CN113948797B - 一种利用电机加热电池包的控制方法及系统 - Google Patents

一种利用电机加热电池包的控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用电机加热电池包的控制方法，包括获取电池包电芯温度，若电芯温度小于预设的温度阈值，计算电芯温度和温度阈值的温差，根据温差确定电池包需求加热量，并向整车管理系统发送模拟信号，根据模拟信号确定电机需求转矩，并通过标准电流曲线，确定需求交轴电流和需求直轴电流，根据需求交轴电流控制交轴电流分量，以使实际交轴电流输出为0，实际直轴电流与需求直轴电流相等，电机运转，将电机定子绕组发热产生的热量通过热交换系统对电池包进行加热，直到电芯温度达到温度阈值。本发明根据电池包加热量的大小实时调节交轴电流分量，控制交轴电流，实现车辆静止时电机零扭矩输出，同时利用车辆的热交换系统对电池包进行加热。

Description

一种利用电机加热电池包的控制方法及系统
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，特别涉及一种利用电机加热电池包的控制方法及系统。
背景技术
随着石油资源的日益枯竭，新能源汽车得到了全球范围内汽车厂商和相关技术人员的广泛关注，尤其是近些年随着新能源汽车产业的不断发展，新能源汽车技术也得到了足够的进步。动力电池作为新能源汽车的核心部件，为驱动电机提供动力能源的同时向所有电子器件提供能源，因此动力电池的性能直接决定了整车的续航里程。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。但是，电池包易受到温度影响而无法正常运行，因此需要对电池包加热。现有技术中涉及两种加热方法，一是使用PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数，在车辆上指车辆加热器)加热电池包；二是利用电机给电池包加热，即通过电机堵转产生的热量先给冷却液加热，冷却液再给电池包加热。其中，第一种加热方法需要额外添加PCT设备，极大增加了成本；第二种方法不仅会加快电机永磁体退磁，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，同时热量易被冷却液转移到其他地方，使得加热效率慢，能耗偏大。
发明内容
本发明提供了一种利用电机加热电池包的控制方法，通过修改电机控制算法就能实现利用电机主动加热电池包，根据电池包需求加热量的大小实时调节交轴电流分量，控制交轴电流输出为0，实现车辆处于静止状态时电机零扭矩输出，同时将电机运转产生的热量通过车辆车辆热交换系统给电池包加热，能够实现实时调节，控制精确。
本发明的技术方案为：
一种利用电机加热电池包的控制方法，包括：
获取电池包电芯温度，若电芯温度小于预设的温度阈值，计算电芯温度和温度阈值的温差；
根据温差确定电池包需求加热量，并向整车管理系统发送模拟信号；
根据模拟信号确定电机需求转矩，并通过标准电流曲线，确定需求交轴电流和需求直轴电流；
根据需求交轴电流控制交轴电流分量，以使实际交轴电流输出为0，实际直轴电流与需求直轴电流相等；
电机运转，将电机定子绕组发热产生的热量通过热交换系统对电池包进行加热，直到电芯温度达到温度阈值。
优选的是，温度阈值根据电池包的温度特性进行实车标定获得。
优选的是，需求加热量根据温差、冷却液温度和冷却液流量，利用预置的热量需求表，查找得到对应的需求加热量。
优选的是，模拟信号根据电芯温度和温度阈值，利用预置的系统参数对照表，查找得到。
优选的是，系统参数对照表包括：
档位信号为P档，根据电池包由初始温度加热到预设温度阈值时所需加热量进行整车标定；
记录系统运行参数，生成温度-系统参数关系曲线。
优选的是，模拟信号包括模拟油门踏板开度信号、电池电压信号和模拟档位信号；
系统运行参数包括车速、油门踏板开度和电机输出转矩。
优选的是，标准电流曲线根据最大转矩电流比和转达转矩电压比曲线进行标定获得。
优选的是，电流分量通过如下计算得到：
其中，Iq0表示电流分量，K表示系数，δf表示电机的磁链，Te*表示电机扭矩。
优选的是，系数通过标定得到，系数的标定过程包括：
根据预设的电池包的需求加热量确定电机需求转矩、需求交轴电流和需求直轴电流；
驱动电机运转，实时的记录电机的磁链；
调整系数的大小使电流分量与需求交轴电流大小相等且相位相反，得到系数与磁链的关系曲线。
