CN113002366B - 一种电动汽车及其动力电池加热系统和加热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车及其动力电池加热系统和加热方法，在满足脉冲加热进入条件时，电机系统进入脉冲加热模式，给动力电池进行脉冲加热，吸收电机系统热量的冷却液进入动力电池的冷却管路中对动力电池加热；在满足脉冲加热退出条件时，电机系统退出脉冲加热模式，停止给动力电池脉冲加热，动力电池的冷却管路中的冷却液停止流动；在脉冲加热模式下，使交轴电压等于零，通过控制直轴电压的方式来调节脉冲电流的大小，通过叠加脉冲信号的方式来生成六个功率开关的实际脉宽调制信号，不用三相电流反馈量，输出的脉冲电流稳定、波动小，能改善动力电池脉冲加热效果，并且避免在动力电池脉冲加热过程中车辆出现非预期行驶或抖动。

Description

一种电动汽车及其动力电池加热系统和加热方法
技术领域
本发明属于动力电池加热技术领域，具体涉及一种电动汽车及其动力电池加热系统和加热方法。
背景技术
随着新能源汽车行业的蓬勃发展，电动汽车的应用场景也越来越广泛，为了适应不同的使用环境，需要保证电动汽车在各种极端环境下的功能和性能正常。然而，在极寒条件下，由于动力电池的固有特性，其低温充放电能力会出现大幅降低，这将极大地限制电动汽车在低温环境下的使用。
为了解决上述问题，需要在低温环境下对动力电池进行加热，现有技术可对电池进行加热的方法主要有外部加热和内部加热两种，外部加热主要通过外部温度较高的介质与动力电池表面换热来进行加热，内部加热通过在电池两端增加高频脉冲电流，利用电池低温下内阻较大的特性来产生热量。相比于外部加热，内部加热具有加热速率较快、加热过程中电池单体温差较小等优点。电动汽车的电机系统与动力电池的两端相连，并且其内部所用的功率开关具有高频通断的特性，且电机定子线圈具有电感特性，这为实现动力电池脉冲加热提供了硬件基础。然而，当电机定子中通入脉冲电流后会形成感应磁场，该感应磁场作用在转子上面会产生扭矩，这将导致车辆出现非预期行驶或抖动，存在安全隐患。
CN111347938A公开了一种车辆及其动力电池加热装置与方法，其利用动力电池放电，电流经过三相交流电机，三相交流电机产生热量以对流经动力电池的冷却液进行加热的方式来对动力电池进行加热，并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，该相电流调节方式能避免在动力电池加热过程中车辆出现行驶或抖动。但是，其经过三相交流电机的电流为直流电流，该相电流调节方式不适用于脉冲加热（即不适用于经过三相交流电机的电流为脉冲电流的方案）。因为，如果将该相电流调节方式用于脉冲加热中，在计算直轴电压Ud和交轴电压Uq时除需要预设直轴电流Id和预设交轴电流Iq之外，还需要三相交流电机的三相电流反馈量，有反馈的闭环调节方式会减慢脉冲电流生成速度，导致加热速度变慢；并且三相电流反馈量不稳定、波动大，会导致输出的脉冲电流不稳定、波动大，进而导致加热效果不好，另外车辆也容易出现非预期行驶或抖动。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动汽车及其动力电池加热系统和加热方法，以在动力电池加热过程中，避免车辆出现非预期行驶或抖动，并且提高加热速度，改善加热效果。
本发明所述的动力电池加热方法，采用的电机系统包括电机控制器和三相电机，电机控制器包括控制模块、三相桥臂和母线电容C，母线电容C与三相桥臂并联，三相桥臂的六个功率开关的控制端分别与控制模块的六个控制输出端连接，三相桥臂的中点分别连接三相电机的三相定子绕组，三相电机的电机转子位置信号输出端与控制模块的信号采集端连接；三相桥臂与动力电池连接，形成动力电池脉冲加热回路；该方法为：在满足脉冲加热进入条件时，电机系统进入脉冲加热模式，给动力电池进行脉冲加热，吸收电机系统热量的冷却液进入动力电池的冷却管路中对动力电池加热；在满足脉冲加热退出条件时，电机系统退出脉冲加热模式，停止给动力电池脉冲加热，动力电池的冷却管路中的冷却液因停止流动而停止对动力电池加热；在脉冲加热模式下，所述控制模块执行如下步骤：
根据脉冲电流大小请求值Ireq查询电流-电压表，得到直轴电压请求值Ud；其中，所述电流-电压表为脉冲电流大小请求值与直轴电压请求值的对应关系表；
