CN114194074A - 一种动力电池的脉冲加热电流控制方法及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动力电池的脉冲加热电流控制方法及控制系统,该控制方法包括:根据电池管理系统发送的加热档位,确定电机直轴前馈电压Ud_FeedForward;获取电机直轴反馈电流和电机交轴反馈电流,并统计预设周期内的电机直轴反馈电流的峰值和电机交轴反馈电流的峰值;计算电机实际直轴电流峰值电机实际交轴电流峰值;将预设的电机直轴电流目标值、预设的电机交轴电流目标值、电机直轴前馈电压、预设的电机交轴前馈电压、电机实际直轴电流峰值和电机实际交轴电流峰值,输入PI调节模块,经PI调节后输出电机直轴电压和电机交轴电压。本发明通过电机端进行脉冲加热电流闭环控制,能减小电池状态波动对脉冲加热效果的干扰。
Description
技术领域
本发明属于动力电池脉冲加热领域,具体涉及一种动力电池的脉冲加热电流控制方法及控制系统。
背景技术
电驱动系统由电机和电机控制器组成,实现了纯电动汽车能量转换、功率调解和动力输出控制。在电机系统现有功能基础上开发新功能项,提高电机系统功能性和硬件使用率,对于提升用户体验和产品竞争力意义重大。锂离子电池因其具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点,被广泛应用于汽车动力电池。但在低温环境下,锂离子电池充电放电的能力受到限制,因此需在充放电之前对电池进行加热。目前广泛使用外部加热法,通过外部的热源对动力电池进行加热,结构简单,但效率低,耗能多,同时也容易在电池内部出现温度梯度,从而导致电池内部衰降速度的不一致,影响锂离子电池的使用寿命。而通过高频脉冲电流可以利用电池内阻进行发热,起到从内部实现对锂离子电池快速加热的效果。电机处于静止状态,定子绕组作为续流电感与电机控制器的三相全桥以及直流侧电源,在功能属性上定义为脉冲加热电流控制硬件电路。
当前基于电驱系统进行脉冲加热电流控制主要为开环控制,开环控制是在台架对电机直轴电压Ud进行标定,达到期望的有效电流。对于某一个固定状态的电池来说是有效的,但电池内阻随着SOC、温度、使用年限等因素发生变化,导致电流随之波动,加热效果不稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种动力电池的脉冲加热电流控制方法及控制系统,以通过电机端进行脉冲加热电流闭环控制,减小电池状态波动对脉冲加热效果的干扰。
本发明所述的动力电池的脉冲加热电流控制方法,包括:
步骤一、根据电池管理系统(即BMS)发送的加热档位,确定电机直轴前馈电压Ud_FeedForward,然后执行步骤二。
步骤二、获取电机直轴反馈电流和电机交轴反馈电流,并统计预设周期内的电机直轴反馈电流的峰值和电机交轴反馈电流的峰值,然后执行步骤三。
步骤三、计算预设周期内电机直轴反馈电流的峰值的平均值,作为电机实际直轴电流峰值;计算预设周期内电机交轴反馈电流的峰值的平均值,作为电机实际交轴电流峰值,然后执行步骤四。
步骤四、将预设的电机直轴电流目标值Id_Cmd、预设的电机交轴电流目标值Iq_Cmd、电机直轴前馈电压Ud_FeedForward、预设的电机交轴前馈电压Uq_FeedForward、电机实际直轴电流峰值和电机实际交轴电流峰值,输入PI调节模块,经PI调节后输出电机直轴电压Ud_FromPI和电机交轴电压Uq_FromPI,然后返回执行步骤二;其中,预设的电机交轴电流目标值Iq_Cmd=0,预设的电机交轴前馈电压Uq_FeedForward=0。
