CN113183826A - 基于母线谐振的电池加热方法、装置及车辆 - Google Patents

基于母线谐振的电池加热方法、装置及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及汽车电池技术领域，尤其涉及一种基于母线谐振的电池加热方法、装置及车辆。所述方法包括：接收电池加热指令并控制电机控制器的所有桥臂关断；获取母线电压信息、电机的三相电流信息与电机的转子位置信息；比较所述三相电流信息和预设加热电流信息，并根据比较结果输出发波电压，根据所述发波电压以及所述转子位置信息生成三相电脉冲宽度调制信息；根据所述三相电脉冲宽度调制信息对所述桥臂进行控制，以对电池进行加热本发明在不改变整车电气拓扑结构的前提下，利用现有拓扑结构，通过母线谐振策略，使得电机三相电流必须经过母线电源路径进行续流，使得流经电池的母线电流有效值尽量大，快速加热电池。

Description

基于母线谐振的电池加热方法、装置及车辆
技术领域
本发明涉及汽车电池技术领域，尤其涉及一种基于母线谐振的电池加热方法、装置及车辆。
背景技术
动力锂电池具有能量密度高、可循环充电等优点，被广泛应用于新能源汽车、消费电子、储能系统等领域中。但低温环境下锂电池的性能会恶化，因此，为了提高锂电池低温时性能，需要在低温环境下为电池进行加热。
目前已有的电池加热技术分两类：①利用外部热源对电池加热，具体方案是利用冷却介质将电控电机发热传导至电池；但利用外部热源进行电池加热存在如下缺陷：加热效率低，热量在冷却介质回路中损失严重；电机电控存在过温失效风险。②利用内部热源对电池加热，具体方案是利用电流流过电池内阻产生热量。而现有的利用电池内阻进行加热的方案存在如下缺陷：传统正常电气拓扑中，现有专利产生的母线电流小，加热功率低；且加热过程中电机电控产生扭矩，从而产生很大噪声；也有专利提出变更整车电气拓扑结构，从而提高电池加热过程中母线电流幅值的方法，但该种变更会增加额外硬件成本，不利于整车经济性、普遍性。
另一方面，传统空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)发波过程中存在零矢量V0(0，0，0)和V7(1，1，1)(备注：0表示该相下桥臂导通，上桥臂关断；1表示该相上桥臂导通，下桥臂关断)会使得电机三相电流经过反并联二极管和其他相导通桥臂进行续流，此时电流在电机和电控内部环流，不会流入(出)电池，无法利用电池内阻进行加热。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于母线谐振的电池加热方法、装置及车辆，旨在解决现有技术中电池加热效率低的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于母线谐振的电池加热方法，所述方法包括：
接收电池加热指令并控制电机控制器的所有桥臂关断；
获取母线电压信息、电机的三相电流信息与电机的转子位置信息；
比较所述三相电流信息和预设加热电流信息，并根据比较结果输出发波电压；
根据所述发波电压以及所述转子位置信息生成三相电脉冲宽度调制信息；
根据所述三相电脉冲宽度调制信息对所述桥臂进行控制，以对电池进行加热。
可选地，所述获取母线电压信息、电机的三相电流信息与电机的转子位置信息的步骤之后，还包括：
在所述母线电压对应的波动幅值小于或等于预设母线电压波动幅值时，增加或者保持所述预设加热电流。
可选地，所述获取母线电压信息、电机的三相电流信息与电机的转子位置信息的步骤之后，还包括：
在所述母线电压对应的波动幅值大于预设母线电压波动幅值时，降低所述预设加热电流，直至所述母线电压对应的波动幅值小于或者等于预设母线电压波动幅值。
可选地，所述在所述母线电压对应的波动幅值大于预设母线电压波动幅值时，降低所述预设加热电流，直至所述母线电压对应的波动幅值小于或者等于预设母线电压波动幅值的步骤之前，还包括：
获取所述母线电压在每个周期内的最大电压值与最小电压值的差值，将所述差值作为所述母线电压对应的波动幅值。
可选地，所述接收电池加热指令并控制电机控制器的所有桥臂关断的步骤之后，还包括：