根据电机转子位置信号，对直轴电压请求值Ud和预设的交轴电压Uq进行Park逆变换，得到α轴电压矢量Uα和β轴电压矢量Uβ；其中，该预设的交轴电压Uq=0；
根据脉冲电流频率请求值f生成一个周期为1/f的脉冲信号；其中，该脉冲信号一个周期内的前1/2f时间为高电平、后1/2f时间为低电平；
根据α轴电压矢量Uα、β轴电压矢量Uβ和脉冲电流频率请求值f，生成六个功率开关的初始脉宽调制信号；其中，该初始脉宽调制信号的周期为1/2f；
对所述初始脉宽调制信号和所述脉冲信号进行与运算，并将与运算的结果作为所述六个功率开关的实际脉宽调制信号；其中，该实际脉宽调制信号的周期为1/f；
根据所述实际脉宽调制信号控制所述六个功率开关的通断。
本发明所述的动力电池加热系统，包括电机系统、电池管理系统、控制系统、冷却液箱和水泵，所述电机系统包括电机控制器和三相电机，电机控制器包括控制模块、三相桥臂和母线电容C，母线电容C与三相桥臂并联，三相桥臂的六个功率开关的控制端分别与控制模块的六个控制输出端连接，三相桥臂的中点分别连接三相电机的三相定子绕组，三相电机的电机转子位置信号输出端与控制模块的信号采集端连接；三相桥臂的上端连接动力电池的正极、下端连接动力电池的负极，形成动力电池脉冲加热回路。电池管理系统与动力电池、控制系统连接，控制系统与控制模块、水泵连接，冷却液箱、水泵、电机控制器、三相电机、动力电池通过冷却管路连接形成冷却液回路；在满足脉冲加热进入条件时，电机系统进入脉冲加热模式，给动力电池进行脉冲加热，控制系统控制水泵工作，吸收电机系统热量的冷却液进入动力电池的冷却管路中对动力电池加热；在满足脉冲加热退出条件时，电机系统退出脉冲加热模式，停止给动力电池脉冲加热，控制系统控制水泵关闭，动力电池的冷却管路中的冷却液因停止流动而停止对动力电池加热。所述控制模块包括条件处理模块、直轴电压确定模块、Park逆变换模块、脉冲信号生成模块和SVPWM模块。
所述条件处理模块用于接收信号，并在脉冲加热模式下将脉冲电流大小请求值Ireq发送给直轴电压确定模块，将电机转子位置信号发送给Park逆变换模块，将脉冲电流频率请求值f发送给脉冲信号生成模块和SVPWM模块。
所述直轴电压确定模块用于在脉冲加热模式下根据脉冲电流大小请求值Ireq查询电流-电压表，得到直轴电压请求值Ud，并将直轴电压请求值Ud发送给Park逆变换模块；其中，所述电流-电压表为脉冲电流大小请求值与直轴电压请求值的对应关系表。
所述Park逆变换模块用于在脉冲加热模式下根据电机转子位置信号，对直轴电压请求值Ud和预设的交轴电压Uq进行Park逆变换，得到α轴电压矢量Uα和β轴电压矢量Uβ，并将α轴电压矢量Uα和β轴电压矢量Uβ发送给SVPWM模块；其中，该预设的交轴电压Uq=0。
所述脉冲信号生成模块用于在脉冲加热模式下根据脉冲电流频率请求值f生成一个周期为1/f的脉冲信号，并将该脉冲信号发送给SVPWM模块；其中，该脉冲信号一个周期内的前1/2f时间为高电平、后1/2f时间为低电平。
所述SVPWM模块用于在脉冲加热模式下根据α轴电压矢量Uα、β轴电压矢量Uβ和脉冲电流频率请求值f，生成六个功率开关的初始脉宽调制信号，并对所述初始脉宽调制信号和所述脉冲信号进行与运算，将与运算的结果作为所述六个功率开关的实际脉宽调制信号，再根据所述实际脉宽调制信号控制所述六个功率开关的通断；其中，所述初始脉宽调制信号的周期为1/2f，所述实际脉宽调制信号的周期为1/f。
优选的，若收到脉冲加热开启请求，且车辆处于高压驻车状态，且不存在脉冲加热故障，则表示满足脉冲加热进入条件；若收到脉冲加热关闭请求，或者车辆行驶，或者出现脉冲加热故障，则表示满足脉冲加热退出条件。
优选的，电池管理系统实时监测动力电池的温度和SOC；当动力电池的温度小于预设的加热启动温度T1，且动力电池的SOC值大于预设的加热启动SOC值SOC1时，电池管理系统将脉冲加热开启请求和动力电池的温度发送给控制系统；当动力电池的温度大于或等于预设的加热停止温度T2，或者动力电池的SOC值小于或等于预设的加热停止SOC值SOC2时，电池管理系统将脉冲加热关闭请求发送给控制系统。
控制系统收到脉冲加热开启请求后，在判断出车辆处于高压驻车状态，且不存在脉冲加热故障时，控制系统根据动力电池的温度确定脉冲电流频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq，并将脉冲电流频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq发送给所述控制模块，电机系统进入脉冲加热模式，给动力电池进行脉冲加热，控制系统控制水泵工作。
