CN114274797A - 电机的堵转扭矩控制方法及堵转扭矩控制装置、电动车辆 - Google Patents

电机的堵转扭矩控制方法及堵转扭矩控制装置、电动车辆 Download PDF

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CN114274797A CN202111624885.9A CN202111624885A CN114274797A CN 114274797 A CN114274797 A CN 114274797A CN 202111624885 A CN202111624885 A CN 202111624885A CN 114274797 A CN114274797 A CN 114274797A
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Abstract

本申请提供了一种电机的堵转扭矩控制方法及堵转扭矩控制装置、电动车辆，该电机包括第一相定子绕组、第二相定子绕组和第三相定子绕组，电机处于充电模式时第一相定子绕组和第二相定子绕组并联后连接第三相定子绕组。该方法包括：在电机处于充电模式的情况下，获取电机的当前转子磁场角度。并根据当前转子磁场角度和预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定电机的目标定子磁场角度。进而控制第一相定子绕组的第一相电流和第二相定子绕组的第二相电流，以使电机的定子磁场角度为目标定子磁场角度。采用本申请，可保证电机处于充电模式时电机的堵转扭矩最小，从而提高充电时的安全性，适用性强。

Description

电机的堵转扭矩控制方法及堵转扭矩控制装置、电动车辆
技术领域
本申请涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电机的堵转扭矩控制方法及堵转扭矩控制装置、电动车辆。
背景技术
随着电动汽车技术的发展，电驱总成(如电机控制器+电机)的形态逐渐可分为高压平台和低压平台。其中，由于高压平台可以使电机在较宽的速度范围内不弱磁或者少弱磁，以提高电驱总成效率，因此基于高压平台的电动汽车的应用愈加广泛。但目前的充电桩大多数是500V以下的低压充电桩，这就使得基于高压平台的电动汽车无法直接利用低压充电桩进行充电。
针对这一问题，现有技术提供了一种复用电驱总成作为升压回路的方案，将低压充电桩输出的低电压升压为高电压从而实现对基于高压平台的电动汽车的充电。下面结合图1所示的三相三线制接线方式下复用电机绕组作为电感的升压电路的结构示意图，对复用电驱总成作为升压回路的方案进行介绍。如图1中的(a)所示，在电动车辆充电时，先控制开关管T1和T5导通，该阶段三相定子绕组均处于储能状态，低压充电桩中的电流通过T1和T5向电机中的三相定子绕组进行充电；之后，如图1中的(b)所示，控制T1和T5关断，以及开关管T2和T6导通，该阶段三相定子绕组处于放电状态，低压充电桩和三相定子绕组同时向电动车辆中的动力电池输出电能，从而实现对动力电池的高压充电。
但是，在上述充电方案中，电机的堵转扭矩(即电机转子不转时仍存在的转矩)会随着转子的位置的变化而变化，从而会对车辆刹车系统造成不同程度的影响，如在转子处于某些特定位置的情况下，堵转扭矩较大，则当充电桩开始向电动汽车充电时车辆刹车系统会出现短暂失效，导致充电时的安全性低，适用性差。
发明内容
本申请提供了一种电机的堵转扭矩控制方法及堵转扭矩控制装置、电动车辆，可保证电机处于充电模式时电机的堵转扭矩最小，从而提高充电时的安全性，适用性强。
第一方面，本申请提供了一种电机的堵转扭矩控制方法，该电机包括第一相定子绕组、第二相定子绕组和第三相定子绕组，电机处于充电模式时第一相定子绕组和第二相定子绕组并联后连接第三相定子绕组。该方法包括：在电机处于充电模式的情况下，获取电机的当前转子磁场角度。并根据当前转子磁场角度和预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定电机的目标定子磁场角度。进而控制第一相定子绕组的第一相电流和第二相定子绕组的第二相电流，以使电机的定子磁场角度为目标定子磁场角度。可以理解，在电机处于充电模式的情况下，可通过调整电机的定子磁场角度使电机的堵转扭矩最小，从而减少对电动车辆刹车系统的影响，从而提高充电时的安全性，适用性强。
结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，可根据当前转子磁场角度和电机的可调定子磁场角度范围，确定可调定转子磁场夹角范围；根据预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定可调定转子磁场夹角范围对应的可调堵转扭矩范围，并将可调堵转扭矩范围中的最小堵转扭矩对应的定转子磁场夹角确定为目标定转子磁场夹角；进而根据目标定转子磁场夹角和当前转子磁场角度确定电机的目标定子磁场角度。可以理解，不论当前转子磁场角度取何值均可以通过本实施方式中的实现方式确定目标定子磁场角度，适用性强。
结合第一方面，在第二种可能的实施方式中，确定电机的可调定子磁场角度范围内最大定子磁场角度与所述当前转子磁场角度之间的第一定转子磁场夹角，以及最小定子磁场角度与所述当前转子磁场角度之间的第二定转子磁场角度；并根据预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定第一定转子磁场夹角对应的第一堵转扭矩和第二定转子磁场夹角对应的第二堵转扭矩；进而将第一堵转扭矩和第二堵转扭矩中的较小值对应的定子磁场角度确定为目标定子磁场角度。可以理解，相比于第一种可能的实施方式中需要计算可调定转子磁场夹角范围的方式而言，本实施方式只需计算电机的可调定子磁场角度范围内最大定子磁场角度、最小定子磁场角度分别与当前转子磁场角度之间的定转子磁场夹角即可，可有效减少确定目标定子磁场角度过程中的计算量，提高处理效率。
