CN115276484A - 一种电机控制方法、电驱动系统及电动汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机控制方法、电驱动系统及电动汽车，电机控制方法包括：响应于收到基于车辆所需的热量而确定的加热档位请求值，判断车辆状态；若车辆处于静止状态，则使目标交轴电流值为0，根据所述加热档位请求值查询预设的直轴电流表，得到目标直轴电流值；若车辆处于运行状态，则先根据电机实际转速、需求扭矩和所述加热档位请求值，确定参考转速，再根据参考转速、需求扭矩查询预设的电流表，得到目标直轴电流值和目标交轴电流值；根据目标直轴电流值和目标交轴电流值控制电机运行。本发明能控制电机在输出扭矩不变的情况下产生不同的热量，满足车辆对于电驱动系统热量的需求。
Description
技术领域
本发明属于电机控制领域，具体涉及一种电机控制方法、电驱动系统及电动汽车。
背景技术
在电动汽车中，电驱动系统包括电机控制器、电机和减速器，电机控制器控制电机运行，电机与减速器连接。电驱动系统的冷却方式主要有水冷和油冷两种（参见图1、图2）。
电驱动系统主要由电机控制器、电机和减速器三部分组成。
如图1所示，电机和电机控制器的冷却方式为水冷。整车热管理回路中的冷却液通过电控入水口（即电机控制器入水口）进入电机控制器壳体，给电机控制器冷却后冷却液从电控出水口（即电机控制器出水口）流入电机壳体，给电机冷却后从电机出水口流出回到整车热管理回路。冷却液流经电驱动系统后会带走电机控制器和电机所产生的绝大部分热量，该热量可用于对乘员舱加热或者对电池进行加热。
如图2所示，电机控制器的冷却方式为水冷，电机和减速器的冷却方式为油冷。电机和减速器共用油路进行油冷，冷却油来自于减速器内部的润滑油，润滑油依次经油泵、过滤器、油冷器后进入电机，给电机定转子冷却后再流回减速器，形成一个完整油冷回路。冷却液从电控入水口（即电机控制器入水口）流入，经电控出水口（即电机控制器出水口）流出后流入油冷器，与油冷系统进行换热，并从油冷器出水口流出后流回整车热管理回路。冷却液将热量传递给乘员舱或电池等其它部件。该冷却回路冷却液除了可以带走电机控制器和电机所产生的绝大部分热量外，还能带走减速器中齿轮和轴承所产生的热量，用于加热的热量更多，且对电驱动系统的冷却更为充分。
在这两种冷却方式中，电驱动系统运行所产生的热量大部分都传递给了车辆的冷却液。当车辆有其他部件需要加热时，可以通过冷却回路将这部分热量传递给需要加热的部件，这样便可以对电驱动系统运行过程中产生的废热加以利用。然而，电驱动系统在运行过程中的效率比较高，导致车辆在低负荷工况下能利用电驱动系统产生的热量比较少，难以满足车辆所需的热量，这将导致加热效果大大降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种电机控制方法、电驱动系统及电动汽车，以控制电机在输出扭矩不变的情况下产生不同的热量，满足车辆对于电驱动系统热量的需求，进而增加利用电驱动系统余热进行加热的适用场景。
本发明所述的电机控制方法，包括：
响应于收到基于车辆所需的热量而确定的加热档位请求值，判断车辆状态。
若车辆处于静止状态，则使目标交轴电流值为0，根据所述加热档位请求值查询预设的直轴电流表，得到目标直轴电流值；其中，所述预设的直轴电流表为通过标定获得的加热档位请求值与目标直轴电流值的对应关系表。车辆处于静止状态，使目标交轴电流值为0，通过改变目标直轴电流值，可以保证电机发热的同时无扭矩输出。