控制系统在收到脉冲加热关闭请求，或者判断出车辆行驶或出现脉冲加热故障时，控制系统使脉冲电流频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq为零，电机系统退出脉冲加热模式，停止给动力电池脉冲加热，控制系统控制水泵关闭。
优选的，所述控制系统根据动力电池的温度确定脉冲电流频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq的方式为：
控制系统根据动力电池的温度查询温度-频率-电流表，得到所述脉冲电流频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq；其中，所述温度-频率-电流表为动力电池的温度与脉冲电流频率请求值、脉冲电流大小请求值的对应关系表。
优选的，所述控制系统控制水泵工作的具体方式为：
设在电机控制器内的温度传感器与控制系统连接，将检测的电机控制器温度发送给控制系统，设在三相电机内的温度传感器与控制系统连接，将检测的三相电机的定子温度发送给控制系统；控制系统将动力电池的温度与电机控制器温度之差、动力电池的温度与定子温度之差中的较大值作为温差参考值△T；控制系统根据温差参考值△T查询温差-转速表，得到水泵的转速n；控制系统控制水泵按照所述转速n运转；其中，所述温差-转速表为温差参考值与水泵的转速的对应关系表。
本发明所述的电动汽车，包括上述动力电池加热系统。
本发明具有如下效果：
（1）通过电机系统来输出动力电池内部加热所需的脉冲电流，从而在低温下给动力电池进行脉冲加热，在对动力电池进行脉冲加热的同时通过叠加外部冷却液加热，一方面可以对脉冲加热过程中的电机系统进行冷却，同时利用该冷却液的温升给动力电池进行外部加热，有效提升了电池加热的速率，从而提升低温环境下动力电池的充放电性能。
（2）使交轴电压等于零，通过控制直轴电压的方式来调节脉冲电流的大小，通过叠加脉冲信号的方式来生成六个功率开关的实际脉宽调制信号，不用三相电流反馈量，输出的脉冲电流稳定、波动小，改善了动力电池脉冲加热效果，并且也避免了在动力电池脉冲加热过程中车辆出现非预期行驶或抖动。
（3）直接采用开环控制方式，使交轴电压等于零，通过控制直轴电压来调节脉冲电流的大小，响应更快，脉冲电流生成速度更快，从而提高了加热速度。
附图说明
图1为本实施例的动力电池加热系统示意图。
图2为本实施例的动力电池加热系统中动力电池脉冲加热部分的电路示意图。
图3为本实施例的动力电池加热系统中动力电池脉冲加热部分在某个时间的储能状态下的电流流向图。
图4为本实施例的动力电池加热系统中动力电池脉冲加热部分在某个时间的续流状态下的电流流向图。
图5为本实施例的动力电池加热方法流程图。
图6为本实施例的控制模块在脉冲加热模式下的控制原理框图。
图7为本实施例的控制模块在脉冲加热模式下的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
如图1至图7所示，本实施例中的动力电池加热方法，采用的电机系统包括电机控制器41和三相电机42，三相电机42为Y型连接的三相三线制电机，电机控制器41包括控制模块、三相桥臂和母线电容C，三相桥臂由U相桥臂、V相桥臂和W相桥臂并联构成，母线电容C与U相桥臂、V相桥臂、W相桥臂并联。U相桥臂由上桥臂功率开关S1和下桥臂功率开关S4连接构成，V相桥臂由上桥臂功率开关S2和下桥臂功率开关S5连接构成，W相桥臂由上桥臂功率开关S3和下桥臂功率开关S6连接构成。本实施中上桥臂功率开关S1、上桥臂功率开关S2、上桥臂功率开关S3、下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5和下桥臂功率开关S6都为IGBT模块，上桥臂功率开关S1、上桥臂功率开关S2、上桥臂功率开关S3、下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5和下桥臂功率开关S6都具有续流二极管。