结合第一方面，在第三种可能的实施方式中，确定电机的目标定子磁场角度为当前转子磁场角度。可以理解，在当前转子磁场角度位于电机的可调定子磁场角度范围内的情况下，可通过令电机的定子磁场角度与当前转子磁场角度一致的方式，保证定转子磁场夹角为0°电角度，从而保证电机的堵转扭矩为0N·m，进而保证充电时电动车辆刹车系统不受堵转扭矩影响，适用性更强。此外，相比于第一种和第二种可能的实施方式而言，本实施方式无需计算，可极大地提高处理效率。
结合第一方面，在第四种可能的实施方式中，确定电机的目标定子磁场角度与当前转子磁场角度之间的夹角为180°。可以理解，在当前转子磁场角度位于与电机的可调定子磁场角度范围呈原点对称的角度范围内的情况下，可通过令电机的定子磁场角度与当前转子磁场角度之间相差180°电角度的方式，保证电机的堵转扭矩为0N·m，进而保证充电时电动车辆刹车系统不受堵转扭矩影响，适用性更强。此外，相比于第一种和第二种可能的实施方式而言，本实施方式可极大的减少计算量，从而提高处理效率。
结合第一方面，在第五种可能的实施方式中，确定电机的目标定子磁场角度与当前转子磁场角度之间的夹角为180°±Δθ，Δθ为预设偏离夹角。由于定转子磁场夹角180°电角度为伪平衡点，因此可通过令电机的定子磁场角度与当前转子磁场角度之间的夹角为180°±Δθ的方式，使转子通过机械制动系统卡在特定位置，则可保证所实现的角度可控，同时所产生的堵转扭矩接近于零，可有效提高控制精度。
结合第一方面，在第六种可能的实施方式中，预设偏离夹角不大于5°。
结合第一方面，在第七种可能的实施方式中，控制第一相电流的幅值为
Figure BDA0003438551890000021
Figure BDA0003438551890000022
其中，为电机处于充电模式时的充电电流值，θs为目标定子磁场角度。可以理解，在210°<θs<270°的情况下，均可根据本实施方式中的计算方式确定第一相电流的幅值，适用性强。
结合第一方面，在第八种可能的实施方式中，在目标定子磁场角度为电机的可调定子磁场角度范围内的最大可调定子磁场角度的情况下，控制第一相电流的幅值为0。可以理解，本实施方式无需计算第一相电流和第二相电流，可极大提高处理效率。
结合第一方面，在第九种可能的实施方式中，在目标定子磁场角度为电机的可调定子磁场角度范围内的最小可调定子磁场角度的情况下，控制第二相电流的幅值为0。可以理解，本实施方式无需计算第一相电流和第二相电流，可极大提高处理效率。
结合第一方面，在第十种可能的实施方式中，在目标定子磁场角度对应的堵转扭矩大于堵转扭矩阈值的情况下，将电机处于充电模式时的充电电流值降低为第一充电电流值。可以理解，可通过降低电机处于充电模式时的充电电流值进一步减小目标定子磁场角度对应的最小堵转扭矩，从而减少对电动车辆刹车系统的影响，提高充电时的安全性，适用性强。
结合第一方面，在第十一种可能的实施方式中，在目标定子磁场角度对应的堵转扭矩大于堵转扭矩阈值的情况下，将堵转扭矩阈值与所述目标定子磁场角度对应的堵转扭矩之间的比值确定为衰减系数，并将电机处于充电模式时的充电电流值降低为第二充电电流值，第二充电电流值由电机处于充电模式时的充电电流值和衰减系数确定。可以理解，可根据不同堵转扭矩阈值相应地降低电机处于充电模式时的充电电流值，来进一步减小目标定子磁场角度对应的最小堵转扭矩，从而满足不同车型的电动车辆刹车系统的要求，提高充电时的安全性，适用性更强。
结合第一方面，在第十二种可能的实施方式中，电机位于电动车辆内。
第二方面，本申请提供了一种电机的堵转扭矩控制装置，该装置包括用于执行上述第一方面和/或第一方面的任意一种可能的实现方式所提供的电机的堵转扭矩控制方法的单元和/或模块。
第三方面，本申请提供了一种电动车辆，该电动车辆包括第二方面所提供的堵转扭矩控制装置和电机。
应理解的是，本申请上述多个方面的实现和有益效果可互相参考。
附图说明
图1是现有技术提供的三相三线制接线方式下复用电机绕组作为电感的升压电路的结构示意图；
图2是本申请提供的电机的堵转扭矩控制装置的一应用场景示意图；
图3是本申请提供的电机的堵转扭矩控制装置的另一应用场景示意图；
图4是本申请提供的预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系示意图；
图5是本申请提供的电机的堵转扭矩控制方法的流程示意图；
图6是本申请提供的堵转扭矩分扇区控制的示意图；
图7是本申请提供的电机的堵转扭矩控制装置的结构示意图。
具体实施方式
本申请提供的电机的堵转扭矩控制方法以及堵转扭矩控制装置可适配于不同的待充电设备的充电场景。参见图2，图2是本申请提供的电机的堵转扭矩控制装置的一应用场景图。在待充电设备的充电场景下，待充电设备包括逆变电路、电机、电机的堵转扭矩控制装置和高压电池。其中，逆变电路包括MOS管T1和T2串联构成的第一相桥臂，MOS管T3和T4串联构成的第二相桥臂，MOS管T5和T6串联构成的第三相桥臂，第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂并联连接至高压电池的两端，第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂并联后形成的第一端(即T1的漏极)连接待充电设备的第一充电输入端。电机包括第一相定子绕组Lu、第二相定子绕组Lv和第三相定子绕组Lw，Lu、Lv和Lw采用三线三相制的接线方式。第一相定子绕组Lu的第一端与第二相定子绕组Lv的第一端以及第三相定子绕组Lw的第一端连接，第一相定子绕组Lu的第二端连接第三相桥臂的中点(即T5的源极和T6的漏极连接处)，第二相定子绕组Lv的第二端连接第一相桥臂的中点(即T1的源极和T2的漏极连接处)，第三相定子绕组Lw的第一端连接第二相桥臂的中点(即T3的源极和T4的漏极连接处)后，与待充电设备的第二充电输入端相连。待充电设备的第一充电输入端和第二充电输入端连接低压电源的两端。
