CN116208048A - 电机发热方法和装置、电机控制器、电动汽车及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机发热方法和装置、电机控制器、电动汽车及存储介质，涉及电动汽车技术领域，该方法应用于电机控制器，方法包括：获取电机发热指令；根据电机发热指令获得目标高频旋转电流矢量，目标高频旋转电流矢量包括目标电流幅值和目标旋转频率；根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，以产生电机损耗，电机损耗包括铜损和铁损。本发明解决了现有技术中电机发热存在三相绕组发热不均衡，影响电机性能的问题，实现了提升电动汽车中通过电机发热对动力电池加热的效率的效果。

Description

电机发热方法和装置、电机控制器、电动汽车及存储介质

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电机发热方法和装置、电机控制器、电动汽车及存储介质。

背景技术

电动汽车领域中，在低温环境下，会先对动力电池进行加热处理，再启动车辆。目前，对低温环境下电动汽车中动力电池加热的常用方式是电池对电机绕组放电。该过程中，除了电池自身的内阻会发热外，电机运行也会发热，然后通过热管理系统将电机发热产生的热量传递给电池，实现加热。

但该方式中，由于电机各相绕组的电流不同，存在三相绕组发热不均衡的问题，无法充分利用三相绕组的发热能力，发热多的一相绕组老化较快，容易影响电机性能。

发明内容

本发明的主要目的在于：提供一种电机发热方法和装置、电机控制器、电动汽车及存储介质，旨在解决现有技术中电机发热存在三相绕组发热不均衡，影响电机性能的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种电机发热方法，该方法包括：

获取电机发热指令；

根据电机发热指令获得目标高频旋转电流矢量，目标高频旋转电流矢量包括目标电流幅值和目标旋转频率；

根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，以产生电机损耗，电机损耗包括铜损和铁损。

可选地，上述电机发热方法中，根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，以产生电机损耗之后，该方法还包括：

获取电机发热停止指令；

根据电机发热停止指令控制电机退出失步运行模式。

可选地，上述电机发热方法中，该方法还包括：

在电机工作在失步运行模式的过程中，获取电机的温度；

当电机的温度达到过温保护阈值时，减小目标高频旋转电流矢量的目标电流幅值，并根据调整后的目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式。

可选地，上述电机发热方法中，根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，包括：

以旋转频率增长模式控制电机运行，在旋转频率增长模式下，用于控制电机运行的高频旋转电流矢量的电流幅值保持为零，旋转频率逐渐增加至目标旋转频率；

以电流幅值增长模式控制电机运行，在电流幅值增长模式下，用于控制电机运行的高频旋转电流矢量的旋转频率保持为目标旋转频率，电流幅值逐渐增加至目标电流幅值；

以电流幅值为目标电流幅值、旋转频率为目标旋转频率的高频旋转电流矢量控制电机运行。

可选地，上述电机发热方法中，控制电机退出失步运行模式，包括：

以电流幅值降低模式控制电机运行，在电流幅值降低模式下，用于控制电机运行的高频旋转电流矢量的电流幅值逐渐降低至零，旋转频率保持为目标旋转频率；

以旋转频率降低模式控制电机运行，在旋转频率降低模式下，用于控制电机运行的高频旋转电流矢量的旋转频率逐渐降低至零，电流幅值保持为零。

第二方面，本发明提供了一种电机发热装置，该装置包括：

指令获取模块，用于获取电机发热指令；

数据获取模块，用于根据电机发热指令获得目标高频旋转电流矢量，目标高频旋转电流矢量包括目标电流幅值和目标旋转频率；

电机控制模块，用于根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，以产生电机损耗，电机损耗包括铜损和铁损。

第三方面，本发明提供了一种电机控制器，电机控制器包括处理器和存储器，存储器上存储有电机发热程序，电机发热程序被处理器执行时，实现如上述的电机发热方法。

第四方面，本发明提供了一种电动汽车，包括：

动力电池；

热管理系统；

电机；

如上述的电机控制器，与电机连接，用于控制电机工作在失步运行模式，以产生电机损耗，电机损耗包括铜损和铁损；

热管理系统，用于将电机产生的热量传递至动力电池，以对动力电池进行加热。

第五方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被一个或多个处理器执行时，实现如上述的电机发热方法。