U相桥臂的中点（即上桥臂功率开关S1与下桥臂功率开关S4的连接点）引线连接三相电机42的U相定子绕组L1，V相桥臂的中点（即上桥臂功率开关S2与下桥臂功率开关S5的连接点）引线连接三相电机42的V相定子绕组L2，W相桥臂的中点（即上桥臂功率开关S3与下桥臂功率开关S6的连接点）引线连接三相电机42的W相定子绕组L3。三相电机42（其内集成有转子位置传感器）的电机转子位置信号输出端与控制模块的信号采集端连接。上桥臂功率开关S1、上桥臂功率开关S2、上桥臂功率开关S3的上端引线连接动力电池1的正极，下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5、下桥臂功率开关S6的下端引线连接动力电池1的负极，形成动力电池脉冲加热回路。上桥臂功率开关S1的控制端、上桥臂功率开关S2的控制端、上桥臂功率开关S3的控制端、下桥臂功率开关S4的控制端、下桥臂功率开关S5的控制端和下桥臂功率开关S6的控制端分别与控制模块的六个控制输出端连接。
该动力电池加热方法为：在满足脉冲加热进入条件时，即收到脉冲加热开启请求，且车辆处于高压驻车状态，且不存在脉冲加热故障时，电机系统进入脉冲加热模式，给动力电池进行脉冲加热，吸收电机系统热量的冷却液进入动力电池1的冷却管路中对动力电池加热；在满足脉冲加热退出条件时，即收到脉冲加热关闭请求，或者车辆行驶，或者出现脉冲加热故障时，电机系统退出脉冲加热模式，停止给动力电池脉冲加热，动力电池的冷却管路中的冷却液因停止流动而停止对动力电池加热。
其中，在脉冲加热模式下，控制模块执行如下步骤：
根据脉冲电流大小请求值Ireq查询电流-电压表，得到直轴电压请求值Ud；其中，电流-电压表为通过标定方式得到且已存储的脉冲电流大小请求值与直轴电压请求值的对应关系表。
根据电机转子位置信号，对直轴电压请求值Ud和预设的交轴电压Uq进行Park逆变换，得到α轴电压矢量Uα和β轴电压矢量Uβ；其中，该预设的交轴电压Uq=0。
根据脉冲电流频率请求值f生成一个周期为1/f的脉冲信号；其中，该脉冲信号一个周期内的前1/2f时间为高电平（即1）、后1/2f时间为低电平（即0）。
根据α轴电压矢量Uα、β轴电压矢量Uβ和脉冲电流频率请求值f，生成六个功率开关（即上桥臂功率开关S1、上桥臂功率开关S2、上桥臂功率开关S3、下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5和下桥臂功率开关S6）的初始脉宽调制信号；其中，该初始脉宽调制信号的周期为1/2f。
对初始脉宽调制信号和脉冲信号进行与运算，并将与运算的结果作为六个功率开关的实际脉宽调制信号；其中，该实际脉宽调制信号的周期为1/f。
根据实际脉宽调制信号控制所述六个功率开关的通断。
如图1至图4所示，本实施例中的动力电池加热系统，包括电机系统、电池管理系统2、控制系统3、冷却液箱5和水泵6。
电机系统包括电机控制器41和三相电机42，三相电机42为Y型连接的三相三线制电机，电机控制器41包括控制模块、三相桥臂和母线电容C，三相桥臂由U相桥臂、V相桥臂和W相桥臂并联构成，母线电容C与U相桥臂、V相桥臂、W相桥臂并联。U相桥臂由上桥臂功率开关S1和下桥臂功率开关S4连接构成，V相桥臂由上桥臂功率开关S2和下桥臂功率开关S5连接构成，W相桥臂由上桥臂功率开关S3和下桥臂功率开关S6连接构成。本实施中上桥臂功率开关S1、上桥臂功率开关S2、上桥臂功率开关S3、下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5和下桥臂功率开关S6都为IGBT模块，上桥臂功率开关S1、上桥臂功率开关S2、上桥臂功率开关S3、下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5和下桥臂功率开关S6都具有续流二极管。U相桥臂的中点（即上桥臂功率开关S1与下桥臂功率开关S4的连接点）引线连接三相电机42的U相定子绕组L1，V相桥臂的中点（即上桥臂功率开关S2与下桥臂功率开关S5的连接点）引线连接三相电机42的V相定子绕组L2，W相桥臂的中点（即上桥臂功率开关S3与下桥臂功率开关S6的连接点）引线连接三相电机42的W相定子绕组L3。三相电机42（其内集成有转子位置传感器）的电机转子位置信号输出端与控制模块的信号采集端连接。上桥臂功率开关S1、上桥臂功率开关S2、上桥臂功率开关S3的上端引线连接动力电池1的正极，下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5、下桥臂功率开关S6的下端引线连接动力电池1的负极，形成动力电池脉冲加热回路。上桥臂功率开关S1的控制端、上桥臂功率开关S2的控制端、上桥臂功率开关S3的控制端、下桥臂功率开关S4的控制端、下桥臂功率开关S5的控制端和下桥臂功率开关S6的控制端分别与控制模块的六个控制输出端连接。