在一可选实施方式中，在待充电设备的第一充电输入端、第二充电输入端与低压电源的两端连接后，电机的堵转扭矩控制装置控制T1和T5导通，该阶段Lu、Lv和Lw处于储能状态，低压电源流出的电流通过T1和T5向Lu、Lv和Lw充电。之后电机的堵转扭矩控制装置控制T1和T5关断，以及开关管T2和T6导通，该阶段Lu、Lv和Lw处于放电状态，由于电感的电流不能突变，因此低压电源、Lu、Lv和Lw同时向高压电池输出电能，从而通过低压交流电源实现向高压直流电池的充电。
与此同时，为了避免充电过程中电机的堵转扭矩对待充电设备刹车系统的影响，在待充电设备的第一充电输入端、第二充电输入端与低压电源的两端连接后，电机的堵转扭矩控制装置开始获取电机的当前转子磁场角度。并根据当前转子磁场角度和预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定电机的目标定子磁场角度。进而通过控制逆变电路中各开关管的工作状态，控制第一相定子绕组的第一相电流和第二相定子绕组的第二相电流，以使电机的定子磁场角度为目标定子磁场角度，从而保证在待充电设备充电过程中，电机的堵转扭矩始终最小，进而减少对待充电设备刹车系统的影响，提高充电时的安全性，适用性。
需要说明的是，待充电设备可以为电动车辆、电动机器人、电动飞机等电力驱动的设备，本申请对此不做限制。当待充电设备为电动车辆时，电机的堵转扭矩控制装置可以为电机控制器，也可以是整车控制器；当待充电设备为电动机器人时，电机的堵转扭矩控制装置可以为电机控制器，也可以是机器人控制器；当待充电设备为电动飞机时，电机的堵转扭矩控制装置可以为电机控制器，也可以是飞机控制器。下面以待充电设备为电动车辆为例进行说明。
参见图3，图3是本申请提供的电机的堵转扭矩控制装置的另一应用场景示意图。在电动车辆的充电场景下，电动车辆1包括整车控制器11、电机控制器12、电机13、位置传感器14和动力电池15，电机13包括第一相定子绕组Lu、第二相定子绕组Lv和第三相定子绕组Lw。本申请提供的堵转扭矩控制装置适用于如图3所示的电机控制器12或者整车控制器11，该电机控制器12分别与整车控制器11、电机13、位置传感器14相连，电机13还分别与位置传感器14和动力电池15相连。其中，该电机13中的Lu、Lv和Lw采用三线三相制的接线方式，即Lu、Lv和Lw为Y形连接方式，且不在Lu、Lv和Lw的连接点(即中性点)引出中性线的接线方式。
在一可选实施方式中，本申请提供的堵转扭矩控制装置适用于电机控制器12的情况下：在充电桩的充电枪与电动车辆1的充电口连接完成后，整车控制器11向电机控制器12发送充电指令以及最小堵转扭矩控制指令。电机控制器12根据接收到的充电指令，首先按照预设充电电流分配比例对充电桩输出的充电电流值进行分配(如Lu和Lv均分充电桩输出的充电电流值)，以及通过控制逆变电路中的开关管的工作状态使充电桩与Lu、Lv以及Lw构成回路。具体的，电机控制器12将分配好的第一相电流和第二相电流分别输入Lu和Lv，之后第一相电流和第二相电流在中性点汇合后经过Lw流向充电桩，以实现对Lu、Lv和Lw的充电。之后，电机控制器12通过控制逆变电路中的开关管的工作状态使充电桩与Lu、Lv、Lw以及动力电池15构成回路。具体的，电机控制器12将分配好的第一相电流和第二相电流分别输入Lu和Lv，之后第一相电流和第二相电流在中性点汇合后经过Lw流向动力电池15，以实现充电桩和Lu、Lv、Lw同时对动力电池15的充电。在该充电过程中，由于电动车辆1采用电机13内的Lu、Lv和Lw作为升压电感，因此可将充电桩提供的低电压升压为高电压后向电动车辆1中的动力电池15充电，从而实现低压充电桩向基于高压平台的电动车辆1充电的过程，进而可提高电动车辆1对不同类型充电桩(即高压充电桩和低压充电桩)的兼容性。
与此同时，电机控制器12在接收到最小堵转扭矩控制指令后，实时或者按照预设频率通过位置传感器14获取电机13中转子的当前位置，即转子的当前电角度。之后，电机控制器12根据转子的电角度与转子磁场角度之间的关系(如转子的电角度与转子磁场角度之间相差20°)，计算得到电机13的当前转子磁场角度。并根据当前转子磁场角度与预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定电机13的目标定子磁场角度。进而控制Lu的第一相电流和Lv的第二相电流，以使电机13的定子磁场角度为目标定子磁场角度。
在另一可选实施方式中，本申请提供的堵转扭矩控制装置适用于整车控制器11的情况下，在充电桩的充电枪与电动车辆1的充电口连接完成后，整车控制器11向电机控制器12发送充电指令。电机控制器12根据接收到的充电指令，首先按照预设充电电流分配比例对充电桩输出的充电电流值进行分配(如Lu和Lv均分充电桩输出的充电电流值)，以及通过控制电机13中逆变电路中的开关管的工作状态使充电桩与Lu、Lv以及Lw构成回路。具体的，电机控制器12将分配好的第一相电流和第二相电流分别输入Lu和Lv，之后第一相电流和第二相电流在中性点汇合后经过Lw流向充电桩，以实现对Lu、Lv和Lw的充电。之后，电机控制器12通过控制逆变电路中的开关管的工作状态使充电桩与Lu、Lv、Lw以及动力电池15构成回路。具体的，电机控制器12将分配好的第一相电流和第二相电流分别输入Lu和Lv，之后第一相电流和第二相电流在中性点汇合后经过Lw流向动力电池15，以实现充电桩和Lu、Lv、Lw同时对动力电池15的充电。在该充电过程中，由于电动车辆1采用电机13内的Lu、Lv和Lw作为升压电感，因此可将充电桩提供的低电压升压为高电压后向电动车辆1中的动力电池15充电，从而实现低压充电桩向基于高压平台的电动车辆1充电的过程，进而可提高电动车辆1对不同类型充电桩(即高压充电桩和低压充电桩)的兼容性。