检测电机控制器、电机和电池的当前谐振频率，并根据所述当前谐振频率确定预设母线电压波动幅值。
可选地，所述接收电池加热指令并控制电机控制器的所有桥臂关断的步骤，具体包括：
在接收到电池加热指令时，获取有效占空比信息；
取消零矢量，并在发送完所述有效占空比信息后控制电机控制器的所有桥臂关断，使电流回流至母线。
可选地，所述比较所述三相电流信息和预设加热电流信息，并根据比较结果输出发波电压的步骤，具体包括：
获取预设周期内的三相电流峰值及预设加热电流，并根据所述三相电流峰值与预设加热电流计算发波电压；
所述根据所述发波电压以及所述转子位置信息生成三相电脉冲宽度调制信息的步骤，具体包括：
根据母线电压信息和所述转子位置信息计算桥臂的导通时间；
将所述导通时间及所述发波电压作为三相电脉冲宽度调制信息。
可选地，所述根据母线电压信息和所述转子位置信息计算桥臂的导通时间的步骤，具体包括：
根据转子位置信息获取基本矢量导通比例；
根据电机控制器对应的预设控制周期以及所述基本矢量导通比例确定对应的桥臂的导通时间。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种基于母线谐振的电池加热装置，所述装置包括：
指令接收模块，用于接收电池加热指令并控制电机控制器的所有桥臂关断；
参数获取模块，用于获取母线电压信息、电机的三相电流信息与电机的转子位置信息；
反馈补偿模块，用于比较所述三相电流信息和预设加热电流信息，并根据比较结果输出发波电压，还用于根据所述发波电压以及所述转子位置信息生成三相电脉冲宽度调制信息；
脉宽调制模块，用于根据所述三相电脉冲宽度调制信息对所述桥臂进行控制，以对电池进行加热。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种车辆，包括电机控制器、电机和电池，其特征在于，还包括所述电机控制器通过采用如上所述的基于母线谐振的电池加热方法对电池进行加热。
本发明通过接收电池加热指令并控制电机控制器的所有桥臂关断；获取母线电压信息、电机的三相电流信息与电机的转子位置信息；比较所述三相电流信息和预设加热电流信息，并根据比较结果输出发波电压；根据所述发波电压以及所述转子位置信息生成三相电脉冲宽度调制信息；根据所述三相电脉冲宽度调制信息对所述桥臂进行控制，以对电池进行加热。本发明在不改变整车电气拓扑结构的前提下，利用现有电池、电控、电机及其母线，取消零矢量，发送完有效占空比后，所有桥臂均关管，使得电机三相电流必须经过母线电源路径进行续流，从而保证流经电池的母线电流有效值尽量大，从而产生大量母线电流，流过电池，能够快速加热电池。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的电子设备的结构示意图；
图2为本发明基于母线谐振的电池加热方法第一实施例的流程示意图；
图3为本发明基于母线谐振的电池加热方法一实施例的整车三电拓扑结构框图；
图4为本发明基于母线谐振的电池加热方法一实施例的电压波动外环及相电流峰值内环的控制框图；
图5为本发明基于母线谐振的电池加热方法一实施例的基本矢量扇区分布示意图；
图6为本发明基于母线谐振的电池加热方法一实施例的电控发波函数示意图；
图7为本发明基于母线谐振的电池加热方法一实施例的三相UVW桥臂PWM信号及载波信号示意图；
图8为本发明基于母线谐振的电池加热方法第二实施例的流程示意图；
图9为本发明基于母线谐振的电池加热装置第一实施例的结构框图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
100 电池 300 电控
200 强电线束 400 电机
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的电子设备结构示意图。
如图1所示，该电子设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(WIreless-FIdelity，WI-FI)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)存储器，也可以是稳定的非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对电子设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及基于母线谐振的电池加热程序。