控制模块包括条件处理模块、直轴电压确定模块、Park逆变换模块、脉冲信号生成模块和SVPWM模块。
条件处理模块用于接收信号（包括脉冲电流大小请求值Ireq、脉冲电流频率请求值f和电机转子位置信号），并在脉冲加热模式下将脉冲电流大小请求值Ireq发送给直轴电压确定模块，将电机转子位置信号发送给Park逆变换模块，将脉冲电流频率请求值f发送给脉冲信号生成模块和SVPWM模块。
直轴电压确定模块用于在脉冲加热模式下根据脉冲电流大小请求值Ireq查询电流-电压表，得到直轴电压请求值Ud，并将直轴电压请求值Ud发送给Park逆变换模块；其中，电流-电压表为通过标定方式得到且已存储的脉冲电流大小请求值与直轴电压请求值的对应关系表。
Park逆变换模块用于在脉冲加热模式下根据电机转子位置信号，对直轴电压请求值Ud和预设的交轴电压Uq进行Park逆变换，得到α轴电压矢量Uα和β轴电压矢量Uβ，并将α轴电压矢量Uα和β轴电压矢量Uβ发送给SVPWM模块；其中，该预设的交轴电压Uq=0。当电机转子位置信号表示电机转子的当前位置为θ，则平行于转子磁场方向为d轴（即直轴），垂直于转子磁场方向为q轴（即交轴），使交轴电压Uq=0，则形成的磁场在电机转子上不会产生扭矩，可以避免在脉冲加热过程中车辆出现非预期行驶或抖动。通过调节直轴电压请求值Ud的大小可以控制六个功率开关导通的时间，进而控制脉冲电流的大小。
脉冲信号生成模块用于在脉冲加热模式下根据脉冲电流频率请求值f生成一个周期为1/f的脉冲信号，并将该脉冲信号发送给SVPWM模块；其中，该脉冲信号一个周期内的前1/2f时间为高电平（即1）、后1/2f时间为低电平（即0）。
SVPWM模块用于在脉冲加热模式下根据α轴电压矢量Uα、β轴电压矢量Uβ和脉冲电流频率请求值f，生成六个功率开关（即上桥臂功率开关S1、上桥臂功率开关S2、上桥臂功率开关S3、下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5和下桥臂功率开关S6）的初始脉宽调制信号，并对初始脉宽调制信号和脉冲信号进行与运算（相乘），将与运算的结果作为六个功率开关的实际脉宽调制信号，再根据实际脉宽调制信号控制六个功率开关的通断，即可实现一个储能状态和一个续流状态的交替变化（形成脉冲电流）；其中，初始脉宽调制信号的周期为1/2f，实际脉宽调制信号的周期为1/f。
电池管理系统2与动力电池1连接，电池管理系统2与控制系统3通过CAN线连接。控制系统3能请求电池管理系统2控制动力电池1内的相关继电器闭合，使车辆高压上电。控制系统3与控制模块通过CAN线连接，设在电机控制器41内的温度传感器与控制系统3连接，将检测的电机控制器温度发送给控制系统3，设在三相电机42内的温度传感器与控制系统3连接，将检测的三相电机的定子温度发送给控制系统3。控制系统3与水泵6连接，控制水泵6工作/关闭。冷却液箱5、水泵6、电机控制器41、三相电机42、动力电池1通过冷却管路连接形成冷却液回路。
在车辆行驶过程中电机系统用于驱动车辆前进。当电机系统处于驱动模式下，电机控制器和三相电机进入驱动工作模式，控制模块根据电机反馈的位置信号、转速信号和扭矩请求信号来输出调制信号控制三相桥臂的六个功率开关S1、S2、S3、S4、S5、S6的通断（为现有技术），进而控制三相电机42输出车辆行驶所需要的扭矩，驱动车辆持续行驶。
在脉冲加热模式下，电机系统的工作状态分为储能和续流两个状态，在储能和续流状态下，脉冲电流流过动力电池的电池内阻，电池内阻发热，在动力电池内产生热量，从而实现动力电池脉冲加热。图3给出了某个时间的储能状态下的一种电流流向示意图，当上桥臂功率开关S1、上桥臂功率开关S2、下桥臂功率开关S6导通，上桥臂功率开关S3、下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5断开时，电流由动力电池的正极流出，经上桥臂功率开关S1、上桥臂功率开关S2后，流入U相定子绕组L1和V相定子绕组L2，汇合后再流入W相定子绕组L3，而后电流从W相定子绕组L3流出，经下桥臂功率开关S6流出电机控制器，最终流入动力电池的负极，该过程可以对三相电机42的U相定子绕组L1、V相定子绕组L2、W相定子绕组L3进行储能。