CN114094901B - 一种动力电池脉冲加热过程中的电机转子位置控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动力电池脉冲加热过程中的电机转子位置控制方法，其以电机转子位置收敛在脉冲加热允许的位置范围内为目标导向，进行PI控制，如果PI控制失效会启用安全保护机制；最终表现为两种状态，其一为电机转子位置收敛在脉冲加热允许的位置范围内，其二为退出脉冲加热功能并上报故障；从而能避免脉冲加热频繁的起停对电机以及动力电池的寿命产生影响，保证车况安全。

Description

一种动力电池脉冲加热过程中的电机转子位置控制方法
技术领域
本发明属于动力电池加热技术领域，具体涉及一种动力电池脉冲加热过程中的电机转子位置控制方法。
背景技术
随着新能源汽车行业的高速发展，动力电池的发展更是得到各大厂家的高度重视。现今动力电池多采用锂电池，在低温环境下动力电池的充放电能力受限，因此需要加热动力电池。脉冲加热作为当今电池加热的新技术，其无需使用加热膜，实现了成本的降低，并且避免了加热过程中的持续充放电，有利于电池寿命；同时脉冲加热过程中电流大，电池加热速率可达到传统模式的3~4倍，并且电池处于高频充放电过程，耗电低。
在动力电池脉冲加热过程中，IGBT开关处于1周期PWM控制及1周期关管状态。当处于PWM控制时，高压回路产生脉冲电流，动力电池向电机电感充电；当处于关管状态时，电机电感进行放电，此时进入加热状态。在PWM控制过程中，理想状态下，没有交轴电流Iq（即Iq=0）输出，整个加热过程的电流输出仅存在直轴电流Id，实际状态下，由于旋变的采集精度与三相电流传感器的采集精度等系统误差存在，会在Q轴上产生一个非预期的电流分量，即非预期的交轴电流Iq。非预期的交轴电流Iq存在会产生一个驱动扭矩，导致电机转子位置向顺时针方向或逆时针方向或交替方向进行偏移，而电机转子位置偏移的幅度则取决于直轴电流Id的实际方向与D轴形成的角度大小。
在动力电池脉冲加热过程中，电机转子位置偏移带来的影响是负面的，且脉冲加热工作的一个充分条件就是电机转子位置需维持在限定位置范围（即脉冲加热允许的位置范围）之内，若电机转子偏移位置超出限定位置范围，将退出脉冲加热工作过程，此时脉冲加热电流将不再进行输出，电机转子位置偏移趋势减弱；若电机转子偏移位置重新回到限定位置范围之内，此时脉冲加热过程将会重新开始。脉冲加热频繁的起停会对电机以及动力电池的寿命产生影响，会影响车况安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种动力电池脉冲加热过程中的电机转子位置控制方法，以避免影响电机以及动力电池的寿命，避免影响车况安全。
本发明所述的动力电池脉冲加热过程中的电机转子位置控制方法，包括：
S1、设定PI控制作用频率与脉冲加热确定的IGBT开关频率一致，在IGBT处于关管周期时，PI控制使能，在IGBT处于开管周期时，PI控制不使能，然后执行S2；
S2、在开始脉冲加热时，获取电机转子初始位置，并将该电机转子初始位置作为PI控制调节目标值，然后执行S3；
S3、在脉冲加热过程中，获取电机转子当前位置，根据电机转子当前位置与电机转子初始位置，计算电机转子位置偏移量，然后执行S4；
S4、在PI控制使能时，将电机转子位置偏移量输入PI控制模块进行PI控制，再经限幅模块进行限幅处理后，得到交轴电压Uq的目标值，然后执行S5；
S5、将交轴电压Uq的目标值和脉冲加热确定的直轴电压Ud的目标值变换为α轴电压矢量Uα和β轴电压矢量Uβ，然后执行S6；
S6、将α轴电压矢量Uα、β轴电压矢量Uβ和脉冲加热确定的IGBT开关频率输入SVPWM模块，SVPWM模块计算三相电压的占空比，然后执行S7；
S7、在PI控制不使能时，SVPWM模块输出所述三相电压的占空比，控制电机工作，然后执行S8；
S8、将电机的三相电流变换为直轴电流Id和交轴电流Iq，直轴电流Id和交轴电流Iq作用于电机，交轴电流Iq调整电机转子位置，然后执行S9；