一种利用电机加热电池包的系统，采用上述利用电机加热电池包的控制方法，包括：
三相逆变器；
三相交流电机，其与三相逆变器的三相桥臂连接；
电池管理系统，其能够采集电池包电芯温度；
电机控制器模块，其连接电池管理系统和三相逆变器，能够根据电池包电芯温度和预设的温度阈值，得到需求加热量，并调节交轴电流和直轴电流，产生控制三相逆变器的电压，产生交变的三相电流；
整车热交换系统，其能够将三相交流电机产生的热量通过热交换给电池包加热。
本发明的有益效果是：
本发明通过修改电机控制算法就能实现利用电机主动加热电池包，在原有电机控制系统的基础上仅增加电流调节模块，并根据电池包加热量的大小实时调节交轴电流分量，控制交轴电流输出为0，实现车辆处于静止状态时电机零扭矩输出，利用车辆的整车热管理回路实现将电机定子的发热量通过整车热管理回路传递给电池包，够实现电池包加热量的实时调节、精准控制。
附图说明
图1为本发明提供的一种利用电机加热电池包的控制方法流程图。
图2为本发明的一个实施例中最大转矩电流比和转达转矩电压比曲线图。
图3为本发明提供的一种利用电机加热电池包的控制系统框架图。
图4为本发明的一个实施例中利用电机加热电池包的控制方法流程图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。
“内”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种利用电机加热电池包的控制方法，包括：
S110、获取电池包电芯温度，若电芯温度小于预设的温度阈值，计算电芯温度和温度阈值的温差。
具体的，温度阈值根据电池包的温度特性进行实车标定获得。
S120、根据温差确定电池包需求加热量，并向整车管理系统发送模拟信号。
具体的，电池包需求加热量可以根据实际的三电系统台架或整车进行标定获取，在标定的过程中根据温差、冷却液温度和冷却液流量来获得电池包加热量的大小，在具体的应用中可以通过查表的方式来获取电池包需求加热量。
模拟信号为虚拟信号指令，包括模拟油门踏板开度信号、电池电压信号、模拟档位信号等。
在实际应用中可根据特定温度的电池包加热到预设温度阈值时所需加热量来进行整车标定获得，在整车标定的过程中由于车辆是在静止状态下给电池包进行加热，所以此时的模拟档位信号为P档。整车标定过程中需要记录车速、油门踏板开度以及电机输出转矩。在电池包加热的过程中电池包的温度在不断提高，根据电池包需求加热量不断的发送模拟信号，直到电池包温度升高到预设阈值，则停止发送模拟信号。
S130、根据模拟信号确定电机需求转矩，并通过标准电流曲线，确定需求交轴电流和需求直轴电流。
具体的，标准电流曲线根据最大转矩电流比和转达转矩电压比曲线进行标定获得。
在一个具体实施例中，最大转矩电流比和转达转矩电压比曲线如图2所示，电机在实际的运行过程中交轴电流、直轴电流按照最大转矩电流比和转达转矩电压比曲线能保证电机在实际的运行过程中按照最大的效率运行。
S140、根据需求交轴电流控制交轴电流分量，以使实际交轴电流输出为0，实际直轴电流与需求直轴电流相等。
通过需求交轴电流计算出交轴电流分量，交轴电流分量与需求交轴电流具有大小相等，相位相反的特点，可以完全抵消掉交轴电流，从而间接实现交轴电流输出为0的控制，保证车辆在静止时给电池包加热的过程中电机零扭矩输出。直轴电流则保持为原来的大小输出。
具体的，电流分量通过如下计算得到：
其中，Iq0表示电流分量，K表示系数，δf表示电机的磁链，Te*表示电机扭矩。
具体的，系数通过标定得到，系数的标定过程包括：
根据预设的电池包的需求加热量确定电机需求转矩、需求交轴电流和需求直轴电流；
驱动电机运转，实时的记录电机的磁链；
调整系数的大小使电流分量与需求交轴电流大小相等且相位相反，得到系数与磁链的关系曲线。
S150、电机运转，将电机定子绕组发热产生的热量通过热交换系统对电池包进行加热，直到电芯温度达到温度阈值。
作为一种优选，模拟信号根据电芯温度和温度阈值，利用预置的系统参数对照表，查找得到。
具体的，系统参数对照表包括：
档位信号为P档，根据电池包由初始温度加热到预设温度阈值时所需加热量进行整车标定；
记录系统运行参数，生成温度-系统参数关系曲线。
其中，系统运行参数包括车速、油门踏板开度和电机输出转矩。
如图3所示，一种利用电机加热电池包的系统，包括三相逆变器110、三相交流电机120、电池管理系统130、电机控制器模块140和整车热交换系统150。
