CN114079400A - 电机控制电路、车辆及电池自热控制方法 - Google Patents

电机控制电路、车辆及电池自热控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电机控制电路、车辆及电池自热控制方法，电池自热控制方法包括：接收电池加热命令，根据判断信号控制电池进入第一加热模式或第二加热模式；在第一加热模式下，第一开关模块断开、第三开关模块断开以及第二开关模块吸合，双向逆变器的上、下桥臂交替导通；在第二加热模式下，第一开关模块断开、第二开关模块吸合以及第三开关模块吸合，双向逆变器的上、下桥臂交替导通。本发明提供的电机控制电路在双向逆变器和各个开关模块的配合作用下具备两种电池加热方式，电池自热控制方法可以根据电池的温度以及车辆使用场景，对电池高效加热，有效降低整车开发成本，简化模块，降低开发难度。

Description

电机控制电路、车辆及电池自热控制方法
技术领域
本发明一般涉及电池加热技术领域，具体涉及一种电机控制电路、车辆及电池自热控制方法。
背景技术
由于资源、能源与环境等诸多问题，新能源的发展日益受到重视，而电池，尤其是锂电池作为新能源载体已经成为一种趋势，更多地用于电动汽车等。但是，新能源汽车受限于锂电池低温活性低的特性，为了保护电池一般选择在低温下小电流充电的策略，造成用户感受不好，约束了新能源汽车的使用范围。
传统的给电池加热方式多采用水加热方案，效率低；而现有的电池自加热方式包括：一种是使用电池自加热模块，需要增加一个控制器、一个大电感、一个大电容和一个单独的泄放回路，成本高且器件利用率不高；另一种是电池通过双向逆变电机控制器对电网充放电以实现自加热，需要连接交流充电桩，使用场景受到限制。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种电机控制电路、车辆及电池自热控制方法。
第一方面，本发明提供一种电机控制电路，包括：电机绕组、双向逆变器、滤波电感模块、滤波电容模块、第一储能电容、第二储能电容、第一开关模块、第二开关模块以及第三开关模块；
所述双向逆变器的正极汇流端与电池的正极相连，所述双向逆变器的负极汇流端与所述电池的负极相连；
所述第一储能电容的第一端与所述电池的正极相连，所述第一储能电容的第二端与所述第二储能电容的第一端相连，所述第二储能电容的第二端与所述电池的负极相连；
所述双向逆变器经所述第一开关模块与所述电机绕组相连，所述双向逆变器与所述滤波电感模块相连，所述滤波电感模块与所述滤波电容模块相连，所述滤波电容模块经所述第二开关模块与所述第一储能电容的第二端相连，所述滤波电感模块经所述第三开关模块与交流供电设备相连；
所述双向逆变器用于根据工作模式运行指令使得所述电机控制电路运行相应的工作模式，所述工作模式包括电机驱动模式、电池充电模式以及电池加热模式，所述电池加热模式包括第一加热模式和第二加热模式；
在所述第一加热模式下，所述第一开关模块和所述第三开关模块断开，所述第二开关模块吸合，通过所述双向逆变器的上、下桥臂交替导通，使所述电池与所述滤波电容模块进行充电和放电，以实现所述电池的加热；
在所述第二加热模式下，所述第一开关模块断开，所述第二开关模块和所述第三开关模块吸合，通过所述双向逆变器的上、下桥臂交替导通，使所述电池与所述交流供电设备进行充电和放电，以实现所述电池的加热。
优选的，所述双向逆变器包括三相桥臂，所述滤波电感模块包括三个滤波电感，所述滤波电容模块包括三个滤波电容；
每相桥臂的上、下桥臂的中点通过所述第一开关模块与所述电机绕组相连，所述三个滤波电感的一端分别与各相桥臂的中点一一对应连接，所述三个滤波电感的另一端分别与所述三个滤波电容的一端一一对应连接，所述三个滤波电容的另一端均与所述第一储能电容的第二端相连。