S9、判断电机转子位置偏移量是否大于预设的第一偏移量阈值，如果是，则执行S12，否则执行S10；
S10、判断电机转子位置偏移量是否大于预设的第二偏移量阈值且小于或等于预设的第一偏移量阈值，如果是，则返回执行S3，否则执行S11；
S11、判定电机转子位置收敛在脉冲加热允许的位置范围内，退出PI控制，使后续交轴电压Uq的目标值一直保持为前一周期确定的交轴电压Uq的目标值，然后结束；
S12、启用安全保护机制。
优选的，安全保护机制有三种。
启用第一种安全保护机制的步骤包括：
第一步、按照预设的第一梯度减小三相电压的占空比，然后执行第二步；
第二步、判断电机转子位置偏移量是否小于或等于预设的第二偏移量阈值，如果是，则执行第三步，否则执行第四步；
第三步、判定电机转子位置收敛在脉冲加热允许的位置范围内，使后续三相电压的占空比一直保持为前一周期确定的三相电压的占空比，然后结束；
第四步、判断三相电压的占空比是否大于预设的占空比阈值，如果是，则返回执行第一步，否则执行第五步；
第五步、退出脉冲加热功能并上报故障，然后结束。
启用第二种安全保护机制的步骤包括：
第一步、按照预设的第二梯度增大IGBT开关频率，然后执行第二步；
第二步、判断电机转子位置偏移量是否小于或等于预设的第二偏移量阈值，如果是，则执行第三步，否则执行第四步；
第三步、判定电机转子位置收敛在脉冲加热允许的位置范围内，使后续IGBT开关频率一直保持为前一周期确定的IGBT开关频率，然后结束；
第四步、判断IGBT开关频率是否小于预设的开关频率阈值，如果是，则返回执行第一步，否则执行第五步；
第五步、退出脉冲加热功能并上报故障，然后结束。
启用第三种安全保护机制的步骤包括：
第一步、按照预设的第一梯度减小三相电压的占空比，按照预设的第二梯度增大IGBT开关频率，然后执行第二步；
第二步、判断电机转子位置偏移量是否小于或等于预设的第二偏移量阈值，如果是，则执行第三步，否则执行第四步；
第三步、判定电机转子位置收敛在脉冲加热允许的位置范围内，使后续三相电压的占空比一直保持为前一周期确定的三相电压的占空比，使后续IGBT开关频率一直保持为前一周期确定的IGBT开关频率，然后结束；
第四步、判断是否三相电压的占空比大于预设的占空比阈值，且IGBT开关频率小于预设的开关频率阈值，如果是，则返回执行第一步，否则执行第五步；
第五步、退出脉冲加热功能并上报故障，然后结束。
本发明以电机转子位置收敛在脉冲加热允许的位置范围内为目标导向，进行PI控制，如果PI控制失效会启用安全保护机制；最终表现为两种状态，其一为电机转子位置收敛在脉冲加热允许的位置范围内，其二为退出脉冲加热功能并上报故障；从而避免了脉冲加热频繁的起停对电机以及动力电池的寿命产生影响，保证了车况安全。
附图说明
图1为实施例1中的电机转子位置控制流程图。
图2为实施例2中的电机转子位置控制流程图。
图3为实施例3中的电机转子位置控制流程图。
具体实施方式
实施例1：如图1所示，本实施例的动力电池脉冲加热过程中的电机转子位置控制方法，包括：
S1、设定PI控制作用频率与脉冲加热确定的IGBT开关频率一致，在IGBT处于关管周期时，PI控制使能，在IGBT处于开管周期时，PI控制不使能，然后执行S2。
S2、在开始脉冲加热时，获取电机转子初始位置，并将该电机转子初始位置作为PI控制调节目标值，然后执行S3。
S3、在脉冲加热过程中，获取电机转子当前位置，根据电机转子当前位置与电机转子初始位置，计算电机转子位置偏移量（即取电机转子当前位置与电机转子初始位置之差的绝对值），然后执行S4。
S4、在PI控制使能时，将电机转子位置偏移量输入PI控制模块进行PI控制，再经限幅模块进行限幅处理后，得到交轴电压Uq的目标值，然后执行S5。
S5、将交轴电压Uq的目标值和脉冲加热确定的直轴电压Ud的目标值通过PARK逆变换，获得α轴电压矢量Uα和β轴电压矢量Uβ，然后执行S6。