本发明提供的上述一个或多个技术方案，可以具有如下优点或至少实现了如下技术效果：

本发明提出的一种电机发热方法和装置、电机控制器、电动汽车及存储介质，通过获取电机发热指令，根据该电机发热指令获得包括目标电流幅值和目标旋转频率的目标高频旋转电流矢量，再根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，以产生包括铜损和铁损的电机损耗，实现电机发热的目的。本发明根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，保证电机三相绕组发热均衡，同时可以令电机产生额外的铁损，提高电机发热效率；此外，本发明中电机工作时的实际电流与控制电机的指令电流保持一致。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的这些附图获得其他的附图。

图1为本发明电机发热方法一实施例的流程示意图；

图2为本发明电动汽车的结构框图；

图3为本发明电机发热方法另一实施例的流程示意图；

图4为本发明电机发热方法另一实施例中目标高频旋转电流矢量与电机三相绕组的空间位置关系图；

图5为本发明电机发热装置的功能模块示意图；

图6为图5中电机控制模块的框图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，在本发明中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通，也可以是两个元件的相互作用关系。在本发明中，若有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，各个实施例的技术方案可以相互结合，但是，是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

电动汽车领域中，在低温环境下，动力电池的放电效率低，使得整车续航降低，并且在低温环境下，大电流充电会使电池析锂，对电池造成不可逆损害，降低电池安全性，因此，在低温环境时，会先对动力电池进行加热处理，再启动车辆。

对现有技术的分析发现，目前，对低温环境下电动汽车中动力电池加热的常用方式是电池对电机绕组放电。该过程中，除了电池自身的内阻会发热外，电机运行也会发热，然后通过热管理系统将电机发热产生的热量传递给电池，实现加热。具体过程为，当车辆静止时，电机控制器向电机输入指定的d轴电流，将q轴电流设置为零，确保无转矩输出，并根据当前转子位置，计算每一相电机绕组电流的幅值和相位；然后电流经过三相绕组，发热产生热量，该热量即可通过热管理系统传递给电池，实现电池加热的目的。但该方式中，由于电机各相绕组的电流不同，存在三相绕组发热不均衡的问题，并且，无法充分利用三相绕组的发热能力，发热多的一相绕组老化较快，容易影响电机性能，此外，该方式还存在电池加热效率较低的问题。

鉴于现有技术中电机发热存在三相绕组发热不均衡，影响电机性能的技术问题，本发明提供了一种电机发热方法，总体思路如下：

获取电机发热指令；根据电机发热指令获得目标高频旋转电流矢量，目标高频旋转电流矢量包括目标电流幅值和目标旋转频率；根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，以产生电机损耗，电机损耗包括铜损和铁损。

通过上述技术方案，实现了电机发热的目的。本申请提供的电机发热方案中根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，对电机的电流控制在高频旋转坐标系中实现，能够确保电机工作时的实际电流与注入到电机的指令电流之间不会存在衰减；由于电机工作在失步模式下，电机不会输出持续扭矩，在一个电周期内电机输出的平均扭矩为零，可以令电机保持静止；利用高频旋转电流控制电机的运行，保证电机三相绕组发热均衡的同时，电机产生额外的铁损，提高电机的发热效率。

下面结合附图，通过具体的实施例和实施方式对本发明提供的电机发热方法和装置、电机控制器、电动汽车及存储介质进行详细说明。

本申请实施例提供的电机发热方法可以应用于电动汽车。将本申请提供的电机发热方法应用于电动汽车中，可以利用电机发热的热量为动力电池加热或满足其他热量需求；当该方法应用于动力电池加热时，可以充分利用电机产生的铁损，提升电动汽车中通过电机发热对动力电池加热的效率。

实施例一

参照图1，如图1所示为电机发热方法的流程示意图，提出本发明电机发热方法的第一实施例，该电机发热方法可以应用于电机控制器。

具体的，该电机控制器中可以存储各种类型的数据，这些数据例如可以包括该电机控制器中任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，本实施例的电机控制器可以包括电机发热程序；该电机控制器可以调用存储的电机发热程序，并执行以下操作：

获取电机发热指令；根据电机发热指令获得目标高频旋转电流矢量，目标高频旋转电流矢量包括目标电流幅值和目标旋转频率；根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，以产生电机损耗。

基于上述的电机控制器，下面结合图1所示的流程示意图，对本实施例的电机发热方法进行详细描述。该方法可以包括以下步骤：

步骤S100：获取电机发热指令。

可选的，电机可以是永磁同步电机(PM)，通过该电机的工作可以产生一定的热量。利用电机工作产生热量时，有两个要求，一是电机绕组电流尽可能大，保证产生足够的热量；二是电机各相绕组发热要均匀，以便充分利用绕组发热能力。