此状态下动力电池上的电流由正极流出、负极流入，通过调节上桥臂功率开关S1、上桥臂功率开关S2、下桥臂功率开关S6的导通时间可以调节脉冲电流的大小，导通时间越长，脉冲电流越大。三相电机的U相定子绕组L1、V相定子绕组L2、W相定子绕组L3中储存的能量通过续流回路给动力电池进行充电。图4给出了某个时间的续流状态下的一种电流流向示意图，当上桥臂功率开关S1、上桥臂功率开关S2、上桥臂功率开关S3、下桥臂功率开关S4、下桥臂功率开关S5和下桥臂功率开关S6均断开时，由于电感的特性，U相定子绕组L1、V相定子绕组L2、W相定子绕组L3中的电流方向不会立即发生变化，电流由W相定子绕组L3流出后通过上桥臂功率开关S3的续流二极管流出电机控制器，再流入动力电池正极，由动力电池负极流出后经下桥臂功率开关S4的续流二极管、下桥臂功率开关S5的续流二极管流入U相定子绕组L1、V相定子绕组L2，由此形成续流回路。此状态下动力电池上的电流由正极流入、负极流出，此过程流经动力电池的电流方向与储能状态相反。
如图5至图7所示，采用上述动力电池加热系统进行动力电池加热的方法包括：
步骤一、电池管理系统2实时监测动力电池的温度和SOC，并判断是否动力电池的温度小于预设的加热启动温度T1，且动力电池的SOC值大于预设的加热启动SOC值SOC1，如果是，则执行步骤二，否则继续执行步骤一。
步骤二、电池管理系统2向控制系统3发送脉冲加热开启请求和动力电池的温度，然后执行步骤三。
步骤三、控制系统3收到脉冲加热开启请求和动力电池的温度后，判断是否车辆处于高压驻车状态，且不存在脉冲加热故障，如果是，则执行步骤四，否则结束。
步骤四、控制系统3根据动力电池的温度确定脉冲电流频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq，并将脉冲电流频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq发送给控制模块，然后执行步骤五。比如控制系统3根据动力电池1的温度查询温度-频率-电流表，得到脉冲电流频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq。其中，温度-频率-电流表为通过标定方式得到且已存储的动力电池的温度与脉冲电流频率请求值、脉冲电流大小请求值的对应关系表。该对应关系表将脉冲加热分为三个档位：高档，动力电池的温度低于-20℃，对应一组脉冲电流频率请求值、脉冲电流大小请求值；中档，动力电池的温度处于-20℃~-10℃，对应一组脉冲电流频率请求值、脉冲电流大小请求值；低档，电池温度大于-10℃，对应一组脉冲电流频率请求值、脉冲电流大小请求值。
步骤五、电机系统进入脉冲加热模式，控制模块根据脉冲电流频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq输出对应的电流波形（具体控制过程参见图7），给动力电池进行脉冲加热，然后执行步骤六。
步骤六、控制系统3控制水泵6工作，吸收电机控制器41和三相电机42的热量的冷却液进入动力电池1的冷却管路中对动力电池加热，然后执行步骤七。其中，控制系统3控制水泵6工作的过程中会调节水泵6的转速，其具体调节方式为：控制系统3将动力电池的温度与电机控制器温度之差、动力电池的温度与定子温度之差中的较大值作为温差参考值△T；控制系统3根据温差参考值△T查询温差-转速表，得到水泵6的转速n；控制系统3控制水泵6按照转速n运转；其中，温差-转速表为通过标定方式得到且已存储的温差参考值与水泵的转速的对应关系表。温差参考值△T越大，说明电机系统的发热量越大，可通过冷却液给动力电池加热的热量越多，此时水泵6的转速n越大。
步骤七、控制系统3判断是否车辆行驶或者出现脉冲加热故障，如果是，则执行步骤八，否则执行步骤九。
步骤八、控制系统3使脉冲电流频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq为零，然后执行步骤十一。
步骤九、电池管理系统2判断是否动力电池的温度大于或等于预设的加热停止温度T2（T2>T1），或者动力电池的SOC值小于或等于预设的加热停止SOC值SOC2（SOC2< SOC1），如果是，则执行步骤十，否则返回执行步骤五。
