CN112721739B - 一种驱动电机主动加热电池包的方法和新能源汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驱动电机主动加热电池包的方法和新能源汽车，其中方法包括：接收转矩指令，根据转矩指令和驱动电机的实时转速得到系统损耗系数，并根据转矩指令通过标准矢量控制表得到标准电流指令；根据系统损耗系数和标准电流指令得到标准加热功率；判断加热电池包的需求加热功率是否大于标准加热功率，若是，则按需求加热功率确定实际电流指令；若否，则标准电流指令即为实际电流指令；进而利用实际电流指令驱动所述驱动电机运转，并且将驱动电机产生的热量通过热交换系统对电池包进行加热。上述技术方案不通过设置硬件，仅通过驱动电机控制算法的改进就可以实现对电池包的加热，加热成本低、效率高。

Description

一种驱动电机主动加热电池包的方法和新能源汽车

技术领域

本发明属于电机驱动技术领域，特别涉及一种驱动电机主动加热电池包的方法和新能源汽车。

背景技术

在我国，新能源汽车行业得到国家的大力扶持，新能源汽车在生活中越来越普遍，在全球看来，新能源汽车已经成为未来汽车行业的发展趋势。当前新能源汽车的动力能源主要来自锂电池或者三元电池，电池包的充放电性能直接对整车的动力性能和续航里程产生很大影响。然而有试验证明，-20℃的充放电容量约为常温25℃时的最大充放电容量的75％，可见，低温下电池包的充放电性能比较差。因此，在低温环境下，需要对电池包进行加热，从而提高电池的充放电性能。

当前加热的方法主要有两种，一种是电池自身加热，如CN111883879A；然而电池自身加热需要改变电池本身结构，很难在车辆上实现；另一种是通过驱动电机堵转加热，但驱动电机堵转电流是不平衡的，导致电机本体受热不均匀，很容易出现过温，同时堵转下加热导致车辆无法运行，影响正常驾驶需求。

发明内容

针对上述问题，本发明公开了一种驱动电机主动加热电池包的方法和新能源汽车，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供了一种驱动电机主动加热电池包的方法，所述方法包括：

接收转矩指令，根据所述转矩指令和驱动电机的实时转速得到系统损耗系数，并根据转矩指令通过标准矢量控制表得到标准电流指令；

根据所述系统损耗系数和所述标准电流指令得到标准加热功率；

判断加热电池包的需求加热功率是否大于所述标准加热功率，若是，则按所述需求加热功率确定实际电流指令；若否，则所述标准电流指令即为实际电流指令；

利用所述实际电流指令驱动所述驱动电机运转，将所述驱动电机产生的热量通过热交换系统对所述电池包进行加热。

可选的，所述利用所述实际电流指令驱动所述驱动电机运转具体包括：

根据所述实际电流指令利用转矩公式计算出实际电流角，然后根据所述实际电流指令和所述实际电流角驱动所述驱动电机运转；

所述利用所述驱动电机产生的热量通过热交换系统对所述电池包进行加热具体包括：

利用驱动电机中的三相交流电经过定子绕组时产生热量，并通过热交换系统中循环泵驱动液体在所述电池包和所述驱动电机之间循环，将所述热量向所述电池包转移，实现对所述电池包加热。