在图1所示的电子设备中，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明电子设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在电子设备中，所述电子设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的基于母线谐振的电池加热程序，并执行本发明实施例提供的基于母线谐振的电池加热方法。
本发明实施例提供了一种基于母线谐振的电池加热方法，参照图2，图2为本发明一种基于母线谐振的电池加热方法第一实施例的流程示意图。
本实施例中，所述基于母线谐振的电池加热方法包括以下步骤：
步骤S10：接收电池加热指令并控制电机控制器的所有桥臂关断。
需要说明的是，本实施例的执行主体为整车三电系统中的电控，参考图3，图3为本发明基于母线谐振的电池加热方法一实施例的整车三电拓扑结构框图。
所述整车三电系统至少包括电池100、强电线束200、电控300、电机400(具体实施中，还可以根据需要设置更多器件，本实施例并不限制)。所述电池100的输出端与所述电控300的输入端连接，所述电控300的输出端与所述电机400的输入端连接，所述电机400、所述电控300之间通过所述强电线束200连接。电池100作为高压电源，提供整车驱动能量；强电线束200(即母线)连接电池100与电控300，形成电流回路；电控300驱动电机400，将电能转换机械能，驱动整车运行。
需要说明的是，电池加热在整车静止状态进行，因此加热过程中电机不能产生转矩(或产生平均值为零的高频脉动转矩)。根据永磁同步电机电压及电磁转矩公式，如下公式(1)：
Figure BDA0003067389040000061
Figure BDA0003067389040000062
应当理解的是，该公式基于dq坐标系，也即，将永磁同步电机的定子的三相电流投影到随着转子旋转的直轴(d轴，主极(电磁磁场d)的轴线)，交轴(q轴，与直轴垂直(电枢磁场q)的轴线)与垂直于dq平面的零轴(0轴)上去。其中，Te为电磁转矩，ud为定子在d轴上的电压，uq为定子在q轴上的电压，ω为电机转速，单位rad/s；Rs为定子电阻，id为定子在d轴上的电流，iq为定子在q轴上的电流，Ld为定子绕组在d轴的电感，Lq为定子绕组在q轴的电感，Ψ为定子磁链(电流回路所链环的磁通量)。
由上述公式(1)可知，在静止状态时，为了不产生转矩，则需要使iq为0，id产生的有效值较大。则，控制发波电压为±Ud无q轴分量电压Uq，在静止状态下ω＝0(转速，单位rad/s)，只产生id，满足电池加热需求。
进一步地，为实现母线谐振以进行电池加热，步骤S10具体包括：在接收到电池加热指令时，获取有效占空比信息；取消零矢量，并在发送完所述有效占空比信息之后控制电机控制器的所有桥臂关断，使电流回流至母线。
易于理解的是，所述电池加热指令可以由用户发送，或在用户启动车辆时，由车辆控制器自动向整车三电系统发送。在接受到电池加热指令时，根据预设参数(如上预设发热电流)获取有效占空比信息，并根据有效占空比信息生成对应的脉冲宽度调整信号，取消零矢量，发送完有效占空比后，所有桥臂均关管，使得电机三相电流必须经过母线电源路径进行续流，形成母线谐振。上述操作，使得流经电池的母线电流有效值尽量大，能够进行电池加热。
需要说明的是，实际过程中，由于整车电气参数存在差异，谐振点也会随着期间老化发生偏移，另一方面，需要控制流过电控内电容和电池的电流大小，防止局部过温损坏器件。因此，本实施例在母线谐振的基础上提出了通过双闭环策略(电压波动抑制外环、相电流峰值控制内环)，对整个电池加热过程进行闭环控制。
步骤S20：获取母线电压信息、电机的三相电流信息与电机的转子位置信息。
需要说明的是，为有效采集谐振状态的整车三电系统的实际电气参数，本实施例中采用双次采样单次发波模式，第一周期发﹢Ud，第二周期发-Ud，每周期双次采样，通过该方法，每个电池加热发波周期(±Ud)内，进行四次电压采样，保证能采集到电压波动。