S6、将α轴电压矢量Uα、β轴电压矢量Uβ和脉冲加热确定的IGBT开关频率输入SVPWM模块，SVPWM模块计算三相电压的占空比，然后执行S7。
S7、在PI控制不使能时，SVPWM模块输出计算的三相电压的占空比，控制电机工作，然后执行S8。
S8、将电机的三相电流变换为直轴电流Id和交轴电流Iq（即先进行CLARK变换，将电机的三相电流变换为Iα、Iβ，再进行PARK变换，将Iα、Iβ变换为直轴电流Id和交轴电流Iq），直轴电流Id和交轴电流Iq作用于电机，交轴电流Iq调整电机转子位置，然后执行S9。
S9、判断电机转子位置偏移量是否大于预设的第一偏移量阈值，如果是，则执行S12，否则执行S10。
S10、判断电机转子位置偏移量是否大于预设的第二偏移量阈值且小于或等于预设的第一偏移量阈值，如果是，则返回执行S3，否则执行S11。其中，预设的第二偏移量阈值小于预设的第一偏移量阈值。
S11、判定电机转子位置收敛在脉冲加热允许的位置范围内，退出PI控制，使后续交轴电压Uq的目标值一直保持为前一周期确定的交轴电压Uq的目标值，然后结束。
S12、按照预设的第一梯度减小三相电压的占空比，然后执行S13。
S13、判断电机转子位置偏移量是否小于或等于预设的第二偏移量阈值，如果是，则执行S14，否则执行S15。
S14、判定电机转子位置收敛在脉冲加热允许的位置范围内，使后续三相电压的占空比一直保持为前一周期确定的三相电压的占空比，然后结束。
S15、判断三相电压的占空比是否大于预设的占空比阈值，如果是，则返回执行S12，否则执行S16。
S16、退出脉冲加热功能并上报故障，然后结束。
本实施例，在PI控制失效后，通过减小三相电压的占空比的方式来作为安全保护机制，进而可以降低非预期Iq的幅值，使电机转子位置偏移趋势减弱，逐渐收敛在脉冲加热允许的位置范围内。
实施例2：如图2所示，本实施例中动力电池脉冲加热过程中的电机转子位置控制方法的大部分步骤与实施例1相同，不同之处在于步骤S12至步骤S16，具体为：
S12、按照预设的第二梯度增大IGBT开关频率，然后执行S13。
S13、判断电机转子位置偏移量是否小于或等于预设的第二偏移量阈值，如果是，则执行S14，否则执行S15。
S14、判定电机转子位置收敛在脉冲加热允许的位置范围内，使后续IGBT开关频率一直保持为前一周期确定的IGBT开关频率，然后结束。
S15、判断IGBT开关频率是否小于预设的开关频率阈值，如果是，则返回执行S12，否则执行S16。
S16、退出脉冲加热功能并上报故障，然后结束。
本实施例，在PI控制失效后，通过增大IGBT开关频率的方式来作为安全保护机制，进而可以缩短非预期扭矩的作用时间，使电机转子位置偏移趋势减弱，逐渐收敛在脉冲加热允许的位置范围内。
实施例3：如图3所示，本实施例中动力电池脉冲加热过程中的电机转子位置控制方法的大部分步骤与实施例1相同，不同之处在于步骤S12至步骤S16，具体为：
S12、按照预设的第一梯度减小三相电压的占空比，按照预设的第二梯度增大IGBT开关频率，然后执行S13。
S13、判断电机转子位置偏移量是否小于或等于预设的第二偏移量阈值，如果是，则执行S14，否则执行S15。
S14、判定电机转子位置收敛在脉冲加热允许的位置范围内，使后续三相电压的占空比一直保持为前一周期确定的三相电压的占空比，使后续IGBT开关频率一直保持为前一周期确定的IGBT开关频率，然后结束。
S15、判断是否三相电压的占空比大于预设的占空比阈值，且IGBT开关频率小于预设的开关频率阈值，如果是，则返回执行S12，否则执行S16。
S16、退出脉冲加热功能并上报故障，然后结束。
本实施例，在PI控制失效后，通过减小三相电压的占空比和增大IGBT开关频率的方式来作为安全保护机制，进而可以降低非预期Iq的幅值、缩短非预期扭矩的作用时间，使电机转子位置偏移趋势减弱，逐渐收敛在脉冲加热允许的位置范围内。

Claims (4)

1.一种动力电池脉冲加热过程中的电机转子位置控制方法，其特征在于，该方法包括：