与此同时，整车控制器11实时或者按照预设频率通过位置传感器14获取电机13中转子的当前位置，即转子的当前电角度。之后，整车控制器11根据转子的电角度与转子磁场角度之间的关系(如转子的电角度与转子磁场角度之间相差20°)，计算得到电机13的当前转子磁场角度。并根据当前转子磁场角度与预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定电机13的目标定子磁场角度，并计算得到电机13的定子磁场角度为目标定子磁场角度时Lu的第一相电流值和Lv的第二相电流值。进而通过向电机控制器12发送第一充电指令(携带电机13的定子磁场角度为目标定子磁场角度时Lu的第一相电流值和Lv的第二相电流值)的方式，使电机控制器12根据第一充电指令控制Lu的第一相电流和Lv的第二相电流，以使电机13的定子磁场角度为目标定子磁场角度。
可以理解的，本申请提供的堵转扭矩控制装置在电动车辆1充电过程中，可通过控制三相定子绕组上的电流使电机13的堵转扭矩最小，从而可有效减小对电动车辆1的刹车系统的影响，进而可有效提高电动车辆1充电时的安全性，适用性强。
下面结合图4至图7，以电机位于电动车辆内为例，对本申请提供的电机的堵转扭矩控制装置的工作原理进行示例说明。
由于在电机处于充电模式的情况下，电机的定子磁场角度在一定范围内可调，因此电机的堵转扭矩控制装置可根据电机的当前转子磁场角度和预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，通过调整定子磁场角度，也即调整定子磁场角度与当前转子磁场角度之间的角度差，从而使电机的堵转扭矩最小。
为了方便理解，下面首先介绍预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系。参见图4，图4是本申请提供的预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系示意图。如图4所示，坐标轴中的横轴代表定转子磁场夹角，即电机的定子磁场角度与转子磁场角度之间的角度差值，纵轴代表电机的堵转扭矩，即电机转子不转时仍存在的转矩。
由图4可知，在定转子磁场夹角为0°位置附近，当转子位置使定转子磁场夹角未达到0°时，堵转扭矩为正，因此转子会被拉向正方向旋转，使得定转子磁场夹角达到0°附近；当转子位置使定转子磁场夹角超过0°时，堵转转矩为负，则转子会被拉向反方向旋转，同样使得定转子磁场夹角达到0°附近，因此0°是真平衡点，也即当定转子磁场夹角达到0°时不再产生转矩，且任何偏离该点的位置都有被拉回该点的趋势。
在定转子磁场夹角为180°位置附近，当转子位置使定转子磁场夹角未达到180°时，堵转扭矩为负，因此转子会被拉向反方向旋转，进一步使定转子磁场夹角偏离180°位置；当转子位置使定转子磁场夹角超过180°时，堵转扭矩为正，则转子会被拉向正方向旋转，同样进一步使定转子磁场夹角偏离180°位置，因此180°是伪平衡点，也即当定转子磁场夹角达到180°时虽然也是零转矩，但对于该点微小的偏差都将导致转子实际位置与该点的偏差进一步增大。考虑到位置信号、控制精度等实际影响，当采用堵转扭矩为零的目标控制时，系统将难以使定转子磁场夹角稳定在180°位置，进而产生振荡。为此，实际可采用主动带有角度偏差的控制，如控制定转子磁场夹角为179°或181°，使转子通过机械制动系统卡在特定位置，则可保证所实现的角度可控，同时所产生的堵转扭矩接近于零。
对于定转子磁场夹角位于(0°，180°)以及(180°，360°)内的情况下，可根据图4所示的映射关系示意图，在可调定转子磁场夹角范围内调整定转子磁场夹角使堵转扭矩最小。
显然，预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系具有周期性，且[0°,360°]为一个周期，因此当定转子磁场夹角不位于[0°,360°]时，可参照上述定转子磁场夹角位于[0°,360°]的描述，此处不再赘述。
参见图5，图5是本申请提供的电机的堵转扭矩控制方法的流程示意图。电机的堵转扭矩控制方法可包括步骤：
S101，在电机处于充电模式的情况下，获取电机的当前转子磁场角度。
其中，电机包括第一相定子绕组、第二相定子绕组和第三相定子绕组，在电机处于充电模式下第一相定子绕组和第二相定子绕组并联后连接第三相定子绕组，也即电机的第一相定子绕组、第二相定子绕组和第三相定子绕组采用三相三线制接线方式。
在一可选实施方式中，在电机所在电动车辆处于充电模式的情况下，即电机接收到充电指令的情况下，电机的堵转扭矩控制装置通过电动车辆内的位置传感器获取电机转子的当前位置，即转子的当前电角度。之后，电机的堵转扭矩控制装置根据转子的电角度与转子磁场角度之间的关系(如转子的电角度与转子磁场角度之间相差20°)，计算得到电机的当前转子磁场角度。
S102，根据当前转子磁场角度和预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定电机的目标定子磁场角度。
具体的，电机的堵转扭矩控制装置根据当前转子磁场角度和电机的可调定子磁场角度范围，确定电机的可调定转子磁场夹角范围。根据预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定可调定转子磁场夹角范围对应的可调堵转扭矩范围，并将可调堵转扭矩范围中的最小堵转扭矩对应的定转子磁场夹角确定为目标定转子磁场夹角。进而根据目标定转子磁场夹角和当前转子磁场角度确定电机的目标定子磁场角度。
下面首先结合图6介绍电机的可调定子磁场角度范围。参见图6，图6是本申请提供的堵转扭矩分扇区控制的示意图。如图6所示，U轴、V轴和W轴的电角度分别为0°、120°和240°，也即第一相定子绕组Lu、第二相定子绕组Lv和第三相定子绕组Lw的电角度分别为0°、120°和240°。假设电流流出方向为正，电机处于充电模式时电流从第一相定子绕组Lu、第二相定子绕组Lv注入，从第三相定子绕组Lw流出，在第一相定子绕组Lu和第二相定子绕组Lv均分电机处于充电模式时的充电电流的情况下，此时，第一相电流所在方向为180°电角度，第二相电流所在方向为300°电角度，由于第一相电流值和第二相电流值相等，则将第一相电流对应的矢量与第二相电流对应的矢量合成后，合成后的矢量所在方向为240°电角度，由于第三相电流所在方向与合成后的矢量所在方向一致，因此定子磁场角度为240°电角度。