进一步地，为获取到母线谐振控制过程中的初始参数，步骤S10之后还包括：检测电机控制器、电机和电池的当前谐振频率，并根据所述当前谐振频率确定预设母线电压波动幅值。
需要说明的是，具体实施中，当整车三电系统处于谐振或接近谐振状态时，无法从采样到的电机的当前三相电流来估算流过电池、电容的实际电流。但谐振时电池线缆支路、电容支路和逆变器支路的节点电压也会产生波动，该波动幅值能在一定程度上反应母线谐振程度(即流过电池、电容的电流大小)，整车三电系统(电机、电控、电池)谐振时母线电压存在同频率波动，当电流由电池流向电机时，节点电压下降；当电流由电机流向电池时，节点电压上升。因此，整车三点系统的当前谐振频率可以反映母线电压的波动幅度。本实施例通过采集整车三电系统的当前谐振频率，并根据所述当前谐振频率确定预设母线波动幅值。具体实施中，预设母线波动幅值为加热过程中所需的初始参数。获取所述母线电压在每个周期内的最大电压值与最小电压值的差值，将所述差值作为所述母线电压对应的波动幅值。初始参数设置过程在母线谐振过程中仅实施一次，仅在接收到电池加热指令之后实施。
易于理解的是，检测检测电机控制器、电机和电池的当前谐振频率的方式可以为扫频。
进一步地，在具体实施中，还可能存在母线电压波动过大时，说明谐振严重，对应流过电池和电容的电流大，需要抑制谐振现象；所述步骤S20之后还包括：在所述母线电压对应的波动幅值大于预设母线电压波动幅值时，降低所述预设加热电流，直至所述母线电压对应的波动幅值小于或者等于预设母线电压波动幅值。
进一步地，在所述母线电压对应的波动幅值小于或等于预设母线电压波动幅值时，增加或者保持所述预设加热电流。
具体地，参考图4，图4为本发明基于母线谐振的电池加热方法一实施例的电压波动外环及相电流峰值内环的控制框图。
需要说明的是，参考图4，通过采样得到当前母线电压Udc、整车电机的当前三相电流Iuvw。根据当前母线电压Udc得到当前母线电压对应的波动幅值UAC，所述外环积分环节判断所述当前母线电压对应的波动幅值UAC是否大于预设母线电压波动幅值。若大于，则生成抑制电流Iderate，对预设发热电流Icmd进行抑制，具体地是降低整车三电系统的当前导通时间，生成电流内环指令电流I*Peak；具体实施中，若小于或等于，则不进行抑制。
根据整车电机的当前三相电流Iuvw，取其最大绝对值，得到峰值三相电流Ipeak，利用电流内环指令电流I*Peak与三相电流峰值Ipeak进行负反馈闭环控制，调解占空比d*，根据载频(等于三电系统谐振频率的二倍，因为两个载波周期组成一个完成电池加热发波周期)和占空比进行±Ud发波。
应当理解的是，电压波动外环目的是用来限制母线电压波动量，防止电压过高损坏器件；另一方面，相电流峰值内环目的是控制电机控制器的发波电压。
步骤S30：比较所述三相电流信息和预设加热电流信息，并根据比较结果输出发波电压，根据所述发波电压以及所述转子位置信息生成三相电脉冲宽度调制信息。
易于理解的是，若所述当前母线电压对应的波动幅值小于或等于预设母线电压波动幅值，则直接获取三相电脉冲宽度调制信息；若所述当前母线电压对应的波动幅值大于预设母线电压波动幅值，则进行抑制后再获取三相电脉冲宽度调制信息。
应当理解的是，电流峰值内环根据上述预设发热电流和反馈电流计算得到发波电压，其中反馈电流是一段时间内(两个载波周期，一个完整电池加热发波周期，分为两个载波周期，第一周期发﹢Ud，第二周期发-Ud)的三相电流峰值。所述三相电流峰值可以根据所述当前三相电流获取。
进一步地，当母线电压波动过大时，说明谐振严重，对应流过电池和电容的电流大，需要抑制谐振现象，此时电压波动外环动作，产生抑制电流指令，叠加在预设发热电流指令上，使得预设发热电流下降。内环与外环控制相互作用，循环执行。
步骤S40：根据所述三相电脉冲宽度调制信息对所述桥臂进行控制，以对电池进行加热。
应当理解的是，获取到三相电脉冲宽度调制信息可以驱动三相电机产生对应的电流，从而激发母线谐振现象，在产生较大母线电流的同时不产生电磁转矩，实现整车静止状态下电池加热。