可选的，电机控制器获取到电机发热指令时，确定电机的状态，当电机的状态为静止状态时，响应电机发热指令，当电机的状态为非静止状态时，不响应电机发热指令。

静止状态的判定可以由电机控制器自行检测确定，也可以由外部系统确定。由电机控制器自行检测时，可以由电机控制器实时检测电机转速，根据检测到的电机转速来确定电机呈静止状态，从而响应电机发热指令。

本实施例中，电机发热指令的获取方式，可以人为地，例如由用户通过按钮发起电机发热指令，再由电机控制器接收；也可以自动地，例如在电机控制器中自动生成电机发热指令。

步骤S200：根据电机发热指令获得目标高频旋转电流矢量，目标高频旋转电流矢量包括目标电流幅值和目标旋转频率。

可选的，电机发热指令中包括电机发热功率。该电机发热指令可以包括电机发热温度等其他与电机发热相关的指标。

可选的，目标高频旋转电流矢量可以直接由电机控制器从电机发热指令中提取出；或者，电机控制器中存储有电机发热功率与高频旋转电流矢量的对应关系，电机发热功率与高频旋转电流矢量的对应关系预先离线标定获得后存储在电机控制器中，通过电机控制器对电机发热指令中提取出电机发热功率后，根据电机发热功率与高频旋转电流矢量的对应关系得到。

步骤S300：根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，以产生电机损耗，电机损耗包括铜损和铁损。

具体的，电机控制器根据目标高频旋转电流矢量产生电机控制信号，从而产生相电流和相电压，输入到电机中，具体可以施加在电机定子端，实现控制电机工作在失步运行模式。此时，电机中铁的部分发热而引起的损失成为铁损，例如电机绕组铁芯、磁铁、磁轭等，电机中铜材部分发热而引起的损失成为铜损，例如线圈部分，线圈有电阻，流入电机的相电流在电阻上产生损耗。

电机工作在失步运行模式下，不会输出持续扭矩，可以专注于发热。

本实施例提供的电机发热方法，通过获取电机发热指令，根据该电机发热指令获得包括目标电流幅值和目标旋转频率的目标高频旋转电流矢量，再根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，以产生包括铜损和铁损的电机损耗，实现电机发热的目的；根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，保证电机三相绕组发热均衡，同时可以令电机产生额外的铁损，可以充分利用电机损耗所产生的热量，提高电机发热效率。

在一可选实施方式中，上述电机发热方法可以应用于电动汽车。电动汽车中设置有电机以及控制电机运行的电机控制器。该电机发热方法可以具体应用于该电动汽车的电机控制器，控制电机发热，以产生热量，电机发热产生的热量可以给动力电池加热，也可以给电动汽车的其他部件供热。

此处，以电机发热对动力电池加热为例进行说明，如图2所示的电动汽车，该电动汽车中包括设置有电机以及控制电机运行的电机控制器、动力电池和热管理系统，通过热管理系统将电机产生的热量传递至动力电池，以对动力电池进行加热。

可选的，电动汽车中给电机控制器下发指令时，可以通过主控系统产生指令并发送给电机控制器实现，因此，如图2所示，电动汽车中还可以有主控系统。

利用电机工作产生的热量对动力电池进行加热时，一般有两个要求，一是要保证电机产生足够的热量，使得电池可以快速加热到目标温度，二是要电机各相绕组发热均匀，以避免某一相绕组老化较快影响电机性能。

基于该电动汽车及其电机控制器，在该实施方式中，电机发热方法可以包括：

步骤A100：获取电机发热指令。

该电机发热指令可以由电机控制器自动或被动生成的方式获取得到，也可以由电动汽车的主控系统自动生成后发送给电机控制器的方式获取得到，例如主控系统在检测到外部环境温度较低，用户准备启动发车时，自动生成电机发热指令，然后将该电机发热指令发送给电机控制器。