第二方面，本发明提供一种电池自热控制方法，基于上述电机控制电路，所述控制方法包括：
接收电池加热命令；
根据判断信号控制所述电池进入第一加热模式或第二加热模式；
在所述第一加热模式下，第一开关模块断开、第三开关模块断开以及第二开关模块吸合，双向逆变器的上、下桥臂交替导通；
在所述第二加热模式下，第一开关模块断开、第二开关模块吸合以及第三开关模块吸合，双向逆变器的上、下桥臂交替导通。
优选的，在所述接收电池加热命令后，所述电池自热控制方法还包括：
检测并判断所述电机控制电路是否连接交流供电设备，生成相应的判断信号。
优选的，所述根据判断信号控制所述电池进入第一加热模式或第二加热模式包括：
若所述电机控制电路未连接所述交流供电设备，则控制所述电池进入第一加热模式；
若所述电机控制电路连接所述交流供电设备，则控制所述电池进入第二加热模式。
优选的，在所述接收电池加热命令后，所述电池自热控制方法还包括：
检测并判断所述电机控制电路是否连接交流供电设备；
若所述电机控制电路连接所述交流供电设备，检测并判断所述电池的温度是否超过预设温度值，生成相应的判断信号。
优选的，所述根据判断信号控制所述电池进入第一加热模式或第二加热模式包括：
若所述电机控制电路未连接所述交流供电设备，且所述电池的温度超过所述预设温度，则控制所述电池进入所述第一加热模式；
若所述电机控制电路连接所述交流供电设备，且所述电池的温度不超过所述预设温度，则控制所述电池进入第二加热模式。
优选的，所述双向逆变器的上、下桥臂交替导通包括：所述双向逆变器的三相桥臂的上桥臂同时导通，或，所述双向逆变器的三相桥臂的下桥臂同时导通。
第三方面，本发明还提供一种车辆，包括上述电机控制电路。
与现有技术相比，本发明提供的电机控制电路具有电池自热功能，一种方式通过外接交流供电设备，电池与交流供电设备进行充放电，实现电池的加热；另一方式在电池与滤波电容模块进行充放电，实现电池的加热。相应的，电池自热控制方法可以根据电池的温度(即对加热功率的需求)以及车辆使用场景(即有无交流供电设备，如交流充电桩)，在两种加热方式之间切换，有效降低整车开发成本，简化模块，降低开发难度。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一实施例提供的电机控制电路的示意图；
图2为本发明一实施例提供的第一加热模式下的第一电流流向图；
图3为本发明一实施例提供的第一加热模式下的第二电流流向图；
图4为本发明一实施例提供的第一加热模式下的第三电流流向图；
图5为本发明一实施例提供的第一加热模式下的第四电流流向图；
图6为本发明一实施例提供的电池自热控制方法的流程图；
图7为本发明另一实施例提供的电池自热控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明实施例提供一种电机控制电路，包括：电机绕组1和电机控制器2，电机控制器2包括双向逆变器21、滤波电感模块L、滤波电容模块C2、第一储能电容C1、第二储能电容C3、第一开关模块K3、第二开关模块K4以及第三开关模块K5；
双向逆变器21的正极汇流端与电池3的正极相连，双向逆变器21的负极汇流端与电池3的负极相连；
第一储能电容C1的第一端与电池3的正极相连，第一储能电容C1的第二端与第二储能电容C3的第一端相连，第二储能电容C3的第二端与电池3的负极相连；
双向逆变器21经第一开关模块K3与电机绕组1相连，双向逆变器21与滤波电感模块L相连，滤波电感模块L与滤波电容模块C2相连，滤波电容模块C2经第二开关模块K4与第一储能电容C1的第二端相连，滤波电感模块L经第三开关模块K5与交流供电设备4相连；
双向逆变器21用于根据工作模式运行指令使得电机控制电路运行相应的工作模式，工作模式包括电机驱动模式、电池充电模式以及电池加热模式，电池加热模式包括第一加热模式和第二加热模式；