需要说明的是，在电池达到预设温度时，停止进行电池加热；在电池未达到预设温度时，循环执行步骤S20至步骤S40。
本实施例在不改变整车电气拓扑结构的前提下，利用现有电池、电控、电机及其母线，取消零矢量，发送完有效占空比后，所有桥臂均关管，使得电机三相电流必须经过母线电源路径进行续流，从而保证流经电池的母线电流有效值尽量大，从而产生大量母线电流，流过电池，能够快速加热电池。
参考图8，图8为本发明基于母线谐振的电池加热方法第二实施例的流程示意图。基于上述第一实施例，本实施例基于母线谐振的电池加热方法在所述步骤S30，具体包括：
步骤S31：获取预设周期内的三相电流峰值及预设加热电流，并根据所述三相电流峰值与预设加热电流计算发波电压；
易于理解的是，所述发波电压为进行母线谐振时，所述三相电机对应的发波电压。
步骤S32：根据母线电压信息和所述转子位置信息计算桥臂的导通时间；
进一步地，为准确获取各相导通时间，步骤S32具体包括：根据转子位置信息获取基本矢量导通比例；根据电机控制器对应的预设控制周期以及所述基本矢量导通比例确定对应的桥臂的导通时间。
需要说明的是，参考图5，图5为本发明基于母线谐振的电池加热方法一实施例的基本矢量扇区分布示意图；
计算扇区及扇区内夹角，扇区Sector为当前转子位置(转子当前位置与初始转子位置相差的角度)除以60°的商数，扇区内夹角θin为当前转子位置除以60°的余数。根据扇区内夹角θin按照如下公式(2)计算基本矢量比例。基本电压矢量(V1，V2，…)合成目标电压矢量Vx，满足
Figure BDA0003067389040000101
两种基本矢量导通比例分别为d1和d2。，且满公式(2)的约束条件。
Figure BDA0003067389040000102
d1+d2＝1
其中，d1、d2分别为两种基本矢量的导通比例。将电角度θin带入公式(2)，可解得两种基本矢量的导通比例。
进一步地，参考如下公式(3)：。
Figure BDA0003067389040000111
上述d1、d2乘电控的整车电控对应的预设控制周期Prd得到对应两种基本矢量的导通时间T1、T2，剩余桥臂关断时间T0＝Prd-T1-T2。
进一步地，根据正负周期(各相导通时间)及扇区信息计算电控三相UVW的电压输出；
设置双次采样单次发波模式，在正周期(+Ud)内三相六桥臂产生PWM均右侧对齐，在负周期(-Ud)内所有桥臂产生PWM左侧对齐。对于正/负周期内三相六桥臂可分为常通(AO，Always Open)、常关(AC，Always Close)、部分导通(PO，Partial Open)三组桥臂。
参考图6，图7，图6为本发明基于母线谐振的电池加热方法一实施例的电控发波函数示意图；图7为本发明基于母线谐振的电池加热方法一实施例的三相UVW桥臂PWM信号及载波信号示意图(需要说明的是，图7中V1～V4的深浅仅为区别各信号线，并不限制图表具体颜色)；
进一步地，在第一扇区内，U相AO；V相PO；W相AC，在其他扇区时，需要根据当前转子位置θ，将AO、AC、PO三组桥臂映射至U、V、W三相。
参考如下表1：
表1扇区映射关系
θ U V W
(0°，60°) AO PO AC
(60°，120°) PO AO AC
(120°，180°) AC AO PO
(180°，240°) AC PO AO
(240°，300°) PO AC AO
(300°，360°) AO AC PO
表1是正周期时扇区映射关系，对于负周期可将扇区号+3取余得到对应的扇区，同时需要注意正周期右对齐，负周期左对齐。
进一步地，参考如下表2，表2是正负周期三组桥臂的导通时间，其中DT是死区时间，Max是T0+T1+T2+DT，UH代表U相上桥臂，UL对应U相下桥臂，以此类推至V相和W相。
需要说明的是电控发波函数实现如图6所示功能，根据表2传递的延时Delay和导通时间Duty进行PWM输出，最终产生的三相UVW桥臂PWM信号及载波信号如图7所示。
表2正负周期三支桥臂的导通时间
Figure BDA0003067389040000121
步骤S33：将所述各相导通时间及所述发波电压作为三相电脉冲宽度调制信息。