步骤十、电池管理系统2向控制系统3发送脉冲加热停止请求，控制系统3在收到脉冲加热停止请求时，使脉冲电流频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq为零，然后执行步骤十一。
步骤十一、控制模块停止输出对应的电流波形，电机系统退出脉冲加热模式，然后执行步骤十二。
步骤十二、控制系统3控制水泵6关闭（水泵停止工作），动力电池1的冷却管路中的冷却液因停止流动而停止对动力电池加热，然后结束（即动力电池的加热过程结束）。
本实施例还提供一种电动汽车，包括上述动力电池加热系统。

Claims (8)

1.一种动力电池加热方法，采用的电机系统包括电机控制器（41）和三相电机（42），电机控制器（41）包括控制模块、三相桥臂和母线电容C，母线电容C与三相桥臂并联，三相桥臂的六个功率开关的控制端分别与控制模块的六个控制输出端连接，三相桥臂的中点分别连接三相电机（42）的三相定子绕组，三相电机（42）的电机转子位置信号输出端与控制模块的信号采集端连接；三相桥臂与动力电池（1）连接，形成动力电池脉冲加热回路；该方法为：在满足脉冲加热进入条件时，电机系统进入脉冲加热模式，给动力电池进行脉冲加热，吸收电机系统热量的冷却液进入动力电池的冷却管路中对动力电池加热；在满足脉冲加热退出条件时，电机系统退出脉冲加热模式，停止给动力电池脉冲加热，动力电池的冷却管路中的冷却液停止流动；其特征在于：在脉冲加热模式下，所述控制模块执行如下步骤：
根据脉冲电流大小请求值Ireq查询电流-电压表，得到直轴电压请求值Ud；其中，所述电流-电压表为脉冲电流大小请求值与直轴电压请求值的对应关系表；
根据电机转子位置信号，对直轴电压请求值Ud和预设的交轴电压Uq进行Park逆变换，得到α轴电压矢量Uα和β轴电压矢量Uβ；其中，该预设的交轴电压Uq=0；
根据脉冲电流频率请求值f生成一个周期为1/f的脉冲信号；其中，该脉冲信号一个周期内的前1/2f时间为高电平、后1/2f时间为低电平；
根据α轴电压矢量Uα、β轴电压矢量Uβ和脉冲电流频率请求值f，生成六个功率开关的初始脉宽调制信号；其中，该初始脉宽调制信号的周期为1/2f；
对所述初始脉宽调制信号和所述脉冲信号进行与运算，并将与运算的结果作为所述六个功率开关的实际脉宽调制信号；其中，该实际脉宽调制信号的周期为1/f；
根据所述实际脉宽调制信号控制所述六个功率开关的通断。
2.根据权利要求1所述的动力电池加热方法，其特征在于：
若收到脉冲加热开启请求，且车辆处于高压驻车状态，且不存在脉冲加热故障，则表示满足脉冲加热进入条件；
若收到脉冲加热关闭请求，或者车辆行驶，或者出现脉冲加热故障，则表示满足脉冲加热退出条件。
3.一种动力电池加热系统，包括电机系统、电池管理系统（2）、控制系统（3）、冷却液箱（5）和水泵（6），所述电机系统包括电机控制器（41）和三相电机（42），电机控制器（41）包括控制模块、三相桥臂和母线电容C，母线电容C与三相桥臂并联，三相桥臂的六个功率开关的控制端分别与控制模块的六个控制输出端连接，三相桥臂的中点分别连接三相电机（42）的三相定子绕组，三相电机（42）的电机转子位置信号输出端与控制模块的信号采集端连接；三相桥臂的上端连接动力电池（1）的正极、下端连接动力电池（1）的负极，形成动力电池脉冲加热回路；电池管理系统（2）与动力电池（1）、控制系统（3）连接，控制系统（3）与控制模块、水泵（6）连接，冷却液箱（5）、水泵（6）、电机控制器（41）、三相电机（42）、动力电池（1）通过冷却管路连接形成冷却液回路；在满足脉冲加热进入条件时，电机系统进入脉冲加热模式，给动力电池进行脉冲加热，控制系统控制水泵工作，吸收电机系统热量的冷却液进入动力电池（1）的冷却管路中对动力电池加热；在满足脉冲加热退出条件时，电机系统退出脉冲加热模式，停止给动力电池脉冲加热，控制系统控制水泵关闭，动力电池（1）的冷却管路中的冷却液停止流动；其特征在于：所述控制模块包括条件处理模块、直轴电压确定模块、Park逆变换模块、脉冲信号生成模块和SVPWM模块；
所述条件处理模块用于接收信号，并在脉冲加热模式下将脉冲电流大小请求值Ireq发送给直轴电压确定模块，将电机转子位置信号发送给Park逆变换模块，将脉冲电流频率请求值f发送给脉冲信号生成模块和SVPWM模块；