在第一加热模式下，第一开关模块和第三开关模块K5断开，第二开关模块K4吸合，通过双向逆变器21的上、下桥臂交替导通，使电池与滤波电容模块进行充电和放电，以实现电池的加热；
在第二加热模式下，第一开关模块断开，第二开关模块K4和第三开关模块K5吸合，通过双向逆变器21的上、下桥臂交替导通，使电池与交流供电设备进行充电和放电，以实现电池的加热。
该实施例中，交流供电设备可以是交流充电桩或者电网。在第一电池模式下，利用电机控制器中的滤波电感模块L以及滤波电容模块C2储能，通过双向逆变器工作，实现电池对滤波电容模块C2快速反复的充放电(也即对电池充放电)，电池内部形成震荡电流，由于电池内阻的存在，电池内阻不断做功，最终以热能的形式表现，会使电池自身产生大量的热，致使电池升温，实现电池的加热；在第二加热模式下，电机控制器工作，实现交流供电设备对电池充放电，使得电池内阻生热，从而加热电池。
进一步地，双向逆变器21包括至少一相桥臂，优选地，在三相交流电路中，双向逆变器21包括三相桥臂，三相桥臂的上、下桥臂的连接点通过第一开关模块K3与电机绕组1相连；
滤波电感模块L包括三个滤波电感，滤波电容模块C2包括三个滤波电容，三个滤波电感的一端分别与各相桥臂的中点一一对应连接，三个滤波电感的另一端分别与三个滤波电容的一端一一对应连接，三个滤波电容的另一端均与第一储能电容C1的第二端相连。
每相桥臂的上桥臂和下桥臂均包括一个功率开关单元，功率开关单元可以是晶体管、IGBT、MOS管等器件类型或其组合。在具体实施例中，功率开关单元包括一个功率开关器件及其并联的一个续流二极管，优选功率开关器件为IGBT。
该实施例中，优选双向逆变器为三相三桥臂逆变器，由六个IGBT按照三相三桥臂的组合方式构成，每一个IGBT并联有一个续流二极管。该实施例中每个IGBT并联一个续流二极管简称为IGBT单元，参照图1，双向逆变器21的上桥臂包括第一IGBT单元VT1、第三IGBT单元VT3、第五IGBT单元VT5，三相三桥臂逆变器的下桥臂包括第二IGBT单元VT2、第四IGBT单元VT4、第六IGBT单元VT6。
第一IGBT的源极、第三IGBT的源极、第五IGBT的源极和第一储能电容C1的第一端均与电池的正极相连，第二IGBT的漏极、第四IGBT的漏极、第六IGBT的漏极和第二储能电容C3的第二端均与电池的负极相连，第一IGBT的漏极与第二IGBT的源极相连，第三IGBT的漏极与第四IGBT的源极相连，第五IGBT的漏极与第六IGBT的源极相连，且第一IGBT的漏极、第三IGBT的漏极与第五IGBT的漏极分别对应连接一个滤波电感。
相应的，第一开关模块K3、第二开关模块K4和第三开关模块K5分别为三相接触器；滤波电感模块L包括三个滤波电感，双向逆变器的每相桥臂的上、下桥臂的连接点连接一个滤波电感；滤波电容模块C2包括三个滤波电容，每个滤波电感连接一个滤波电容。
进一步地，第一储能电容C1的第一端与电池3的正极之间设有电池开关模块；和/或，第二储能电容C2的第二端与电池3的负极之间设有电池开关模块，其中，在电池加热模式下，电池开关模块闭合。
如图1所示，在第一储能电容C1的第一端与电池3的正极之间以及第二储能电容C2的第二端与电池3的负极之间均设有电池开关模块。该实施例中，与电池正极相连的电池开关模块称为正极开关模块K1，与电池负极相连的电池开关模块称为负极开关模块K2，优选该电池开关模块为接触器。
为进一步清晰阐释电池加热方式，以第一加热模式为例，具体介绍加热电池的过程。在第一加热模式下，利用电机控制器中的双向逆变器、滤波电感模块、滤波电容模块实现电池加热，可包括如下四种状态：