应当理解的是，获取上述信息后，根据上述信息生成对应的三相电脉冲宽度调制信号，以控制电机三相电流，激发母线谐振现象，在产生较大母线电流的同时不产生电磁转矩，实现整车静止状态下电池加热。
为实现上述目的，本发明还提出一种基于母线谐振的电池加热装置，参考图9，图9为本发明基于母线谐振的电池加热装置第一实施例的结构框图。
所述装置包括：
指令接收模块10，用于接收电池加热指令并控制电机控制器的所有桥臂关断。
参考图3，图3为本发明基于母线谐振的电池加热方法一实施例的整车三电拓扑结构框图。
所述整车三电系统至少包括电池100、强电线束200、电控300、电机400(具体实施中，还可以根据需要设置更多器件，本实施例并不限制)。所述电池100的输出端与所述电控300的输入端连接，所述电控300的输出端与所述电机400的输入端连接，所述电机400、所述电控300之间通过所述强电线束200连接。电池100作为高压电源，提供整车驱动能量；强电线束200(即母线)
Figure BDA0003067389040000131
Figure BDA0003067389040000132
连接电池100与电控300，形成电流回路；电控300驱动电机400，将电能转换机械能，驱动整车运行。
需要说明的是，电池加热在整车静止状态进行，因此加热过程中电机不能产生转矩(或产生平均值为零的高频脉动转矩)。根据永磁同步电机电压及电磁转矩公式，如下公式(1)：
应当理解的是，该公式基于dq坐标系，也即，将永磁同步电机的定子的三相电流投影到随着转子旋转的直轴(d轴，主极(电磁磁场d)的轴线)，交轴(q轴，与直轴垂直(电枢磁场q)的轴线)与垂直于dq平面的零轴(0轴)上去。其中，Te为电磁转矩，ud为定子在d轴上的电压，uq为定子在q轴上的电压，ω为电机转速，单位rad/s；Rs为定子电阻，id为定子在d轴上的电流，iq为定子在q轴上的电流，Ld为定子绕组在d轴的电感，Lq为定子绕组在q轴的电感，Ψ为定子磁链(电流回路所链环的磁通量)。
由上述公式(1)可知，在静止状态时，为了不产生转矩，则需要使iq为0，id产生的有效值较大。则，控制发波电压为±Ud无q轴分量电压Uq，在静止状态下ω＝0(转速，单位rad/s)，只产生id，满足电池加热需求。
进一步地，为实现母线谐振以进行电池加热，步骤S10：具体包括：在接收到电池加热指令时，获取有效占空比信息；取消零矢量，并在发送完所述有效占空比信息之后控制电机控制器的所有桥臂关断，使电流回流至母线。
易于理解的是，所述电池加热指令可以由用户发送，或在用户启动车辆时，由车辆控制器自动向整车三电系统发送。在接受到电池加热指令时，根据预设参数(如上预设发热电流)获取有效占空比信息，并根据有效占空比信息生成对应的脉冲宽度调整信号，取消零矢量，发送完有效占空比后，所有桥臂均关管，使得电机三相电流必须经过母线电源路径进行续流，形成母线谐振。上述操作，使得流经电池的母线电流有效值尽量大，能够进行电池加热。
需要说明的是，实际过程中，由于整车电气参数存在差异，谐振点也会随着期间老化发生偏移，另一方面，需要控制流过电控内电容和电池的电流大小，防止局部过温损坏器件。因此，本实施例在母线谐振的基础上提出了通过双闭环策略(电压波动抑制外环、相电流峰值控制内环)，对整个电池加热过程进行闭环控制。
参数获取模块20，用于获取母线电压信息、电机的三相电流信息与电机的转子位置信息。
需要说明的是，为有效采集谐振状态的整车三电系统的实际电气参数，本实施例中采用双次采样单次发波模式，第一周期发﹢Ud，第二周期发-Ud，每周期双次采样，通过该方法，每个电池加热发波周期(±Ud)内，进行四次电压采样，保证能采集到电压波动。
进一步地，为获取到母线谐振控制过程中的初始参数，参数获取模块20，用于检测电机控制器、电机和电池的当前谐振频率，并根据所述当前谐振频率确定预设母线电压波动幅值。
需要说明的是，具体实施中，当整车三电系统处于谐振或接近谐振状态时，无法从采样到的电机的当前三相电流来估算流过电池、电容的实际电流。但谐振时电池线缆支路、电容支路和逆变器支路的节点电压也会产生波动，该波动幅值能在一定程度上反应母线谐振程度(即流过电池、电容的电流大小)，整车三电系统(电机、电控、电池)谐振时母线电压存在同频率波动，当电流由电池流向电机时，节点电压下降；当电流由电机流向电池时，节点电压上升。因此，整车三点系统的当前谐振频率可以反映母线电压的波动幅度。本实施例通过采集整车三电系统的当前谐振频率，并根据所述当前谐振频率确定预设母线波动幅值。具体实施中，预设母线波动幅值为加热过程中所需的初始参数。初始参数设置过程在母线谐振过程中仅实施一次，仅在接收到电池加热指令之后实施。