若车辆处于运行状态，则先根据电机实际转速、需求扭矩和所述加热档位请求值，确定参考转速，再根据参考转速、需求扭矩查询预设的电流表，得到目标直轴电流值和目标交轴电流值；其中，所述预设的电流表为基于效率最优原则标定获得的转速、需求扭矩与目标直轴电流值、目标交轴电流值的对应关系表。
根据目标直轴电流值和目标交轴电流值控制电机运行。
优选的，当车辆所需的热量小于预设的第一热量阈值时，收到的基于车辆所需的热量而确定的加热档位请求值为0；当车辆所需的热量大于或等于预设的第一热量阈值，且小于预设的第二热量阈值时，收到的基于车辆所需的热量而确定的加热档位请求值为1；当车辆所需的热量大于或等于预设的第二热量阈值时，收到的基于车辆所需的热量而确定的加热档位请求值为2；其中，预设的第一热量阈值小于预设的第二热量阈值。加热档位请求值由整车控制单元（即VCU）基于车辆所需的热量而确定。整车控制单元将确定的加热档位请求值发送给电机控制器。当加热档位请求值为0时，电驱动系统的效率最优，发热量最小。当加热档位请求值为1时，电驱动系统兼顾效率和发热量，保证提升发热量的同时不会出现过温。当加热档位请求值为2时，电驱动系统效率最低，发热量最大。
优选的，根据电机实际转速、需求扭矩和所述加热档位请求值，确定参考转速的方式为：
如果所述加热档位请求值为0，则将电机实际转速作为参考转速。加热档位请求值为0，表示此时车辆的热量需求较小，以电机实际转速作为参考转速查表，使电机以效率最优的方式运行，电驱动系统产生的热量即可满足车辆的热量需求。
如果所述加热档位请求值为1，则将该需求扭矩下的额定转速与电机实际转速中的较大值作为参考转速。加热档位请求值为1，表示此时车辆有一定的热量需求，将额定转速与电机实际转速中的较大值作为参考转速查表，电驱动系统兼顾效率和温升，使电机在保证发热量满足车辆的热量需求的同时以较优的效率运行，电机可以长时间以这种方式运行，持续为车辆提供热量。
如果所述加热档位请求值为2，则将该需求扭矩下的峰值转速作为参考转速。加热档位请求值为2，表示此时车辆有较大的热量需求，以峰值转速作为参考转速查表，以峰值转速对应的目标直轴、交轴电流值控制电机运行，电驱动系统能迅速产生满足车辆的热量需求的发热量，此时电机的效率最低。
优选的，所述需求扭矩下的额定转速通过根据需求扭矩查询预设的额定转速表得到；其中，所述预设的额定转速表为通过标定获得的需求扭矩与额定转速的对应关系表。所述需求扭矩下的峰值转速通过根据需求扭矩查询预设的峰值转速表得到；其中，所述预设的峰值转速表为通过标定获得的需求扭矩与峰值转速的对应关系表。通过查表的方式获得需求扭矩下的额定转速、峰值转速，实现容易。
优选的，所述预设的电流表中，在某个需求扭矩下，小于或等于V'的所有转速点对应的目标直轴电流值都等于i'd、目标交轴电流值都等于i'q；其中，V'为该需求扭矩下的MTPA（即最大转矩电流比）控制的最大转速，i'd为该需求扭矩下的MTPA（即最大转矩电流比）工况点的直轴电流值，i'q为该需求扭矩下的MTPA（即最大转矩电流比）工况点的交轴电流值。将预设的电流表中，在某个需求扭矩下，小于或等于V'的所有转速点对应的目标直轴电流值、目标交轴电流值都标定为该需求扭矩下的MTPA工况点的直轴电流值、交轴电流值，从而能使加热档位请求值为0时，电机始终以效率最优的方式运行，且电驱动系统产生的热量能满足车辆的热量需求。
优选的，所述预设的直轴电流表中，与加热档位请求值0对应的目标直轴电流值为0，与加热档位请求值1对应的目标直轴电流值为第一直轴电流，其中，第一直轴电流为使电机温度稳定在预设的电机工作温度范围内而需要的直轴电流。根据第一直轴电流和为0的目标交轴电流值控制电机运行，既保证了电机无扭矩输出，又保证了电驱动系统能持续产生满足车辆的热量需求的发热量。