实际上，定子磁场角度(即第一相电流至第三相电流三个矢量合成后的矢量位置)可以在一定范围内调节，也即通过调整第一相定子绕组、第二相定子绕组上的分流比例，可以实现定子磁场角度在240°±30°范围的调节。示例性的，当充电电流全部从第一相定子绕组上流通，第二相定子绕组上的电流为零时，根据矢量合成法则可知定子磁场角度为210°电角度；当充电电流全部从第二相定子绕组上流通，第一相定子绕组上的电流为零时，根据矢量合成法则可知定子磁场角度为270°。因此，在基于图6所示的坐标系中，电机的可调定子磁场角度范围为[210°，270°]。
举例来说，假设当前转子磁场角度为120°电角度，电机的可调定子磁场角度范围为[210°，270°]，预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系如图4所示，则电机的堵转扭矩控制装置通过计算可调定子磁场角度范围内的最小定子磁场角度210°电角度与当前转子磁场角度120°电角度之间的角度差值，以及可调定子磁场角度范围内的最大定子磁场角度270°电角度与当前转子磁场角度120°电角度之间的角度差值，得到可调定转子磁场夹角范围[90°，150°]。进而根据图3所示的映射关系，计算得到可调定转子磁场夹角范围[90°，150°]对应的可调堵转扭矩范围[-T_max，-T_max/3]，由于堵转扭矩的正负号代表堵转扭矩的方向，并不代表堵转扭矩的大小，因此可调堵转扭矩范围中的最小堵转扭矩为-T_max/3，并将-T_max/3对应的定转子磁场夹角150°电角度确定为目标定转子磁场夹角。之后，电机的堵转扭矩控制装置将当前转子磁场角度120°电角度与目标定转子磁场夹角150°电角度之和270°电角度确定为目标定子磁场角度。
在一可选实施方式中，在当前转子磁场角度位于扇区Ⅰ的情况下，电机的堵转扭矩控制装置计算电机的可调定子磁场角度范围内最大定子磁场角度270°电角度与当前转子磁场角度之间的第一定转子磁场夹角，以及最小定子磁场角度210°电角度与当前转子磁场角度之间的第二定转子磁场角度。并根据图4所示的映射关系，确定第一定转子磁场夹角对应的第一堵转扭矩，以及第二定转子磁场夹角对应的第二堵转扭矩。进而将第一堵转扭矩和第二堵转扭矩中的较小值对应的定子磁场角度确定为目标定子磁场角度。其中，扇区Ⅰ为(270°+2πn，390°+2πn)以及(90°+2πn，210°+2πn)，n为整数。
在另一可选实施方式中，在当前转子磁场角度位于扇区Ⅱ的情况下，此时当前转子磁场角度位于电机的可调定子磁场角度范围[210°，270°]，由图4所示的映射关系可知，当定转子磁场夹角为0°电角度时，电机的堵转扭矩为0N·m。因此，在当前转子磁场角度位于扇区Ⅱ的情况下，电机的堵转扭矩控制装置确定目标定子磁场角度为当前转子磁场角度，从而保证电机的堵转扭矩为0N·m。其中，扇区Ⅱ为[210°+2πn，270°+2πn]，n为整数。
在又一可选实施方式中，在当前转子磁场角度位于扇区Ⅲ的情况下，此时当前转子磁场角度位于与电机的可调定子磁场角度范围呈原点对称的区域，由图4所示的映射关系可知，当定转子磁场夹角为180°电角度时，电机的堵转扭矩为0N·m。因此，在当前转子磁场角度位于扇区Ⅲ的情况下，电机的堵转扭矩控制装置确定目标定子磁场角度与当前转子磁场角度之间的夹角为180°电角度，从而保证电机的堵转扭矩为0N·m。其中，扇区Ⅲ为[30°+2πn，90°+2πn]，n为整数。进一步地，由于定转子磁场夹角180°电角度为伪平衡点，因此可采用主动带有角度偏差的控制，也即电机的堵转扭矩控制装置确定电机的目标定子磁场角度与当前转子磁场角度之间的夹角为180°±Δθ，Δθ为预设偏离夹角，且0°<Δθ≤5°。进而使转子通过机械制动系统卡在特定位置，则可保证所实现的角度可控，同时所产生的堵转扭矩接近于零。
S103，控制第一相定子绕组的第一相电流和第二相定子绕组的第二相电流，以使电机的定子磁场角度为目标定子磁场角度。
在一可选实施方式中，在根据步骤S102确定的目标定子磁场角度对应的堵转扭矩小于或者等于堵转扭矩阈值的情况下，电机的堵转扭矩控制装置通过调整第一相电流和第二相电流对于电机处于充电模式时的充电电流值的分配比例，使得电机的定子磁场角度为目标定子磁场角度。
在一可选实施例中，在目标定子磁场角度位于[210°，270°]的情况下，均可以有：
Figure BDA0003438551890000081
Iu+Iv＝Iw (2)
其中，Iu、Iv、Iw、Is为标量，分别表示第一相定子绕组的第一相电流值、第二相定子绕组的第二相电流值、第三相定子绕组的第三相电流值、合成后的定子磁场电流值，且Iu、Iv、Iw均大于零，Iw为电机处于充电模式时的充电电流值I。
Figure BDA0003438551890000082
分别表示第一相电流所在方向、第二相电流所在方向、第三相电流所在方向、定子磁场所在方向。
将公式(2)、(1)联立，可得：
Figure BDA0003438551890000083
令
Figure BDA0003438551890000084
则公式(3)可改写为：
Iu∠0°+(Iw-Iu)∠120°+Iw∠240°＝Is∠θs (4)
其中，θs为目标定子磁场角度，即定子合成矢量距U轴逆时针的角度。
合并同类项后可得：
(Iu∠0°+Iu∠300°)+(Iw∠120°+Iw∠240°)＝Is∠θs (5)
Figure BDA0003438551890000085
进一步地，将两组矢量分解到U轴线和垂直于U轴线的轴线上列写等式，可得：
Figure BDA0003438551890000086
Figure BDA0003438551890000087
根据公式(8)和(7)，可解得：
Figure BDA0003438551890000088
因此，在目标定子磁场角度位于[210°，270°]的情况下，电机的堵转扭矩控制装置可通过控制第一相电流的幅值
Figure BDA0003438551890000089