可选的，驱动所述驱动电机运转的转矩与所述转矩指令中的转矩相等。

可选的，所述标准加热功率根据系统损耗的大小确定，等于或小于所述系统损耗。

可选的，所述根据所述转矩指令和驱动电机的实时转速得到系统损耗系数包括：

利用预置的系统损耗表，根据所述转矩指令和驱动电机的转速，查找得到对应的系统损耗系数；

所述根据所述系统损耗系数和所述标准电流指令得到标准加热功率包括：

根据所述系统损耗表，查找与所述系统损耗系数和所述标准电流指令对应的系统损耗，然后根据所述系统损耗确定所述标准加热功率。

可选的，所述系统损耗表是根据所述驱动电机实验测得的，所述系统损耗表包括驱动电机转速、转矩、电流、损耗系数以及系统损耗之间的对应关系。

可选的，所述需求加热功率根据所述热交换系统中液体温度、流量以及电池包的温度计算确定。

可选的，当所述电池包温度高于预设值时，所述热交换系统还利用制冷源对所述电池包降温。

可选的，所述驱动电机为永磁同步电机，用于电动汽车的动力输出。

本发明另一方面提供了一种新能源汽车，所述新能源汽车中采用了上述任一项所述的方法实现对所述驱动电机的控制。

本发明的优点及有益效果是：

上述对电池包的加热方案，无需硬件投资，仅修改电机控制算法就可实现，简单易行；在车辆正常行驶和驱动过程中实现对电池包加热，不影响驾驶需求；对电池包实际加热功率可控，根据实际电池包的温度对加热过程进行闭环控制，整体效益高，避免了能量浪费；采用液体循环加热，加热保温均匀；且在加热过程中，实时安全监控，确保工作安全。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明的一个实施例中驱动电机主动加热电池包的方法的流程示意图；

图2为本发明的一个实施例中系统损耗随电流变化趋势的示意图；

图3为本发明的一个实施例中系统损耗系数随电机系统损耗的变化趋势的示意图；

图4为本发明的一个实施例中驱动电机主动加热控制框图；

图5为本发明的一个实施例中电流指令修正的逻辑框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例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。

本发明的技术构思在于：将驱动电机的驱动效率偏移最佳动力输出，而将部分能量提供给定子绕组发热，进而通过热交换系统将热量传递给电池包，从而实现对电池包的加热；为了实现上述偏移控制，预先通过实验获得驱动电机的系统损耗与电流、转矩、转速以及损耗系数之间的关系，建立相应表格或者拟合出相应的函数以供在实际控制中使用。

图1示出了本发明的一个实施例中驱动电机主动加热电池包的方法的流程示意图，该方法在驱动电机控制器中实现，所述方法包括：

S120，该步骤首先在驱动电机控制器中接收驱动车辆等正常运行的转矩指令，根据所述转矩指令和驱动电机的实时转速通过查表或者拟合函数等方式得到系统损耗系数，另一方面，可以根据上述的转矩指令通过驱动电机的标准矢量控制表查表得到标准电流指令和电流角。

S120，根据所述系统损耗系数和所述标准电流指令得到系统损耗，并且根据该系统损耗的大小得到在驱动电机正常运转下的驱动电机可以提供的标准加热功率。

由此可知，上述步骤中的驱动电机输出的动力扭矩最大而产生的损耗以及加热功率最小，处于驱动电机的一种标准输出状态。

S130，在该步骤中，首先需要判断加热电池包的需求加热功率是否大于所述标准加热功率，若是，则按所述需求加热功率确定驱动电机的实际电流指令；若否，则所述标准电流指令即为实际电流指令。

此时，利用所述实际电流指令驱动所述驱动电机运转，并且可以利用所述驱动电机产生的热量通过热交换系统对所述电池包进行加热。

上述技术方案，在相同转矩输出保证驱动电机动力输出的情况下，通过增加驱动电机的输入电流实现了更大的热量输出，进而利用上述热量对所述电池包进行加热。这是因为，矢量控制的最优控制方式使用的电流是最小的，所以产生的热量也是最小的，如果相同扭矩下，通过改变电流大小，系统损耗会增大，图2为相同扭矩时不同电流的系统损耗变化趋势示意图。

结合图3可知，系统损耗与电机电流的平方的比值随着损耗增大逐渐趋于一个固定值，上述比值称为损耗系数K，不同转速和不同扭矩下的损耗系数K可以通过实测得到。

上述实施例中的具体控制框图可以参见图4所示，而图4中后面的利用所述实际电流指令对电机驱动控制逻辑可以是电流闭环矢量控制的方式，这里不再详述。

在一个实施例中，所述利用所述实际电流指令驱动所述驱动电机运转具体包括：根据所述实际电流指令利用转矩公式计算出实际电流角，然后根据所述实际电流指令和所述实际电流角驱动所述驱动电机运转。

而所述利用所述驱动电机产生的热量通过热交换系统对所述电池包进行加热具体包括：利用驱动电机中的三相交流电经过定子绕组时产生热量，并通过热交换系统中循环泵驱动液体在所述电池包和所述驱动电机之间循环，将所述热量向所述电池包转移，实现对所述电池包加热，从而提高电池的充放电性能。

需要明确的是，在具体驱动所述驱动电机运转时产生的转矩与所述转矩指令中的转矩相等，从而保证驱动电机的输出。而所述标准加热功率根据在正常的电流和驱动的情况下时的系统损耗的大小确定，一般为等于或略小于所述系统损耗。