可选的，电机控制器获取到电机发热指令时，确定电机的状态，当电机的状态为静止状态时，响应电机发热指令。

静止状态的判定可以由电机控制器自行检测实现，也可以由电动汽车的主控系统确定后，发送相应的信号指令给电机控制器实现。

当电机处于静止状态时，响应电机发热指令，实现在低温环境中电动汽车启动之前，利用电机发热对动力电池加热来保护电池，提高电池放电效率。

可选的，由电机控制器自行检测静止状态时，可以在电机控制器中增设转速检测模块来实时检测电机转速，根据该电机转速确定电机呈静止状态，以响应电机发热指令。

可选的，由电动汽车的主控系统确定静止状态时，可以由主控系统根据电机反馈信息、检测信息等数据确定电机呈静止状态，并生成一个信号指令，发送给电机控制器，以使电机控制器接收到该信号指令后，响应电机发热指令。

步骤A200：根据电机发热指令获得目标高频旋转电流矢量，目标高频旋转电流矢量包括目标电流幅值和目标旋转频率。

可选的，电机发热指令中包括电机发热功率。该电机发热功率可以根据动力电池需要加热的温度对应确定，比如可以预先根据电动汽车的配置确定后存储在主控系统中。

步骤A300：根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，以产生电机损耗，电机损耗包括铜损和铁损。

电机控制器根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，电机不会输出持续扭矩，即电机驱动不了电动汽车，保证电动汽车不会突然前行，以便实现电动汽车行驶前的电池预热。

该实施方式中，利用电机损耗所产生的热量对动力电池进行加热，在提升了电机发热效率的基础上，提升了电动汽车中通过电机发热对动力电池加热的效率。并且，电机额外产生的铁损可以进一步提升电机发热效率，从而进一步提升电动汽车中对动力电池加热的效率。

实施例二

基于同一发明构思，参照图3和图4，提出本发明电机发热方法的另一实施例。下面对本实施例的电机发热方法进行详细描述。如图3所示的流程示意图，该方法可以包括以下步骤：

步骤S100：获取电机发热指令。

其中，电机发热指令可以包含电机发热功率P_heat。

可选的，电机控制器获取到电机发热指令时，可以确定电机的状态，当电机的状态为静止状态时，响应电机发热指令，当电机的状态为非静止状态时，不响应电机发热指令。

可选的，响应电机发热指令包括从该电机发热指令中提取数据，得到电机发热功率P_heat。

步骤S200：根据电机发热指令获得目标高频旋转电流矢量。

其中，目标高频旋转电流矢量可以包括目标电流幅值和目标旋转频率。

进一步地，目标电流幅值和目标旋转频率可以根据电机发热功率P_heat和电机的NVH(Noise、Vibration、Harshness)特性预先离线标定得到，电机的NVH特性包括电机的噪声、振动与声振粗糙度。通过将预先得到的电机发热功率、电流幅值和旋转频率之间的对应关系存储在电机控制器中，获取到电机发热指令后，可以直接调用，节省了电机控制器的资源占用。此处考虑到电机的NVH特性来对应确定目标高频旋转电流矢量，可以保证电机失步运行，同时可以降低电机发热过程中的噪声。

步骤S300：根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，以产生电机损耗，电机损耗包括铜损和铁损。

本申请实施例中，电机发热功率P_heat由两部分构成：

P_heat＝P_Cu(I_s,ω_f)+P_Fe(I_s,ω_f)

其中，铜损P_Cu和铁损P_Fe均是用于控制电机运行的高频旋转电流矢量i_s的电流幅值I_s以及旋转频率ω_f的增函数。

通过高频旋转电流矢量i_s来控制电机工作在失步运行模式，可以使电机三相绕组发热均匀，并且电机可以产生较多的铁损，提升了电机发热效率。

步骤S400：获取电机发热停止指令。

可选的，电机发热停止指令可以由外部系统生成并发送，例如当外部系统检测到电机发热热量达到设定热量时，生成电机发热停止指令并下发至电机控制器，电机控制器即可获取到电机发热停止指令；电机发热停止指令也可以由电机控制器自行生成，例如当检测到电机实际发热功率达到电机发热指令要求的电机发热功率P_heat时或者当检测到电机发热的热量达到要求的热量时，自动生成该电机发热停止指令，具体还可以根据实际需要设置；本申请实施例对此不作限定。

步骤S500：根据电机发热停止指令控制电机退出失步运行模式。

在基于上述实施例的可选实施例中，上述步骤S300，即步骤“根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式”可以由如下步骤实现：

步骤S310：以旋转频率增长模式控制电机运行，在旋转频率增长模式下，用于控制电机运行的高频旋转电流矢量i_s的电流幅值I_s保持为零，旋转频率ω_f逐渐增加至目标旋转频率。