控制第二相电流的幅值Iv＝I-Iu，且保证充电电流是从第一相定子绕组和第二相定子绕组注入，从第三相定子绕组流出，从而保证电机的定子磁场角度与目标定子磁场角度一致。其中，I为电机处于充电模式时的充电电流值。
在另一可选实施例中，在目标定子磁场角度为电机的可调定子磁场角度范围内的最大可调定子磁场角度270°电角度的情况下，电机的堵转扭矩控制装置控制第一相电流的幅值Iu＝0，控制第二相电流的幅值Iv＝I，且保证充电电流是从第一相定子绕组和第二相定子绕组注入，从第三相定子绕组流出，从而保证电机的定子磁场角度为270°电角度。其中，I为电机处于充电模式时的充电电流值。
在又一可选实施例中，在目标定子磁场角度为电机的可调定子磁场角度范围内的最小可调定子磁场角度210°电角度的情况下，电机的堵转扭矩控制装置控制第一相电流的幅值Iu＝I，控制第二相电流的幅值Iv＝0，且保证充电电流是从第一相定子绕组和第二相定子绕组注入，从第三相定子绕组流出，从而保证电机的定子磁场角度为210°电角度。其中，I为电机处于充电模式时的充电电流值。
在另一可选实施方式中，在根据步骤S102确定的目标定子磁场角度对应的堵转扭矩大于堵转扭矩阈值(如电动车辆刹车系统可接受的最大扭矩)的情况下，电机的堵转扭矩控制装置将电机处于充电模式时的充电电流值降低为第一充电电流值，进而通过调整第一相电流和第二相电流对于第一充电电流值的分配比例，使得电机的定子磁场角度为目标定子磁场角度，且还可通过降低电机处于充电模式时的充电电流值进一步减小目标定子磁场角度对应的最小堵转扭矩，从而减少对电动车辆刹车系统的影响，提高充电时的安全性，适用性强。这里，电机的堵转扭矩控制装置调整第一相电流和第二相电流对于第一充电电流值的分配比例，使得电机的定子磁场角度为目标定子磁场角度的具体实现方式，请参照目标定子磁场角度对应的堵转扭矩小于或者等于堵转扭矩阈值的情况下，电机的堵转扭矩控制装置控制第一相电流和第二相电流使电机定子磁场角度为目标定子磁场角度相应部分的描述，此处不再赘述。
进一步地，为了适配不同车型对于堵转扭矩阈值不同的需求，在根据步骤S102确定的目标定子磁场角度对应的堵转扭矩大于堵转扭矩阈值的情况下，电机的堵转扭矩控制装置将堵转扭矩阈值与目标定子磁场角度对应的堵转扭矩之间的比值确定为衰减系数，并将衰减系数与电机处于充电模式时的充电电流值之间的乘积确定为第二充电电流值。并将电机处于充电模式时的充电电流值降低为第二充电电流值，进而通过调整第一相电流和第二相电流对于第二充电电流值的分配比例，使得电机的定子磁场角度为目标定子磁场角度，且还可根据不同堵转扭矩阈值相应地降低电机处于充电模式时的充电电流值，来进一步减小目标定子磁场角度对应的最小堵转扭矩，从而满足不同车型的电动车辆刹车系统的要求，提高充电时的安全性，适用性更强。
在本申请中，可通过在电机的可调定子磁场角度范围内调整电机的定子磁场角度，使得电机的堵转扭矩最小，从而减少对电动车辆刹车系统的影响，提高充电时的安全性，适用性强。
参见图7，图7是本申请提供的电机的堵转扭矩控制装置的结构示意图。如图7所示，该电机的堵转扭矩控制装置1可以包括：获取模块11、确定模块12、控制模块13、第一充电电流值调整模块14、衰减系数确定模块15和第二充电电流值调整模块16。
获取模块11，用于在电机处于充电模式的情况下，获取电机的当前转子磁场角度，其中，该电机包括第一相定子绕组、第二相定子绕组和第三相定子绕组，电机处于充电模式时第一相定子绕组和第二相定子绕组并联后连接第三相定子绕组；
确定模块12，用于根据当前转子磁场角度和预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定电机的目标定子磁场角度；
控制模块13，用于控制第一相定子绕组的第一相电流和第二相定子绕组的第二相电流，以使电机的定子磁场角度为目标定子磁场角度。
在一可选实施方式中，确定模块12，包括：
定转子磁场夹角范围确定单元121，用于根据当前转子磁场角度和电机的可调定子磁场角度范围，确定可调定转子磁场夹角范围；
目标定转子磁场夹角确定单元122，用于根据预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定可调定转子磁场夹角范围对应的可调堵转扭矩范围，并将可调堵转扭矩范围中的最小堵转扭矩对应的定转子磁场夹角确定为目标定转子磁场夹角；
第一目标定子磁场角度确定单元123，用于根据目标定转子磁场夹角和当前转子磁场角度确定电机的目标定子磁场角度。
在一可选实施方式中，确定模块12，包括：
定转子磁场夹角确定单元124，用于确定电机的可调定子磁场角度范围内最大定子磁场角度与当前转子磁场角度之间的第一定转子磁场夹角，以及最小定子磁场角度与当前转子磁场角度之间的第二定转子磁场角度；
堵转扭矩确定单元125，用于根据预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定第一定转子磁场夹角对应的第一堵转扭矩和第二定转子磁场夹角对应的第二堵转扭矩；
第二目标定子磁场角度确定单元126，用于将第一堵转扭矩和所述第二堵转扭矩中的较小值对应的定子磁场角度确定为目标定子磁场角度。
在一可选实施方式中，确定模块12，用于确定电机的目标定子磁场角度为当前转子磁场角度。
在一可选实施方式中，确定模块12，用于确定电机的目标定子磁场角度与当前转子磁场角度之间的夹角为180°。
在一可选实施方式中，确定模块12，用于确定电机的目标定子磁场角度与当前转子磁场角度之间的夹角为180°±Δθ，Δθ为预设偏离夹角。
在一可选实施方式中，预设偏离夹角不大于5°。
在一可选实施方式中，控制模块13，用于控制第一相电流的幅值为
Figure BDA0003438551890000101
Figure BDA0003438551890000102
其中，I为电机处于充电模式时的充电电流值，θs为目标定子磁场角度。
在一可选实施方式中，控制模块13，用于在目标定子磁场角度为电机的可调定子磁场角度范围内的最大可调定子磁场角度的情况下，控制第一相电流的幅值为0。