PI调节模块输出的电机直轴电压Ud_FromPI和电机交轴电压Uq_FromPI经转换后输入SVPWM模块。由SVPWM模块计算三相占空比,控制IGBT驱动回路中的IGBT导通/关断,响应给定频率和幅值的目标脉冲电流需求。
优选的,所述步骤四中的PI调节方式具体为:
将电机直轴电流目标值Id_Cmd与电机实际直轴电流峰值做差,利用该差值得出电机直轴调节电压;将电机直轴调节电压与电机直轴前馈电压Ud_FeedForward相叠加,得到所述电机直轴电压Ud_FromPI。
将预设的电机交轴电流目标值Iq_Cmd(等于0)与电机实际交轴电流峰值做差,利用该差值得出电机交轴调节电压;将电机交轴调节电压与预设的电机交轴前馈电压Uq_FeedForward(等于0)相叠加,得到所述电机交轴电压Uq_FromPI。
优选的,在所述步骤一中,根据加热档位查询档位-电压表,能得到所述电机直轴前馈电压Ud_FeedForward;其中,所述档位-电压表为通过标定方式获得的加热档位与电机直轴前馈电压的对应关系表。
优选的,所述步骤四中,预设的电机直轴电流目标值Id_Cmd为通过标定方式获得的动力电池脉冲加热效果最优的电流值。
本发明所述的动力电池的脉冲加热电流控制系统,包括电机控制单元,所述电机控制单元被编程以便执行上述脉冲加热电流控制方法。
本发明中IGBT处于一周期PWM控制,一周期关管状态,PWM周期时产生脉冲电流,关管周期脉冲电流减小至0,电机直轴电流、电机交轴电流不是恒定值,无法直接用于控制,需要进行PI调节。本发明通过电机端进行脉冲加热电流闭环控制,区别于正常行驶时的电流闭环实时动态响应,脉冲加热电流闭环控制没有在每个调用周期都去实时调节,而是分成了统计计算阶段和PI调节阶段,统计计算阶段PI调节模块不工作,调节过程中不输出电流,并且PI调节使用的反馈电流是电机实际直轴电流峰值和电机实际交轴电流峰值,从而减小了电池状态波动对脉冲加热效果的干扰。
附图说明
图1为本实施例中动力电池的脉冲加热电流控制架构图。
图2为本实施例中动力电池的脉冲加热电流控制方法流程图。
具体实施方式
如图1、图2所示,本实施例中动力电池的脉冲加热电流控制方法,由电机控制单元执行,该方法包括:
步骤一、根据电池管理系统(即BMS)发送的加热档位,确定电机直轴前馈电压Ud_FeedForward,然后执行步骤二。
具体为:根据加热档位查询档位-电压表,得到电机直轴前馈电压Ud_FeedForward;其中,档位-电压表为通过标定方式获得的加热档位与电机直轴前馈电压的对应关系表。
步骤二、获取电机直轴反馈电流和电机交轴反馈电流,并统计预设周期内(比如5个周期内)的电机直轴反馈电流的峰值和电机交轴反馈电流的峰值,然后执行步骤三。
步骤三、计算预设周期内电机直轴反馈电流的峰值的平均值,将该平均值作为电机实际直轴电流峰值;计算预设周期内电机交轴反馈电流的峰值的平均值,将该平均值作为电机实际交轴电流峰值,然后执行步骤四。
步骤四、将预设的电机直轴电流目标值Id_Cmd、预设的电机交轴电流目标值Iq_Cmd、电机直轴前馈电压Ud_FeedForward、预设的电机交轴前馈电压Uq_FeedForward、电机实际直轴电流峰值和电机实际交轴电流峰值,输入PI调节模块,经PI调节后输出电机直轴电压Ud_FromPI和电机交轴电压Uq_FromPI,然后返回执行步骤二。脉冲加热时电机转速目标值为0;因此,预设的电机交轴电流目标值Iq_Cmd=0,预设的电机交轴前馈电压Uq_FeedForward=0。脉冲加热的速率与电机直轴电流有关;因此,预设的电机直轴电流目标值Id_Cmd为通过标定方式获得的动力电池脉冲加热效果最优的电流值。