第一种状态：如图2所示，双向逆变器的上桥臂闭合，双向逆变器的下桥臂断开，电流由电池正极和第一储能电容C1第一端流出，经过第一IGBT单元VT1、第三IGBT单元VT3、第五IGBT单元VT5后，流入滤波电感模块L，再流到滤波电容模块C2，然后经过第二开关模块K4电流回流至第一储能电容C1和电池的负极。该过程中，电池对外放电，使得滤波电容模块C2的电压不断升高。
第二种状态：如图3所示，双向逆变器的上桥臂断开，双向逆变器的下桥臂闭合，电流由滤波电感模块L流出，经过滤波电容模块C2、第二开关模块K4、第二储能电容C3，然后分别经过第二IGBT单元VT2、第四IGBT单元VT4、第六IGBT单元VT6至滤波电感模块L，电流不断减小，且滤波电容模块C2电压不断升高，待电流降为零时，滤波电容模块C2电压达到最大值。同时由于电池输出电流减小，所以电池两端电压升高，会继续向第一储能电容C1充电，随着第一储能电容C1电压的升压，电流也逐渐减小。
第三种状态：如图4所示，双向逆变器的上桥臂断开，双向逆变器的下桥臂闭合，电流由滤波电感模块L流出，分别经过第二IGBT单元VT2、第四IGBT单元VT4、第六IGBT单元VT6，经过第三储能电容C3、第二开关模块K4，流至滤波电容模块C2的第二端，流向滤波电感模块L，滤波电容模块C2电压不断下降，电流也不断增大。同时由于电池输出电流减小，所以电池两端电压升高，会继续向第一储能电容C1充电，随着第一储能电容C1电压的升压，电流也逐渐减小。
第四种状态：如图5所示，双向逆变器的下桥臂断开，双向逆变器的上桥臂闭合，电流由电容C2正极流出，经过滤波电感模块L，再分别经过第一IGBT单元VT1、第三IGBT单元VT3、第五IGBT单元VT5，流至第一储能电容C1第一端和电池正极，最后回流至滤波电容模块C2的第二端。
在第一加热模式下，第一开关模块、第三开关模块断开，第二开关模块吸合，通过双向逆变器的上、下桥臂的交替导通，使电池与滤波电容模块进行充电和放电，实现电池的加热。
区别于第一加热模式，在第二加热模式下第三开关模块的状态切换为吸合，第一开关模块保持断开，第二开关模块保持吸合，通过双向逆变器的上、下桥臂的交替导通，使电池与交流供电设备进行充电和放电，实现电池的加热。上述实施例提供的电机控制电路，具有电池自热功能，可根据加热功率、有无接入交流供电设备的情况，利用电机控制器对电池自加热，或者利用交流供电设备对电池加热，从而灵活切换加热方式，有效降低整车开发成本，简化模块，降低开发难度。
另外，基于上述电机控制电路，第一开关模块吸合、第二开关模块断开且第三开关模块断开，通过双向逆变器的上、下桥臂的交替导通，从而驱动电机运转。
本发明实施例还提供一种车辆，包括上述电机控制电路。包含上述电机控制电路的车辆可实现对电池的高效加热，根据应用情况灵活地选择加热电池的模式，降低整车开发成本，简化模块，降低开发难度。
基于上述电机控制电路，本发明实施例提供一种电池自热控制方法，如图6所示，该控制方法包括：
步骤S110，接收电池加热命令；
步骤S130，根据判断信号控制电池进入第一加热模式或第二加热模式；
在第一加热模式下，第一开关模块断开、第三开关模块断开以及第二开关模块吸合，双向逆变器的上、下桥臂交替导通；
在第二加热模式下，第一开关模块断开、第二开关模块吸合以及第三开关模块吸合，双向逆变器的上、下桥臂交替导通。
该实施例中，电池在第一加热模式下，电池与滤波电容模块进行充电和放电，以实现电池的加热；电池在第二加热模式下，电池与交流供电设备进行充电和放电，以实现电池的加热。
进一步地，在接收电池加热命令后，该电池自热控制方法还包括：
步骤S120，检测并判断电机控制电路是否连接交流供电设备，生成相应的判断信号。
进一步地，根据判断信号控制电池进入第一加热模式或第二加热模式包括：
若电机控制电路未连接交流供电设备，则控制电池进入第一加热模式；