优选的，与加热档位请求值2对应的目标直轴电流值为第二直轴电流；其中，第二直轴电流为使电机堵转运行预设时间而不过温的最大直轴电流。根据第二直轴电流和为0的目标交轴电流值控制电机运行，既保证了电机无扭矩输出，又保证了电驱动系统能迅速产生大量的热量以满足车辆的热量需求。
优选的，所述预设的电机工作温度范围为110℃~140℃，所述预设时间为30s。110℃~140℃是比较合理的电机工作温度范围，在车辆处于静止状态时，使电机温度维持在110℃~140℃，电驱动系统产生的发热量足以满足车辆的热量需求。30s是比较合理的时间，可以实现快速提供满足车辆的热量需求的发热量，也可以避免出现过温问题（即避免触发电机过温保护机制）。
本发明所述的电驱动系统，包括电机控制器、电机和减速器，所述电机控制器被编程以便执行上述电机控制方法。
本发明所述的电动汽车，包括上述电驱动系统。
本发明具有如下效果：
（1）在相同的需求扭矩下，根据不同的加热档位请求值和电机实际转速，选择不同的转速作为参考转速进行查表，从而能在低转速下，通过查找高转速下的电流工况点（即利用高转速查表）从而使得电驱动系统的发热量增加，同时保持输出扭矩不变，既不影响车辆的运行，又能满足车辆所需的热量，兼顾了车辆的经济性和加热的能量需求。
（2）在输出扭矩不变的情况下，提供了多种不同的加热模式（即电机运行模式）来产生不同的热量，以适应车辆对电驱动系统热量的需求，进而增加了利用电驱动系统余热进行加热的适用场景，能覆盖车辆驻车（即车辆处于静止状态）和行车（即车辆处于运行状态）两种工况，应用范围广泛，且无需额外增加成本，易于推广使用。
（3）加热档位请求值0、1、2依次对应弱、中、强三种热量需求，通过切换加热档位（即改变加热档位请求值）调节电驱动系统的发热量和电机效率，可以兼顾车辆的经济性和加热能量需求；当车辆在驻车或低负荷的工况下，仍能通过电驱动系统产生大量车辆所需的热量，从而提升了车辆废热回收的效果。
附图说明
图1为电驱动系统的一种冷却回路示意图。
图2为电驱动系统的另一种冷却回路示意图。
图3为本实施例中车辆控制单元确定加热档位请求值的示意图。
图4为本实施例中电机控制流程图。
图5为本实施例中预设的电流表的工况点示意图。
具体实施方式
本实施例中的电机控制方法由电机控制器执行，电机控制器能检测电机实际转速，能获取（收到）车辆控制单元（即VCU）发送的需求扭矩和加热档位请求值。
如图3所示，车辆控制单元根据车辆所需的热量而确定加热档位请求值。当车辆所需的热量小于预设的第一热量阈值时，确定加热档位请求值为0，并将加热档位请求值0发送给电机控制器；当车辆所需的热量大于或等于预设的第一热量阈值，且小于预设的第二热量阈值时，确定加热档位请求值为1，并将加热档位请求值1发送给电机控制器；当车辆所需的热量大于或等于预设的第二热量阈值时，确定加热档位请求值为2，并将加热档位请求值2发送给电机控制器。其中，预设的第一热量阈值小于预设的第二热量阈值。
如图4所示，该电机控制方法具体包括：
步骤一、判断是否收到加热档位请求值，如果是，则执行步骤二，否则结束。
步骤二、判断车辆是否处于静止状态，如果是，则执行步骤三，否则（即车辆处于运行状态时）执行步骤四。
步骤三、使目标交轴电流值为0，根据加热档位请求值查询预设的直轴电流表，得到目标直轴电流值，然后执行步骤十二。其中，预设的直轴电流表为通过标定获得的加热档位请求值与目标直轴电流值的对应关系表。预设的直轴电流表中，与加热档位请求值0对应的目标直轴电流值为0，与加热档位请求值1对应的目标直轴电流值为第一直轴电流，与加热档位请求值2对应的目标直轴电流值为第二直轴电流。第一直轴电流为使电机温度稳定在预设的电机工作温度范围（比如110℃~140℃）内而需要的直轴电流，第二直轴电流为使电机堵转运行预设时间（比如30s）而不过温的最大直轴电流。