S1、设定PI控制作用频率与脉冲加热确定的IGBT开关频率一致，在IGBT处于关管周期时，PI控制使能，在IGBT处于开管周期时，PI控制不使能，然后执行S2；
S2、在开始脉冲加热时，获取电机转子初始位置，并将该电机转子初始位置作为PI控制调节目标值，然后执行S3；
S3、在脉冲加热过程中，获取电机转子当前位置，根据电机转子当前位置与电机转子初始位置，计算电机转子位置偏移量，然后执行S4；
S4、在PI控制使能时，将电机转子位置偏移量输入PI控制模块进行PI控制，再经限幅模块进行限幅处理后，得到交轴电压Uq的目标值，然后执行S5；
S5、将交轴电压Uq的目标值和脉冲加热确定的直轴电压Ud的目标值变换为α轴电压矢量Uα和β轴电压矢量Uβ，然后执行S6；
S6、将α轴电压矢量Uα、β轴电压矢量Uβ和脉冲加热确定的IGBT开关频率输入SVPWM模块，SVPWM模块计算三相电压的占空比，然后执行S7；
S7、在PI控制不使能时，SVPWM模块输出所述三相电压的占空比，控制电机工作，然后执行S8；
S8、将电机的三相电流变换为直轴电流Id和交轴电流Iq，直轴电流Id和交轴电流Iq作用于电机，交轴电流Iq调整电机转子位置，然后执行S9；
S9、判断电机转子位置偏移量是否大于预设的第一偏移量阈值，如果是，则执行S12，否则执行S10；
S10、判断电机转子位置偏移量是否大于预设的第二偏移量阈值且小于或等于预设的第一偏移量阈值，如果是，则返回执行S3，否则执行S11；
S11、判定电机转子位置收敛在脉冲加热允许的位置范围内，退出PI控制，使后续交轴电压Uq的目标值一直保持为前一周期确定的交轴电压Uq的目标值，然后结束；
S12、启用安全保护机制。
2.根据权利要求1所述的动力电池脉冲加热过程中的电机转子位置控制方法，其特征在于：所述S12中启用安全保护机制的步骤包括：
第一步、按照预设的第一梯度减小三相电压的占空比，然后执行第二步；
第二步、判断电机转子位置偏移量是否小于或等于预设的第二偏移量阈值，如果是，则执行第三步，否则执行第四步；
第三步、判定电机转子位置收敛在脉冲加热允许的位置范围内，使后续三相电压的占空比一直保持为前一周期确定的三相电压的占空比，然后结束；
第四步、判断三相电压的占空比是否大于预设的占空比阈值，如果是，则返回执行第一步，否则执行第五步；
第五步、退出脉冲加热功能并上报故障，然后结束。
3.根据权利要求1所述的动力电池脉冲加热过程中的电机转子位置控制方法，其特征在于：所述S12中启用安全保护机制的步骤包括：
第一步、按照预设的第二梯度增大IGBT开关频率，然后执行第二步；
第二步、判断电机转子位置偏移量是否小于或等于预设的第二偏移量阈值，如果是，则执行第三步，否则执行第四步；
第三步、判定电机转子位置收敛在脉冲加热允许的位置范围内，使后续IGBT开关频率一直保持为前一周期确定的IGBT开关频率，然后结束；
第四步、判断IGBT开关频率是否小于预设的开关频率阈值，如果是，则返回执行第一步，否则执行第五步；
第五步、退出脉冲加热功能并上报故障，然后结束。
4.根据权利要求1所述的动力电池脉冲加热过程中的电机转子位置控制方法，其特征在于：所述S12中启用安全保护机制的步骤包括：
第一步、按照预设的第一梯度减小三相电压的占空比，按照预设的第二梯度增大IGBT开关频率，然后执行第二步；
第二步、判断电机转子位置偏移量是否小于或等于预设的第二偏移量阈值，如果是，则执行第三步，否则执行第四步；
第三步、判定电机转子位置收敛在脉冲加热允许的位置范围内，使后续三相电压的占空比一直保持为前一周期确定的三相电压的占空比，使后续IGBT开关频率一直保持为前一周期确定的IGBT开关频率，然后结束；
第四步、判断是否三相电压的占空比大于预设的占空比阈值，且IGBT开关频率小于预设的开关频率阈值，如果是，则返回执行第一步，否则执行第五步；
第五步、退出脉冲加热功能并上报故障，然后结束。
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