若电机控制电路连接交流供电设备，则控制电池进入第二加热模式。
进一步地，双向逆变器的上、下桥臂交替导通包括：双向逆变器的三相桥臂的上桥臂同时导通，或，双向逆变器的三相桥臂的下桥臂同时导通。这样的工作方式使得电流通过三相桥臂更均衡，在加热功率一定时，防止某一相桥臂的电流过大，提高双向逆变器的使用寿命。
该实施例中，在步骤S110和步骤S120之间，该电池自热控制方法还包括：
向电池开关模块发送吸合控制信号，控制电池开关模块吸合；
判断双向逆变器是否故障，即检测每个功率开关器件以及与其并联的续流二极管是否故障。
在双向逆变器无故障的情况下，进行步骤S120。
本实施例提供的电池自热控制方法，优选由电池管理模块接收整车控制器发送的电池加热命令，并进行后续一系列的判断、控制指令。
在第一加热模式和第二加热模式下，均可通过双向逆变器中上、下桥臂交替导通，实现双向逆变，对电池充放电，电池内阻生热，从而实现对电池的加热。
基于上述电机控制电路，本发明另一实施例提供一种电池自热控制方法，如图3所示，该控制方法包括：
步骤S110，接收电池加热命令；
步骤S130，根据判断信号控制电池进入第一加热模式或第二加热模式；
在第一加热模式下，第一开关模块断开、第三开关模块断开以及第二开关模块吸合，双向逆变器的上、下桥臂交替导通；
在第二加热模式下，第一开关模块断开、第二开关模块吸合以及第三开关模块吸合，双向逆变器的上、下桥臂交替导通。
该实施例中，电池在第一加热模式下，电池与滤波电容模块进行充电和放电，以实现电池的加热；电池在第二加热模式下，电池与交流供电设备进行充电和放电，以实现电池的加热。
进一步地，在接收电池加热命令后，电池自热控制方法还包括：
步骤S120，检测并判断电机控制电路是否连接交流供电设备；
步骤S122，若电机控制电路连接交流供电设备，检测并判断电池的温度是否超过预设温度值，生成相应的判断信号。
进一步地，根据判断信号控制电池进入第一加热模式或第二加热模式包括：
若电机控制电路未连接交流供电设备，且电池的温度超过预设温度，则控制电池进入第一加热模式；
若电机控制电路连接交流供电设备，且电池的温度不超过预设温度，则控制电池进入第二加热模式。
该实施例中，在电机控制电路连接交流供电设备的情况下，进一步判断电池的温度情况，若电池的温度不超过预设温度值，则表明需要大功率加热，接入交流供电设备；若电池的温度超出预设温度值，则表明不需要大功率加热，则可以利用电机控制器中的滤波电容模块对电池充放电，实现电池的加热。
进一步地，双向逆变器的上、下桥臂交替导通包括：双向逆变器的三相桥臂的上桥臂同时导通，或，双向逆变器的三相桥臂的下桥臂同时导通。这样的工作方式使得电流通过三相桥臂更均衡，在加热功率一定时，防止某一相桥臂的电流过大，提高双向逆变器的使用寿命。
该实施例中，在步骤S110和步骤S120之间，该电池自热控制方法还包括：
向电池开关模块发送吸合控制信号，控制电池开关模块吸合；
判断双向逆变器是否故障，即检测每个功率开关器件以及与其并联的续流二极管是否故障。
在双向逆变器无故障的情况下，进行步骤S120。
本实施例提供的电池自热控制方法，优选由电池管理模块接收整车控制器发送的电池加热命令，并进行后续一系列的判断、控制指令。
在第一加热模式和第二加热模式下，均可通过双向逆变器中上、下桥臂交替导通，实现双向逆变，对电池充放电，电池内阻生热，从而实现对电池的加热。
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种电机控制电路，其特征在于，包括：电机绕组、双向逆变器、滤波电感模块、滤波电容模块、第一储能电容、第二储能电容、第一开关模块、第二开关模块以及第三开关模块；
所述双向逆变器的正极汇流端与电池的正极相连，所述双向逆变器的负极汇流端与所述电池的负极相连；