在一可选实施方式中，控制模块13，用于在目标定子磁场角度为电机的可调定子磁场角度范围内的最小可调定子磁场角度的情况下，控制第二相电流的幅值为0。
在一可选实施方式中，上述装置还包括：
第一充电电流值调整模块14，用于在目标定子磁场角度对应的堵转扭矩大于堵转扭矩阈值的情况下，将电机处于充电模式时的充电电流值降低为第一充电电流值。
在一可选实施方式中，上述装置还包括：
衰减系数确定模块15，用于在目标定子磁场角度对应的堵转扭矩大于堵转扭矩阈值的情况下，将堵转扭矩阈值与目标定子磁场角度对应的堵转扭矩之间的比值确定为衰减系数；
第二充电电流值调整模块16，用于将电机处于充电模式时的充电电流值降低为第二充电电流值，第二充电电流值由电机处于充电模式时的充电电流值和衰减系数确定。
在一可选实施方式中，电机位于电动车辆内。
可以理解的，该电机的堵转扭矩控制装置1用于实现图5所示实施例中的电机的堵转扭矩控制装置所执行的步骤。关于图7的电机的堵转扭矩控制装置1包括的功能块的具体实现方式及相应的有益效果，可参考前述图5的实施例的具体介绍，这里不赘述。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (27)

1.一种电机的堵转扭矩控制方法，其特征在于，所述电机包括第一相定子绕组、第二相定子绕组和第三相定子绕组，所述电机处于充电模式时所述第一相定子绕组和所述第二相定子绕组并联后连接所述第三相定子绕组，所述方法包括：
在所述电机处于充电模式的情况下，获取所述电机的当前转子磁场角度；
根据所述当前转子磁场角度和预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定所述电机的目标定子磁场角度；
控制所述第一相定子绕组的第一相电流和所述第二相定子绕组的第二相电流，以使所述电机的定子磁场角度为所述目标定子磁场角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前转子磁场角度和预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定所述电机的目标定子磁场角度，包括：
根据所述当前转子磁场角度和所述电机的可调定子磁场角度范围，确定可调定转子磁场夹角范围；
根据所述预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定所述可调定转子磁场夹角范围对应的可调堵转扭矩范围，并将所述可调堵转扭矩范围中的最小堵转扭矩对应的定转子磁场夹角确定为目标定转子磁场夹角；
根据所述目标定转子磁场夹角和所述当前转子磁场角度确定所述电机的目标定子磁场角度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前转子磁场角度和预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定所述电机的目标定子磁场角度，包括：
确定所述电机的可调定子磁场角度范围内最大定子磁场角度与所述当前转子磁场角度之间的第一定转子磁场夹角，以及最小定子磁场角度与所述当前转子磁场角度之间的第二定转子磁场角度；
根据所述预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定所述第一定转子磁场夹角对应的第一堵转扭矩和所述第二定转子磁场夹角对应的第二堵转扭矩；
将所述第一堵转扭矩和所述第二堵转扭矩中的较小值对应的定子磁场角度确定为所述目标定子磁场角度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前转子磁场角度和预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定所述电机的目标定子磁场角度，包括：
确定所述电机的目标定子磁场角度为所述当前转子磁场角度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前转子磁场角度和预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定所述电机的目标定子磁场角度，包括：
确定所述电机的目标定子磁场角度与所述当前转子磁场角度之间的夹角为180°。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前转子磁场角度和预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定所述电机的目标定子磁场角度，包括：
确定所述电机的目标定子磁场角度与所述当前转子磁场角度之间的夹角为180°±Δθ，所述Δθ为预设偏离夹角。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设偏离夹角不大于5°。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述控制所述第一相定子绕组的第一相电流和所述第二相定子绕组的第二相电流，包括：
控制所述第一相电流的幅值为
Figure FDA0003438551880000021
其中，所述I为所述电机处于充电模式时的充电电流值，所述θs为所述目标定子磁场角度。
9.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述控制所述第一相定子绕组的第一相电流和所述第二相定子绕组的第二相电流，包括：
在所述目标定子磁场角度为所述电机的可调定子磁场角度范围内的最大可调定子磁场角度的情况下，控制所述第一相电流的幅值为0。
10.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述控制所述第一相定子绕组的第一相电流和所述第二相定子绕组的第二相电流，包括：
在所述目标定子磁场角度为所述电机的可调定子磁场角度范围内的最小可调定子磁场角度的情况下，控制所述第二相电流的幅值为0。
