴弱磁电流依然存在，相对电机基速以下工况，d轴电流会引入额外的电机铜损和控制器损耗，降低电机系统效率，如果不施加弱磁电流而将电机控制器三相桥中的IGBT全部关闭，电机反电动势经不可控整流后会产生一直流电压，当该直流电压大于动力电池电压时，电机系统会向动力电池不可控充电，且产生较大的制动扭矩。所以，不改变电机系统硬件的条件下，高速条件下弱磁电流所引起的额外损耗无法避免。
永磁同步电机转动时，由于转子永磁体旋转所引起的电机磁场交变，电机会产生铁损，此时的铁损主要为低频铁损。电机系统工作时，电机控制器对电机电流进行闭环控制，受电流传感器分辨率及控制精度的影响，电机中会存在高频谐波电流，该电流会引起高频铁损。
整车控制子系统正常工作时，电机基速以下的电气损耗主要为低频铁损和高频铁损，基速以上的电气损耗主要为低频铁损、高频铁损和铜损；当整车控制子系统不对电机施加控制时，电机基速以下及基速以上的电气损耗均为低频铁损。
附图2为台架环境中测量得到的不同类型电机在控制器工作与控制器不工作条件下的系统损耗，可以看出，控制器工作时的永磁同步电机损耗显著大于控制器不工作时的系统损耗，且两者均随电机转速升高而增大。在不断开电机与整车车辆传动子系统的条件下，电机转速与整车工况严格相关，无法调节，但可通过停止控制器工作的方式降低电机系统的损耗。
其中，整车控制子系统201为防止电机控制器101中的支撑电容105瞬态电流过大，在电机控制器101上电过程中，闭合高压负端接触器204以及预充继电器205，通过预充电阻206对高压回路进行限流，待支撑电容105两端的电压与动力电池301电压相近时，闭环高压正端接触器203，完成电机控制器101的上电过程。优选地，高压接触器204及高压接触器203为机械部件，存在动作较慢及机械寿命问题，故无法在整车行驶过程中进行频繁开关动作。
整车控制器202采集油门踏板信息并转换为电机的扭矩指令，通过CAN总线与电机系统进行信息交互，其中包含电机系统的需求扭矩、电机系统的当前状态以及降损耗使能指令；通过CAN总线与动力电池301进行通讯，确定动力电池301的电压、电流及SOC等信息。
对于，控制板103接收整车控制器202的扭矩需求，并根据预设的电流MAP将扭矩指令转变为id/iq指令，通过电流调节算法对id/iq进行闭环调节，输出PWM指令至驱动板102经驱动放大后输出IGBT控制信号107，控制三相桥中IGBT器件106的通断，实现对永磁同步电机401中id/iq电流的实时控制；优选地，控制板103接收整车控制器的降损耗指令，输出控制信号至驱动板102，经驱动放大后输出控制信号108通过控制直流侧IGBT器件104的通断降低永磁同步电机系统的整车能量消耗。
优选地，三相桥中的IGBT器件106在选型匹配时需考虑动力电池301的最高输出电压以及永磁同步电机401在最高工作转速时的反电动势电压，以保证三相桥中IGBT器件106全部关断条件下系统耐压裕量。
优选地，直流侧IGBT器件104中存在续流二极管，在整车驱动工况下，母线电流经由续流二极管流入电机系统。制动工况下，制动电流经由IGBT流入动力电池301，直流侧IGBT器件104进行选型时需考虑直流侧最大电流及永磁同步电机401最高反电动势与动力电池301的电压差。
动力电池301是整车的能量储存装置，驱动状态下输出电能至整车控制子系统101，整车控制子系统101将直流电转换为交流电输出至永磁同步电机401，永磁同步电机401将电能转换为机械能由车辆传动子系统501输入至整车，制动条件下将电机输入的机械能转换为电能进行存储，同时将电压、电流及SOC等自身状态参数发送至整车控制子系统201。
本发明提出的降低新能源永磁同步电机系统非工作损耗的方法包含以下步骤：
步骤101，整车控制子系统201中的整车控制器202采集油门踏板信号及制动踏板信号，确定当前的驾驶员需求扭矩，如驾驶员未踩下油门踏板和制动踏板，则判断当前需求扭矩为0，而后结合整车控制子系统101和动力电池301的当前状态通过逻辑运算确定电机系统的降损耗指令。
步骤102，整车控制子系统201采集永磁同步电机401的位置信号，通过位置差分计算当前电机转速ωm，同时通过CAN总线通讯获取动力电池301的输出电压值Vbattery。
步骤103，根据步骤102中获取到的动力电池输出电压值、永磁同步电机401的转子磁链值Ψf、永磁同步电机401的极对数P确定电机转速区间[nmin,nmax]，其中：
nmax＝Vbattery/(1.715*Ψf*P)；
nmin＝Vbattery/(2.143*Ψf*P)；
nmax为电机转速阈值，当电机转速高于此阈值时，若三相桥中IGBT器件106全部关闭，永磁同步电机401的反电动势经三相桥不可控整流后的直流电压将大于动力电池电压Vbattery，此时如不断开动力电池与电机系统的高压连接，电机系统将输出与电机转速相关的不可控制动功率，动力电池将接受不可控的充电功率。nmin为nmax的比例缩小值，其中nmin/nmax＝0.8～0.95，优选地，本实施例中取为0.8。