步骤四、判断是否收到的加热档位请求值为0，如果是，则执行步骤五，否则执行步骤六。
步骤五、将电机实际转速作为参考转速，然后执行步骤十一。
步骤六、判断是否收到的加热档位请求值为1，如果是，则执行步骤七，否则（即收到的加热档位请求值为2时）执行步骤九。
步骤七、根据需求扭矩查询预设的额定转速表，得到需求扭矩下的额定转速，然后执行步骤八。其中，预设的额定转速表为通过标定获得的需求扭矩与额定转速的对应关系表。
步骤八、将该需求扭矩下的额定转速与电机实际转速中的较大值作为参考转速，然后执行步骤十一。
步骤九、据需求扭矩查询预设的峰值转速表，得到需求扭矩下的峰值转速，然后执行步骤十。其中，预设的峰值转速表为通过标定获得的需求扭矩与峰值转速的对应关系表。
步骤十、将该需求扭矩下的峰值转速作为参考转速，然后执行步骤十一。
步骤十一、根据参考转速、需求扭矩查询预设的电流表，得到目标直轴电流值和目标交轴电流值，然后执行步骤十二。其中，预设的电流表为基于效率最优原则标定获得的转速、需求扭矩与目标直轴电流值、目标交轴电流值的对应关系表。预设的电流表中，在某个需求扭矩下，小于或等于V'的所有转速点对应的目标直轴电流值都等于i'd、目标交轴电流值都等于i'q。V'为该需求扭矩下的MTPA（即最大转矩电流比）控制的最大转速，i'd为该需求扭矩下的MTPA（即最大转矩电流比）工况点的直轴电流值，i'q为该需求扭矩下的MTPA（即最大转矩电流比）工况点的交轴电流值。
步骤十二、根据目标直轴电流值和目标交轴电流值控制电机运行，然后结束。
图5示出了预设的电流表的工况点，图中曲线A为在10N·m下不同转速的电流工况点（即直轴电流值、交轴电流值）组成的电机的恒扭矩曲线。曲线上的a、b、c三个点分别对应3个不同的转速下按照效率最优原则标定得到的电流工况点，当电机转速在4000rpm（包括4000rpm）以下时，a点效率最优，且a点为10N·m下的MTPA（即最大转矩电流比）工况点，即4000rpm为10N·m下的MTPA控制的最大转速（即V'=4000rpm），转速6000rpm为b点效率最优，转速8000rpm为c点效率最优，且6000rpm为电机在10N·m下的额定转速，8000rpm为电机在10N·m下的峰值转速。
这三个点到坐标原点的距离表示输入电机的电流矢量的大小，a点、b点到c点的电流矢量依次增大。当电机工作在1000rpm、10N·m工况下，若加热档位请求值为0，则电机控制器将a点的直轴电流值作为目标直轴电流值、将a点的交轴电流值作为目标交轴电流值控制电机运行，此时效率最优，发热量最小。当电机工作在1000rpm、10N·m工况下，若加热档位请求值为1，则电机控制器将b点的直轴电流值作为目标直轴电流值、将b点的交轴电流值作为目标交轴电流值控制电机运行，此时发热量提升，且兼顾效率和温升，可以满足长时间运行。当电机工作在1000rpm、10N·m工况下，若加热档位请求值为2，则电机控制器将c点的直轴电流值作为目标直轴电流值、将c点的交轴电流值作为目标交轴电流值控制电机运行，此时发热量最大，电驱动系统可以迅速产生大量热量，但不能长时间运行。
本实施例还提供一种电驱动系统，包括电机控制器、电机和减速器。电机控制器被编程以便执行上述电机控制方法。
本实施例还提供一种电动汽车，该电动汽车包括上述电驱动系统。