在一个优选的实施例中，所述根据所述转矩指令和驱动电机的实时转速得到系统损耗系数包括：利用预置的系统损耗表，根据所述转矩指令和驱动电机的转速，查找得到对应的系统损耗系数。

所述根据所述系统损耗系数和所述标准电流指令得到标准加热功率包括：根据所述系统损耗表，查找与所述系统损耗系数和所述标准电流指令对应的系统损耗，然后根据所述系统损耗确定所述标准加热功率。

其中，所述系统损耗表是根据所述驱动电机实验测得的，所述系统损耗表包括驱动电机转速、转矩、电流、损耗系数以及系统损耗之间的关系，当然，也可以根据上述系统损耗表拟合出反应上述系统损耗表规律的函数，利用该拟合函数实现对驱动电机的控制。

在一个实施例中，所述需求加热功率根据所述热交换系统中液体温度、流量以及电池包的温度以及与电池包正常工作时的正常温度的差值等计算确定的。

可选的，当所述电池包温度高于预设值时，所述热交换系统还利用制冷源对所述电池包降温，即将制冷源中的低温与电池包的高温进行热交换，实现对电池包的降温处理。

在一个实施例中，上述的驱动电机优选为永磁同步电机，并且主要用于电动汽车的动力输出上，当然也不排除该永磁同步电机在其他设备上的应用。

综上，根据图5示出的电流指令修正的逻辑框图，在主动加热功能使能的前提下，驱动电机控制器根据热交换系统中循环液体流量和温度，以及电池包的温度，基于图4示出的控制逻辑，可以计算出电池包温度达到正常温度所需要的加热功率。如果需求加热功率小于标准加热功率，则保持当前矢量控制状态。如果需求加热功率大于标准加热功率，则通过提高电流来增大系统损耗，同时修正电流角来保持扭矩不变。

本发明的另一实施例中还公开了一种新能源汽车，该新能源汽车采用了上述实施例中的方法，从而实现对新能源汽车中电池包的温度调节。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种驱动电机主动加热电池包的方法，其特征在于，所述方法包括：

接收转矩指令，根据所述转矩指令和驱动电机的实时转速得到系统损耗系数，并根据转矩指令通过标准矢量控制表得到标准电流指令；

根据所述系统损耗系数和所述标准电流指令得到标准加热功率；

判断加热电池包的需求加热功率是否大于所述标准加热功率，若是，则按所述需求加热功率确定实际电流指令；若否，则所述标准电流指令即为实际电流指令；

利用所述实际电流指令驱动所述驱动电机运转，将所述驱动电机产生的热量通过热交换系统对所述电池包进行加热；

所述利用所述实际电流指令驱动所述驱动电机运转具体包括：

根据所述实际电流指令利用转矩公式计算出实际电流角，然后根据所述实际电流指令和所述实际电流角驱动所述驱动电机运转；

所述将 所述驱动电机产生的热量通过热交换系统对所述电池包进行加热具体包括：

利用驱动电机中的三相交流电经过定子绕组时产生热量，并通过热交换系统中循环泵驱动液体在所述电池包和所述驱动电机之间循环，将所述热量向所述电池包转移，实现对所述电池包加热；

所述根据所述转矩指令和驱动电机的实时转速得到系统损耗系数包括：

利用预置的系统损耗表，根据所述转矩指令和驱动电机的转速，查找得到对应的系统损耗系数；

所述根据所述系统损耗系数和所述标准电流指令得到标准加热功率包括：

根据所述系统损耗表，查找与所述系统损耗系数和所述标准电流指令对应的系统损耗，然后根据所述系统损耗确定所述标准加热功率；

所述系统损耗表是根据所述驱动电机实验测得的，所述系统损耗表包括驱动电机转速、转矩、电流、损耗系数以及系统损耗之间的对应关系。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，驱动所述驱动电机运转的转矩与所述转矩指令中的转矩相等。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标准加热功率根据系统损耗的大小确定，等于或小于所述系统损耗。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述需求加热功率根据所述热交换系统中液体温度、流量以及电池包的温度计算确定。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，当所述电池包温度高于预设值时，停止主动加热，所述热交换系统还利用制冷源对所述电池包降温。

6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述驱动电机为永磁同步电机，用于电动汽车的动力输出。

7.一种新能源汽车，所述新能源汽车中采用了权利要求1-6任一项所述的方法实现对所述驱动电机的控制。

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