进一步地，在具体实施中，还可能存在母线电压波动过大时，说明谐振严重，对应流过电池和电容的电流大，需要抑制谐振现象；所述步骤S20之后还包括：在所述母线电压对应的波动幅值大于预设母线电压波动幅值时，降低所述预设加热电流，直至所述母线电压对应的波动幅值小于或者等于预设母线电压波动幅值。
具体地，参考图4，图4为本发明基于母线谐振的电池加热方法一实施例的电压波动外环及相电流峰值内环的控制框图。
需要说明的是，参考图4，通过采样得到当前母线电压Udc、整车电机的当前三相电流Iuvw。根据当前母线电压Udc得到当前母线电压对应的波动幅值UAC，所述外环积分环节判断所述当前母线电压对应的波动幅值UAC是否大于预设母线电压波动幅值。若大于，则生成抑制电流Iderate，对预设发热电流Icmd进行抑制，具体地是降低整车三电系统的当前导通时间，生成电流内环指令电流I*Peak；具体实施中，若小于或等于，则不进行抑制。
根据整车电机的当前三相电流Iuvw，取其最大绝对值，得到峰值三相电流Ipeak，利用电流内环指令电流I*Peak与三相电流峰值Ipeak进行负反馈闭环控制，调解占空比d*，根据载频(等于三电系统谐振频率的二倍，因为两个载波周期组成一个完成电池加热发波周期)和占空比进行±Ud发波。
应当理解的是，电压波动外环目的是用来限制母线电压波动量，防止电压过高损坏硬件；另一方面，相电流峰值内环目的是控制电控发波电压。
反馈补偿模块30，用于在所述当前母线电压对应的波动幅值小于或等于预设母线电压波动幅值时，根据所述当前三相电流、所述预设发热电流以及所述当前转子位置获取三相电脉冲宽度调制信息。
易于理解的是，若所述当前母线电压对应的波动幅值小于或等于预设母线电压波动幅值，则直接获取三相电脉冲宽度调制信息；若所述当前母线电压对应的波动幅值大于预设母线电压波动幅值，则进行抑制后再获取三相电脉冲宽度调制信息。
应当理解的是，电流峰值内环根据上述预设发热电流和反馈电流计算得到发波电压，其中反馈电流是一段时间内(两个载波周期，一个完整电池加热发波周期，分为两个载波周期，第一周期发﹢Ud，第二周期发-Ud)的三相电流峰值。所述三相电流峰值可以根据所述当前三相电流获取。
进一步地，当母线电压波动过大时，说明谐振严重，对应流过电池和电容的电流大，需要抑制谐振现象，此时电压波动外环动作，产生抑制电流指令，叠加在预设发热电流指令上，使得预设发热电流下降。内环与外环控制相互作用，循环执行。
脉宽调制模块40，用于根据所述三相电脉冲宽度调制信息对所述桥臂进行控制，以对电池进行加热。
应当理解的是，获取到三相电脉冲宽度调制信息可以驱动三相电机产生对应的电流，从而激发母线谐振现象，在产生较大母线电流的同时不产生电磁转矩，实现整车静止状态下电池加热。
需要说明的是，在电池达到预设温度时，停止进行电池加热；在电池未达到预设温度时，循环执行母线谐振控制过程。
本实施例在不改变整车电气拓扑结构的前提下，利用现有电池、电控、电机及其母线，取消零矢量，发送完有效占空比后，所有桥臂均关管，使得电机三相电流必须经过母线电源路径进行续流，从而保证流经电池的母线电流有效值尽量大，从而产生大量母线电流，流过电池，能够快速加热电池。
此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有基于母线谐振的电池加热程序，所述基于母线谐振的电池加热程序被处理器执行如上文所述的基于母线谐振的电池加热方法的步骤。
由于本存储介质采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
应当理解的是，以上仅为举例说明，对本发明的技术方案并不构成任何限定，在具体应用中，本领域的技术人员可以根据需要进行设置，本发明对此不做限制。