Claims (10)
1.一种电机控制方法，其特征在于，包括：
响应于收到基于车辆所需的热量而确定的加热档位请求值，判断车辆状态；
若车辆处于静止状态，则使目标交轴电流值为0，根据所述加热档位请求值查询预设的直轴电流表，得到目标直轴电流值；其中，所述预设的直轴电流表为通过标定获得的加热档位请求值与目标直轴电流值的对应关系表；
若车辆处于运行状态，则先根据电机实际转速、需求扭矩和所述加热档位请求值，确定参考转速，再根据参考转速、需求扭矩查询预设的电流表，得到目标直轴电流值和目标交轴电流值；其中，所述预设的电流表为基于效率最优原则标定获得的转速、需求扭矩与目标直轴电流值、目标交轴电流值的对应关系表；
根据目标直轴电流值和目标交轴电流值控制电机运行。
2.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于：当车辆所需的热量小于预设的第一热量阈值时，收到的所述加热档位请求值为0；当车辆所需的热量大于或等于预设的第一热量阈值，且小于预设的第二热量阈值时，收到的所述加热档位请求值为1；当车辆所需的热量大于或等于预设的第二热量阈值时，收到的所述加热档位请求值为2；其中，预设的第一热量阈值小于预设的第二热量阈值。
3.根据权利要求2所述的电机控制方法，其特征在于，根据电机实际转速、需求扭矩和所述加热档位请求值，确定参考转速的方式为：
如果所述加热档位请求值为0，则将电机实际转速作为参考转速；
如果所述加热档位请求值为1，则将该需求扭矩下的额定转速与电机实际转速中的较大值作为参考转速；
如果所述加热档位请求值为2，则将该需求扭矩下的峰值转速作为参考转速。
4.根据权利要求3所述的电机控制方法，其特征在于，
所述需求扭矩下的额定转速通过根据需求扭矩查询预设的额定转速表得到；其中，所述预设的额定转速表为通过标定获得的需求扭矩与额定转速的对应关系表；
所述需求扭矩下的峰值转速通过根据需求扭矩查询预设的峰值转速表得到；其中，所述预设的峰值转速表为通过标定获得的需求扭矩与峰值转速的对应关系表。
5.根据权利要求1至4任一项所述的电机控制方法，其特征在于：所述预设的电流表中，在某个需求扭矩下，小于或等于V'的所有转速点对应的目标直轴电流值都等于i'd、目标交轴电流值都等于i'q；其中，V'为该需求扭矩下的MTPA控制的最大转速，i'd为该需求扭矩下的MTPA工况点的直轴电流值，i'q为该需求扭矩下的MTPA工况点的交轴电流值。
6.根据权利要求2至4任一项所述的电机控制方法，其特征在于：所述预设的直轴电流表中，与加热档位请求值0对应的目标直轴电流值为0，与加热档位请求值1对应的目标直轴电流值为第一直轴电流，其中，第一直轴电流为使电机温度稳定在预设的电机工作温度范围内而需要的直轴电流。
7.根据权利要求6所述的电机控制方法，其特征在于：与加热档位请求值2对应的目标直轴电流值为第二直轴电流；其中，第二直轴电流为使电机堵转运行预设时间而不过温的最大直轴电流。
8.根据权利要求7所述的电机控制方法，其特征在于：所述预设的电机工作温度范围为110℃~140℃，所述预设时间为30s。
9.一种电驱动系统，包括电机控制器、电机和减速器，其特征在于：所述电机控制器被编程以便执行如权利要求1至8任一项所述的电机控制方法。
10.一种电动汽车，其特征在于：包括如权利要求9所述的电驱动系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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