PI调节方式具体为:将电机直轴电流目标值Id_Cmd与电机实际直轴电流峰值做差,利用该差值得出电机直轴调节电压;将电机直轴调节电压与电机直轴前馈电压Ud_FeedForward相叠加,得到电机直轴电压Ud_FromPI。将预设的电机交轴电流目标值Iq_Cmd(等于0)与电机实际交轴电流峰值做差,利用该差值得出电机交轴调节电压;将电机交轴调节电压与预设的电机交轴前馈电压Uq_FeedForward(等于0)相叠加,得到电机交轴电压Uq_FromPI。
PI调节模块输出的电机直轴电压Ud_FromPI和电机交轴电压Uq_FromPI经转换后输入SVPWM模块。由SVPWM模块计算三相占空比,控制IGBT驱动回路中的IGBT导通/关断,响应给定频率和幅值的目标脉冲电流需求。经PI调节之后输出的电机直轴电压Ud_FromPI和电机交轴电压Uq_FromPI越来越接近目标值,从而实现电流的闭环控制。
本实施例还提供一种动力电池的脉冲加热电流控制系统,包括电机控制单元,电机控制单元被编程以便执行上述脉冲加热电流控制方法。
Claims (5)
1.一种动力电池的脉冲加热电流控制方法,其特征在于,包括:
步骤一、根据电池管理系统发送的加热档位,确定电机直轴前馈电压Ud_FeedForward,然后执行步骤二;
步骤二、获取电机直轴反馈电流和电机交轴反馈电流,并统计预设周期内的电机直轴反馈电流的峰值和电机交轴反馈电流的峰值,然后执行步骤三;
步骤三、计算预设周期内电机直轴反馈电流的峰值的平均值,作为电机实际直轴电流峰值;计算预设周期内电机交轴反馈电流的峰值的平均值,作为电机实际交轴电流峰值,然后执行步骤四;
步骤四、将预设的电机直轴电流目标值Id_Cmd、预设的电机交轴电流目标值Iq_Cmd、电机直轴前馈电压Ud_FeedForward、预设的电机交轴前馈电压Uq_FeedForward、电机实际直轴电流峰值和电机实际交轴电流峰值,输入PI调节模块,经PI调节后输出电机直轴电压Ud_FromPI和电机交轴电压Uq_FromPI,然后返回执行步骤二;其中,预设的电机交轴电流目标值Iq_Cmd=0,预设的电机交轴前馈电压Uq_FeedForward=0。
2.根据权利要求1所述的动力电池的脉冲加热电流控制方法,其特征在于:所述步骤四中的PI调节方式具体为:
将电机直轴电流目标值Id_Cmd与电机实际直轴电流峰值做差,利用该差值得出电机直轴调节电压;
将电机直轴调节电压与电机直轴前馈电压Ud_FeedForward相叠加,得到所述电机直轴电压Ud_FromPI;
将预设的电机交轴电流目标值Iq_Cmd与电机实际交轴电流峰值做差,利用该差值得出电机交轴调节电压;
将电机交轴调节电压与预设的电机交轴前馈电压Uq_FeedForward相叠加,得到所述电机交轴电压Uq_FromPI。
3.根据权利要求1或2所述的动力电池的脉冲加热电流控制方法,其特征在于:在所述步骤一中,根据加热档位查询档位-电压表,能得到所述电机直轴前馈电压Ud_FeedForward;其中,所述档位-电压表为通过标定方式获得的加热档位与电机直轴前馈电压的对应关系表。
4.根据权利要求3所述的动力电池的脉冲加热电流控制方法,其特征在于:所述步骤四中,预设的电机直轴电流目标值Id_Cmd为通过标定方式获得的动力电池脉冲加热效果最优的电流值。
5.一种动力电池的脉冲加热电流控制系统,包括电机控制单元,其特征在于:所述电机控制单元被编程以便执行如权利要求1至4任一项所述的控制方法。
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