所述直轴电压确定模块用于在脉冲加热模式下根据脉冲电流大小请求值Ireq查询电流-电压表，得到直轴电压请求值Ud，并将直轴电压请求值Ud发送给Park逆变换模块；其中，所述电流-电压表为脉冲电流大小请求值与直轴电压请求值的对应关系表；
所述Park逆变换模块用于在脉冲加热模式下根据电机转子位置信号，对直轴电压请求值Ud和预设的交轴电压Uq进行Park逆变换，得到α轴电压矢量Uα和β轴电压矢量Uβ，并将α轴电压矢量Uα和β轴电压矢量Uβ发送给SVPWM模块；其中，该预设的交轴电压Uq=0；
所述脉冲信号生成模块用于在脉冲加热模式下根据脉冲电流频率请求值f生成一个周期为1/f的脉冲信号，并将该脉冲信号发送给SVPWM模块；其中，该脉冲信号一个周期内的前1/2f时间为高电平、后1/2f时间为低电平；
所述SVPWM模块用于在脉冲加热模式下根据α轴电压矢量Uα、β轴电压矢量Uβ和脉冲电流频率请求值f，生成六个功率开关的初始脉宽调制信号，并对所述初始脉宽调制信号和所述脉冲信号进行与运算，将与运算的结果作为所述六个功率开关的实际脉宽调制信号，再根据所述实际脉宽调制信号控制所述六个功率开关的通断；其中，所述初始脉宽调制信号的周期为1/2f，所述实际脉宽调制信号的周期为1/f。
4.根据权利要求3所述的动力电池加热系统，其特征在于：
若收到脉冲加热开启请求，且车辆处于高压驻车状态，且不存在脉冲加热故障，则表示满足脉冲加热进入条件；
若收到脉冲加热关闭请求，或者车辆行驶，或者出现脉冲加热故障，则表示满足脉冲加热退出条件。
5.根据权利要求3或4所述的动力电池加热系统，其特征在于：
电池管理系统（2）实时监测动力电池的温度和SOC；当动力电池的温度小于预设的加热启动温度T1，且动力电池的SOC值大于预设的加热启动SOC值SOC1时，电池管理系统（2）将脉冲加热开启请求和动力电池的温度发送给控制系统（3）；当动力电池的温度大于或等于预设的加热停止温度T2，或者动力电池的SOC值小于或等于预设的加热停止SOC值SOC2时，电池管理系统（2）将脉冲加热关闭请求发送给控制系统（3）；
控制系统（3）收到脉冲加热开启请求后，在判断出车辆处于高压驻车状态，且不存在脉冲加热故障时，控制系统（3）根据动力电池的温度确定脉冲电流频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq，并将脉冲电流频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq发送给所述控制模块，并控制水泵（6）工作；
控制系统（3）在收到脉冲加热关闭请求，或者判断出车辆行驶或出现脉冲加热故障时，控制系统（3）使脉冲电流频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq为零，并控制水泵（6）关闭。
6.根据权利要求5所述的动力电池加热系统，其特征在于：所述控制系统（3）根据动力电池的温度确定脉冲电流频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq的方式为：
控制系统（3）根据动力电池的温度查询温度-频率-电流表，得到所述脉冲电流频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq；其中，所述温度-频率-电流表为动力电池的温度与脉冲电流频率请求值、脉冲电流大小请求值的对应关系表。
7.根据权利要求6所述的动力电池加热系统，其特征在于：所述控制系统（3）控制水泵（6）工作的具体方式为：
设在电机控制器（41）内的温度传感器与控制系统（3）连接，将检测的电机控制器温度发送给控制系统，设在三相电机（42）内的温度传感器与控制系统（3）连接，将检测的三相电机的定子温度发送给控制系统；
控制系统（3）将动力电池的温度与电机控制器温度之差、动力电池的温度与定子温度之差中的较大值作为温差参考值△T，控制系统（3）根据温差参考值△T查询温差-转速表，得到水泵（6）的转速n，控制系统（3）控制水泵（6）按照所述转速n运转；其中，所述温差-转速表为温差参考值与水泵的转速的对应关系表。
8.一种电动汽车，其特征在于：包括如权利要求3至7任一项所述的动力电池加热系统。
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