步骤104，通过步骤102中采集得到的电机当前转速与步骤103中计算得到转速区间进行滞环控制，若直流侧IGBT器件104的当前状态为开启，且电机转速由低变高跨越了转速点nmax，当整车控制子系统所发送的电机降损耗指令为使能时，关闭直流侧IGBT器件的使能信号，同时关闭三相桥IGBT器件106的PWM信号，并将三相桥IGBT器件106的控制信号全部拉低，此时整车控制子系统101不再对永磁同步电机401施加控制电压，永磁同步电机401的反电动势经不可控整流后施加在支撑电容104两端的直流电压虽大于动力电池301的输出电压，但由于直流侧IGBT器件104的关闭，充电回路被断开，不会有额外制动电流产生，不会对整车施加制动扭矩。
当直流侧IGBT器件104的当前状态为关闭，且电机转速由高变低跨越了转速点nmin，控制板103将输出控制信号，打开直流侧IGBT器件的使能信号，此时永磁同步电机401反电动势将不可控整流后的直流电压小于动力电池301的输出电压，不会对动力电池进行充电。
其他工况下，当整车控制子系统所发送的电机降损耗指令为使能时，直流侧IGBT及三相桥IGBT的控制信号不会发生改变。
步骤105，当整车控制子系统所发送的电机降损耗指令变为关闭时，根据当前动力电池输出电压Vbattery和电机转速ωm所预设的电流map，输出dq坐标系下的ud、uq，而后根据反Park变换及SVPWM调制算法输出对应的PWM控制信号控制三相桥中的IGBT器件106，同时打开直流侧IGTB器件104的使能信号，整车控制子系统101恢复对永磁同步电机401的正常控制，继续影响整车控制子系统201的扭矩请求。
本发明提供的降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子系统、方法及车辆是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
本发明提供的降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子系统和方法可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等如果存在是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子系统，其特征在于，包括：依次连接的动力电池(301)、整车控制子系统(201)、电机控制器(101)、永磁同步电机(401)以及车辆传动子系统(501)；
动力电池(301)为整车的能量储存装置，驱动状态下输出电能至电机控制器(101)；
整车控制子系统(201)用于采集油门踏板信息并转换为电机的扭矩指令，并通过电机控制器(101)控制永磁同步电机(401)运行；
还监控动力电池(301)的电压、电流及SOC信息；
还控制整车高压电气系统的通断；
动力电池(301)用于驱动状态下输出电能至整车控制子系统(201)，整车控制子系统(201)控制永磁同步电机(401)将电能转换为机械能输出；
制动条件下将永磁同步电机(401)输入的机械能转换为电能进行存储，同时将电压、电流及SOC等自身状态参数发送至整车控制子系统(201)。
2.根据权利要求1所述的降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子系统，其特征在于，
电机控制器(101)用于接收整车控制子系统(201)的扭矩控制指令，并根据预设的电流MAP将扭矩控制指令转变为id/iq指令，通过电流调节算法对id/iq进行闭环调节，输出PWM指令控制三相桥中IGBT器件的通断，实现id/iq电流的实时控制；
还接收整车控制子系统(201)的降损耗控制指令，通过控制直流侧IGBT的通断降低永磁同步电机(401)的整车能量消耗。
3.根据权利要求1或2所述的降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子系统，其特征在于，
整车控制子系统(201)包括：整车控制器(202)、高压负端接触器(204)、高压正端接触器(203)、预充继电器(205)以及预充电阻(206)；
电机控制器(101)包括：驱动板(102)、控制板(103)、直流侧IGBT器件(104)、支撑电容(105)、三相桥IGBT器件(106)；
高压正端接触器(203)的常开第一端和预充继电器(205)的常开第一端分别连接动力电池(301)正极；预充继电器(205)的常开第二端与预充电阻(206)第一端连接；预充电阻(206)第二端和高压正端接触器(203)的常开第二端分别连接直流侧IGBT器件(104)的E端；直流侧IGBT器件(104)的C端分别与三相桥IGBT器件(106)第一输入端和支撑电容(105)第一端连接；
高压负端接触器(204)的常开第一端连接动力电池(301)负极；
高压负端接触器(204)的常开第二端分别与三相桥IGBT器件(106)第二输入端和支撑电容(105)第二端连接；
控制板(103)通过驱动板(102)分别与直流侧IGBT器件(104)的G端和三相桥IGBT器件(106)的控制端连接；
三相桥IGBT器件(106)的输出端连接永磁同步电机(401)；
整车控制器(202)与控制板(103)通过CAN总线通信连接。