三相交流电机120与三相逆变器的三相桥臂连接，电池管理系统130能够采集电池包电芯温度，电机控制器模块140连接电池管理系统130和三相逆变器110，能够根据电池包电芯温度和预设的温度阈值，得到需求加热量，并调节交轴电流和直轴电流，产生控制三相逆变器110的电压，产生交变的三相电流，整车热交换系统150能够将三相交流电机产生的热量通过热交换给电池包加热。
在一个具体实施例中，一种利用电机加热电池包的控制方法如图4所示，
通过电池管理系统采集到的电池包电芯温度T与加热预设温度阈值Tj进行比较，若T＜Tj，则判定需要给电池包加热，电机控制模块发出模拟信号，若T≥Tj，则无需给电池包加热，电机控制模块处于正常工作状态。
根据模拟信号确定扭矩请求信号Te，根据需求扭矩Te确定需求交轴电流Iq和需求直轴电流Id。
根据确定的扭矩请求信号Te和交轴电流Iq计算出交轴电流负分量Iq0，使交轴电流输出为0，而直轴电流则继续保持为原来的状态。
通过控制三相逆变器的开关来控制三相电流，使电机的定子绕组发热。将电机产生的热量通过整车的冷却回路传递给电池包，对电池包进行加热。
以上内容仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不脱离本发明的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (9)

1.一种利用电机加热电池包的控制方法，其特征在于，包括：
获取电池包电芯温度，若所述电芯温度小于预设的温度阈值，计算所述电芯温度和所述温度阈值的温差；
根据所述温差确定电池包需求加热量，并向整车管理系统发送模拟信号；
根据所述模拟信号确定电机需求转矩，并通过标准电流曲线，确定需求交轴电流和需求直轴电流；
根据所述需求交轴电流控制交轴电流分量，以使实际交轴电流输出为0，实际直轴电流与需求直轴电流相等；
所述电流分量通过如下计算得到：
其中，Iq0表示电流分量，K表示系数，δf表示电机的磁链，Te*表示电机扭矩；
电机运转，将电机定子绕组发热产生的热量通过热交换系统对所述电池包进行加热，直到所述电芯温度达到温度阈值。
2.如权利要求1所述的利用电机加热电池包的控制方法，其特征在于，所述温度阈值根据所述电池包的温度特性进行实车标定获得。
3.如权利要求2所述的利用电机加热电池包的控制方法，其特征在于，所述需求加热量根据所述温差、冷却液温度和冷却液流量，利用预置的热量需求表，查找得到对应的需求加热量。
4.如权利要求3所述的利用电机加热电池包的控制方法，其特征在于，所述模拟信号根据所述电芯温度和所述温度阈值，利用预置的系统参数对照表，查找得到。
5.如权利要求4所述的利用电机加热电池包的控制方法，其特征在于，所述系统参数对照表包括：
档位信号为P档，根据电池包由初始温度加热到预设温度阈值时所需加热量进行整车标定；
记录系统运行参数，生成温度-系统参数关系曲线。
6.如权利要求5所述的利用电机加热电池包的控制方法，其特征在于，
所述模拟信号包括模拟油门踏板开度信号、电池电压信号和模拟档位信号；
所述系统运行参数包括车速、油门踏板开度和电机输出转矩。
7.如权利要求6所述的利用电机加热电池包的控制方法，其特征在于，所述标准电流曲线根据最大转矩电流比和转达转矩电压比曲线进行标定获得。
8.如权利要求1所述的利用电机加热电池包的控制方法，其特征在于，所述系数通过标定得到，所述系数的标定过程包括：
根据预设的电池包的需求加热量确定电机需求转矩、需求交轴电流和需求直轴电流；
驱动电机运转，实时的记录电机的磁链；
调整所述系数的大小使所述电流分量与所述需求交轴电流大小相等且相位相反，得到所述系数与所述磁链的关系曲线。
9.一种利用电机加热电池包的系统，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的利用电机加热电池包的控制方法，包括：
三相逆变器；
三相交流电机，其与所述三相逆变器的三相桥臂连接；
电池管理系统，其能够采集电池包电芯温度；
电机控制器模块，其连接所述电池管理系统和所述三相逆变器，能够根据所述电池包电芯温度和预设的温度阈值，得到需求加热量，并调节交轴电流和直轴电流，产生控制所述三相逆变器的电压，产生交变的三相电流；
整车热交换系统，其能够将所述三相交流电机产生的热量通过热交换给所述电池包加热。
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