需要说明的是，以上所描述的工作流程仅仅是示意性的，并不对本发明的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。
另外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的基于母线谐振的电池加热方法，此处不再赘述。
此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器(Read Only Memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于母线谐振的电池加热方法，其特征在于，所述方法包括：
接收电池加热指令并控制电机控制器的所有桥臂关断；
获取母线电压信息、电机的三相电流信息与电机的转子位置信息；
比较所述三相电流信息和预设加热电流信息，并根据比较结果输出发波电压；
根据所述发波电压以及所述转子位置信息生成三相电脉冲宽度调制信息；
根据所述三相电脉冲宽度调制信息对所述桥臂进行控制，以对电池进行加热。
2.如权利要求1所述的基于母线谐振的电池加热方法，其特征在于，所述获取母线电压信息、电机的三相电流信息与电机的转子位置信息的步骤之后，还包括：
在所述母线电压对应的波动幅值小于或等于预设母线电压波动幅值时，增加或者保持所述预设加热电流。
3.如权利要求2所述的基于母线谐振的电池加热方法，其特征在于，所述获取母线电压信息、电机的三相电流信息与电机的转子位置信息的步骤之后，还包括：
在所述母线电压对应的波动幅值大于预设母线电压波动幅值时，降低所述预设加热电流，直至所述母线电压对应的波动幅值小于或者等于预设母线电压波动幅值。
4.如权利要求3所述的基于母线谐振的电池加热方法，其特征在于，所述获取母线电压信息、电机的三相电流信息与电机的转子位置信息的步骤之后，还包括：
获取所述母线电压在每个周期内的最大电压值与最小电压值的差值，将所述差值作为所述母线电压对应的波动幅值。
5.如权利要求1所述的基于母线谐振的电池加热方法，其特征在于，所述接收电池加热指令并控制电机控制器的所有桥臂关断的步骤之后，还包括：
检测电机控制器、电机和电池的当前谐振频率，并根据所述当前谐振频率确定预设母线电压波动幅值。
6.如权利要求1所述的基于母线谐振的电池加热方法，其特征在于，所述接收电池加热指令并控制电机控制器的所有桥臂关断的步骤，具体包括：
在接收到电池加热指令时，获取有效占空比信息；
取消零矢量，并在发送完所述有效占空比信息之后控制电机控制器的所有桥臂关断，使电流回流至母线。
7.如权利要求2所述的基于母线谐振的电池加热方法，其特征在于，所述比较所述三相电流信息和预设加热电流信息，并根据比较结果输出发波电压的步骤，具体包括：
获取预设周期内的三相电流峰值及预设加热电流，并根据所述三相电流峰值与预设加热电流计算发波电压；
所述根据所述发波电压以及所述转子位置信息生成三相电脉冲宽度调制信息的步骤，具体包括：
根据母线电压信息和所述转子位置信息计算桥臂的导通时间；
将所述导通时间及所述发波电压作为三相电脉冲宽度调制信息。
8.如权利要求7所述的基于母线谐振的电池加热方法，其特征在于，所述根据母线电压信息和所述转子位置信息计算桥臂的导通时间的步骤，具体包括：
根据转子位置信息获取基本矢量导通比例；
根据电机控制器对应的预设控制周期以及所述基本矢量导通比例确定对应的桥臂的导通时间。
9.一种基于母线谐振的电池加热装置，其特征在于，所述装置包括：
指令接收模块，用于接收电池加热指令并控制电机控制器的所有桥臂关断；
参数获取模块，用于获取母线电压信息、电机的三相电流信息与电机的转子位置信息；
反馈补偿模块，用于比较所述三相电流信息和预设加热电流信息，并根据比较结果输出发波电压，还用于根据所述发波电压以及所述转子位置信息生成三相电脉冲宽度调制信息；
脉宽调制模块，用于根据所述三相电脉冲宽度调制信息对所述桥臂进行控制，以对电池进行加热。
10.一种车辆，包括电机控制器、电机和电池，其特征在于，还包括所述电机控制器通过采用权利要求1至8任一项所述的基于母线谐振的电池加热方法对电池进行加热。
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