所述第一储能电容的第一端与所述电池的正极相连，所述第一储能电容的第二端与所述第二储能电容的第一端相连，所述第二储能电容的第二端与所述电池的负极相连；
所述双向逆变器经所述第一开关模块与所述电机绕组相连，所述双向逆变器与所述滤波电感模块相连，所述滤波电感模块与所述滤波电容模块相连，所述滤波电容模块经所述第二开关模块与所述第一储能电容的第二端相连，所述滤波电感模块经所述第三开关模块与交流供电设备相连；
所述双向逆变器用于根据工作模式运行指令使得所述电机控制电路运行相应的工作模式，所述工作模式包括电机驱动模式、电池充电模式以及电池加热模式，所述电池加热模式包括第一加热模式和第二加热模式；
在所述第一加热模式下，所述第一开关模块和所述第三开关模块断开，所述第二开关模块吸合，通过所述双向逆变器的上、下桥臂交替导通，使所述电池与所述滤波电容模块进行充电和放电，以实现所述电池的加热；
在所述第二加热模式下，所述第一开关模块断开，所述第二开关模块和所述第三开关模块吸合，通过所述双向逆变器的上、下桥臂交替导通，使所述电池与所述交流供电设备进行充电和放电，以实现所述电池的加热。
2.根据权利要求1所述的电机控制电路，其特征在于，所述双向逆变器包括三相桥臂，所述滤波电感模块包括三个滤波电感，所述滤波电容模块包括三个滤波电容；
每相桥臂的上、下桥臂的中点通过所述第一开关模块与所述电机绕组相连，所述三个滤波电感的一端分别与各相桥臂的中点一一对应连接，所述三个滤波电感的另一端分别与所述三个滤波电容的一端一一对应连接，所述三个滤波电容的另一端均与所述第一储能电容的第二端相连。
3.一种电池自热控制方法，其特征在于，基于如权利要求1或2所述的电机控制电路，所述控制方法包括：
接收电池加热命令；
根据判断信号控制所述电池进入第一加热模式或第二加热模式；
在所述第一加热模式下，第一开关模块断开、第三开关模块断开以及第二开关模块吸合，双向逆变器的上、下桥臂交替导通；
在所述第二加热模式下，第一开关模块断开、第二开关模块吸合以及第三开关模块吸合，双向逆变器的上、下桥臂交替导通。
4.根据权利要求3所述的电池自热控制方法，其特征在于，在所述接收电池加热命令后，所述电池自热控制方法还包括：
检测并判断所述电机控制电路是否连接交流供电设备，生成相应的判断信号。
5.根据权利要求4所述的电池自热控制方法，其特征在于，所述根据判断信号控制所述电池进入第一加热模式或第二加热模式包括：
若所述电机控制电路未连接所述交流供电设备，则控制所述电池进入第一加热模式；
若所述电机控制电路连接所述交流供电设备，则控制所述电池进入第二加热模式。
6.根据权利要求3所述的电池自热控制方法，其特征在于，在所述接收电池加热命令后，所述电池自热控制方法还包括：
检测并判断所述电机控制电路是否连接交流供电设备；
若所述电机控制电路连接所述交流供电设备，检测并判断所述电池的温度是否超过预设温度值，生成相应的判断信号。
7.根据权利要求6所述的电池自热控制方法，其特征在于，所述根据判断信号控制所述电池进入第一加热模式或第二加热模式包括：
若所述电机控制电路未连接所述交流供电设备，且所述电池的温度超过所述预设温度，则控制所述电池进入所述第一加热模式；
若所述电机控制电路连接所述交流供电设备，且所述电池的温度不超过所述预设温度，则控制所述电池进入第二加热模式。
8.根据权利要求3所述的电池自热控制方法，其特征在于，所述双向逆变器的上、下桥臂交替导通包括：所述双向逆变器的三相桥臂的上桥臂同时导通，或，所述双向逆变器的三相桥臂的下桥臂同时导通。
9.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的电机控制电路。
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