4.根据权利要求3所述的降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子系统，其特征在于，
控制板(103)用于接收整车控制器(202)的扭矩控制指令，并根据预设的电流MAP将扭矩指令转变为id/iq指令，通过电流调节算法对id/iq进行闭环调节，输出PWM指令至驱动板(102)经驱动放大后输出IGBT控制信号，控制三相桥IGBT器件(106)的通断，实现对永磁同步电机(401)中id/iq电流的实时控制。
5.根据权利要求3所述的降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子系统，其特征在于，
控制板(103)还用于接收整车控制器的降损耗指令，输出控制信号至驱动板(102)，经驱动放大后输出控制信号，通过控制直流侧IGBT器件(104)的通断降低永磁同步电机(401)的能量消耗；
直流侧IGBT器件(104)中设有续流二极管，在整车驱动工况下，母线电流经由续流二极管流入电机系统；
制动工况下，制动电流经由直流侧IGBT器件(104)流入动力电池(301)。
6.一种降低非工作损耗的新能源永磁电机控制方法，其特征在于，方法包括：
S1，获取整车控制子系统的扭矩请求及电机降损耗功能请求；
S2，获取当前电机转速及动力电池输出电压；
S3，确定当前动力电池输出电压所对应的转速区间[mmin,nmax]；
S4，通过当前转速与计算得到转速区间进行滞环控制，分别控制直流侧IGBT器件(104)和三相桥IGBT器件(106)的通断；
S5，当降损耗指令关闭时，整车控制器(202)以动力电池输出电压和电机转速为输入，根据预设电流MAP控制三相桥IGBT器件(106)，同时打开直流侧IGBT器件(104)，恢复对永磁同步电机(401)的正常控制。
7.根据权利要求6所述的降低非工作损耗的新能源永磁电机控制方法，其特征在于，
方法还包括：
步骤101，整车控制器(202)采集油门踏板信号及制动踏板信号，获取驾驶员当前输入的扭矩；
步骤102，整车控制子系统(201)采集永磁同步电机(401)的位置信号，通过位置差分计算当前永磁同步电机转速ωm，同时通过CAN总线通讯获取动力电池(301)的输出电压值Vbattery；
步骤103，获取动力电池(301)输出电压值、永磁同步电机(401)的转子磁链值Ψf、永磁同步电机(401)的极对数P确定永磁同步电机转速区间[nmin,nmax]，其中：
nmax＝Vbattery/(1.715*Ψf*P)；
nmin＝Vbattery/(2.143*Ψf*P)；
nmax为电机永磁同步电机转速阈值；
当永磁同步电机转速高于所述电机永磁同步电机转速阈值，且三相桥IGBT器件(106)全部关闭，则永磁同步电机(401)的反电动势经三相桥不可控整流后的直流电压将大于动力电池电压Vbattery，断开动力电池与电机系统的高压连接；
步骤104，通过步骤102中采集得到的永磁同步电机当前转速与步骤103中计算得到转速区间进行滞环控制；
若直流侧IGBT器件(104)的当前状态为开启，且电机转速由低变高跨越了转速点nmax；
当整车控制子系统(201)发送的电机降损耗指令为使能时，关闭直流侧IGBT器件(104)的使能信号，同时关闭三相桥IGBT器件(106)的PWM信号，并将三相桥IGBT器件(106)的控制信号全部拉低，此时电机控制器(101)不再对永磁同步电机(401)施加控制电压；
永磁同步电机(401)的反电动势经不可控整流后施加在直流侧IGBT器件(104)两端的直流电压大于动力电池(301)的输出电压；基于直流侧IGBT器件(104)的关闭，充电回路被断开，不会有额外制动电流产生，不会对整车施加制动扭矩；
步骤105，当整车控制子系统(201)所发送的电机降损耗指令变为关闭时，根据当前动力电池(301)输出电压Vbattery和电机转速ωm所预设的map，输出dq坐标系下的ud、uq；
根据反Park变换及SVPWM调制算法输出对应的PWM控制信号控制三相桥IGBT器件(106)，同时打开直流侧IGBT器件(104)的使能信号，电机控制器(101)恢复对永磁同步电机(401)的正常控制，继续响应整车控制子系统(201)的扭矩请求。
8.根据权利要求7所述的降低非工作损耗的新能源永磁电机控制方法，其特征在于，
步骤104中，当直流侧IGBT器件(104)的当前状态为关闭，且电机转速由高变低跨越了转速点nmin，控制板(103)将输出控制信号，打开直流侧IGBT器件(104)的使能信号，此时永磁同步电机(401)反电动势将不可控整流后的直流电压小于动力电池(301)的输出电压，不会对动力电池进行充电。
9.根据权利要求7所述的降低非工作损耗的新能源永磁电机控制方法，其特征在于，
nmin为nmax的比例缩小值，其中nmin/nmax＝0.8～0.95。
10.一种车辆，其特征在于，包括：如权利要求1至5任意一项所述的降低非工作损耗的新能源永磁整车控制子系统；
并实现如权利要求6至9任意一项所述降低非工作损耗的新能源永磁电机控制方法。
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