11.根据权利要求1-10任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述目标定子磁场角度对应的堵转扭矩大于堵转扭矩阈值的情况下，将所述电机处于充电模式时的充电电流值降低为第一充电电流值。
12.根据权利要求1-10任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述目标定子磁场角度对应的堵转扭矩大于堵转扭矩阈值的情况下，将所述堵转扭矩阈值与所述目标定子磁场角度对应的堵转扭矩之间的比值确定为衰减系数；
将所述电机处于充电模式时的充电电流值降低为第二充电电流值，所述第二充电电流值由所述电机处于充电模式时的充电电流值和所述衰减系数确定。
13.根据权利要求1-12任一项所述的方法，其特征在于，所述电机位于电动车辆内。
14.一种电机的堵转扭矩控制装置，其特征在于，所述电机包括第一相定子绕组、第二相定子绕组和第三相定子绕组，所述电机处于充电模式时所述第一相定子绕组和所述第二相定子绕组并联后连接所述第三相定子绕组，所述装置包括：
获取模块，用于在所述电机处于充电模式的情况下，获取所述电机的当前转子磁场角度；
确定模块，用于根据所述当前转子磁场角度和预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定所述电机的目标定子磁场角度；
控制模块，用于控制所述第一相定子绕组的第一相电流和所述第二相定子绕组的第二相电流，以使所述电机的定子磁场角度为所述目标定子磁场角度。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述确定模块，包括：
定转子磁场夹角范围确定单元，用于根据所述当前转子磁场角度和所述电机的可调定子磁场角度范围，确定可调定转子磁场夹角范围；
目标定转子磁场夹角确定单元，用于根据所述预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定所述可调定转子磁场夹角范围对应的可调堵转扭矩范围，并将所述可调堵转扭矩范围中的最小堵转扭矩对应的定转子磁场夹角确定为目标定转子磁场夹角；
第一目标定子磁场角度确定单元，用于根据所述目标定转子磁场夹角和所述当前转子磁场角度确定所述电机的目标定子磁场角度。
16.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述确定模块，包括：
定转子磁场夹角确定单元，用于确定所述电机的可调定子磁场角度范围内最大定子磁场角度与所述当前转子磁场角度之间的第一定转子磁场夹角，以及最小定子磁场角度与所述当前转子磁场角度之间的第二定转子磁场角度；
堵转扭矩确定单元，用于根据所述预设定转子磁场夹角与堵转扭矩之间的映射关系，确定所述第一定转子磁场夹角对应的第一堵转扭矩和所述第二定转子磁场夹角对应的第二堵转扭矩；
第二目标定子磁场角度确定单元，用于将所述第一堵转扭矩和所述第二堵转扭矩中的较小值对应的定子磁场角度确定为所述目标定子磁场角度。
17.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述确定模块，用于确定所述电机的目标定子磁场角度为所述当前转子磁场角度。
18.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述确定模块，用于确定所述电机的目标定子磁场角度与所述当前转子磁场角度之间的夹角为180°。
19.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述确定模块，用于确定所述电机的目标定子磁场角度与所述当前转子磁场角度之间的夹角为180°±Δθ，所述Δθ为预设偏离夹角。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述预设偏离夹角不大于5°。
21.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述控制模块，用于控制所述第一相电流的幅值为
Figure FDA0003438551880000031
其中，所述I为所述电机处于充电模式时的充电电流值，所述θs为所述目标定子磁场角度。
22.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述控制模块，用于在所述目标定子磁场角度为所述电机的可调定子磁场角度范围内的最大可调定子磁场角度的情况下，控制所述第一相电流的幅值为0。
23.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述控制模块，用于在所述目标定子磁场角度为所述电机的可调定子磁场角度范围内的最小可调定子磁场角度的情况下，控制所述第二相电流的幅值为0。
24.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第一充电电流值调整模块，用于在所述目标定子磁场角度对应的堵转扭矩大于堵转扭矩阈值的情况下，将所述电机处于充电模式时的充电电流值降低为第一充电电流值。
25.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
衰减系数确定模块，用于在所述目标定子磁场角度对应的堵转扭矩大于堵转扭矩阈值的情况下，将所述堵转扭矩阈值与所述目标定子磁场角度对应的堵转扭矩之间的比值确定为衰减系数；
第二充电电流值调整模块，用于将所述电机处于充电模式时的充电电流值降低为第二充电电流值，所述第二充电电流值由所述电机处于充电模式时的充电电流值和所述衰减系数确定。
26.根据权利要求14-25任一项所述的装置，其特征在于，所述电机位于电动车辆内。
27.一种电动车辆，其特征在于，所述电动车辆包括如权利要求14-26任一项所述的堵转扭矩控制装置和所述电机。
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