可选的，旋转频率ω_f逐渐增加至目标旋转频率的方式可以为按照预设频率步长逐步增加至目标旋转频率。

当旋转频率ω_f达到目标旋转频率时，执行步骤S320。

步骤S320：以电流幅值增长模式控制电机运行，在电流幅值增长模式下，用于控制电机运行的高频旋转电流矢量i_s的旋转频率ω_f保持为目标旋转频率，电流幅值I_s逐渐增加至目标电流幅值。

可选的，电流幅值I_s逐渐增加至目标电流幅值的方式可以为按照预设幅值步长逐步增加至目标电流幅值。

当电流幅值I_s达到目标电流幅值时，执行步骤S330。

步骤S330：以电流幅值I_s为目标电流幅值、旋转频率ω_f为目标旋转频率的高频旋转电流矢量i_s控制电机运行。

可选的，对用于控制电机运行的高频旋转电流矢量i_s进行动态调整，先按预设频率步长将旋转频率ω_f按照预设频率步长逐渐增加至目标旋转频率，该过程中电流幅值I_s保持为零；当旋转频率ω_f达到目标旋转频率后，再按预设幅值步长将电流幅值I_s增加至目标电流幅值，该过程中旋转频率ω_f保持为目标旋转频率；然后在其电流幅值I_s达到目标电流幅值后，保持以该目标电流幅值作为电流幅值I_s，该目标旋转频率作为旋转频率ω_f的高频旋转电流矢量i_s，即实现使电机工作在失步运行模式下。

控制电机运行时，通过在线调节高频旋转电流矢量i_s的电流幅值I_s和旋转频率ω_f来对应调整电机工作模式的方式，先增加旋转频率ω_f，再增加电流幅值I_s，可以确保电机实现失步运行，若反过来，先增加电流幅值I_s，再增加旋转频率ω_f，可能会达不到失步效果。

可选的，上述步骤S500，即步骤“根据电机发热停止指令控制电机退出失步运行模式”，可以由如下步骤实现：

步骤S510：以电流幅值降低模式控制电机运行，在电流幅值降低模式下，用于控制电机运行的高频旋转电流矢量i_s的电流幅值I_s逐渐降低至零，旋转频率ω_f保持为目标旋转频率。

可选的，电流幅值I_s逐渐降低至零的方式可以为按照预设幅值步长逐步降低至零。此处的预设幅值步长与步骤S320中的预设幅值步长可以一致，也可以不一致，具体可以根据实际需要设置。

当电流幅值I_s降低到零时，执行步骤S520。

步骤S520：以旋转频率降低模式控制电机运行，在旋转频率降低模式下，用于控制电机运行的高频旋转电流矢量i_s的旋转频率ω_f逐渐降低至零，电流幅值I_s保持为零。

可选的，旋转频率ω_f逐渐降低至零的方式可以为按照预设频率步长逐步降低至零。此处的预设频率步长与步骤S310中的预设频率步长可以一致，也可以不一致，具体可以根据实际需要设置。

本实施例中，先将电流幅值I_s按照预设幅值步长减小至零，该过程中旋转频率ω_f保持不变；当电流幅值I_s减小至零后，旋转频率ω_f再按照预设频率步长减小至零。电流幅值I_s先降低，可以保证电机不再继续发热；之后再降低旋转频率ω_f，可以保证电机静止。

因为如果电机有电流输入，电机可能会继续发热，从而可能会导致电机发热超出设定温度，容易造成其他问题。

本申请实施例的可选实施例中，电机控制器控制电机运行的过程为：

在确定用于控制电机运行的高频旋转电流矢量i_s的电流幅值I_s和旋转频率ω_f后，可以获得指令电流i_{s_ref}。

具体的，指令电流i_{s_ref}包括指令电流d轴分量i_{d_ref}和指令电流q轴分量i_{q_ref}。可以根据高频旋转电流矢量i_s的电流幅值I_s、初始相位θ₀，确定指令电流d轴分量i_{d_ref}和指令电流q轴分量i_{q_ref}，具体计算式为：

i_{d_ref}＝I_s·cos(θ₀)

i_{q_ref}＝I_s·sin(θ₀)

此处，可以设定初始相位θ₀＝0，即可得到i_{d_ref}＝i_{s_ref}，i_{q_ref}＝0。

其次，根据指令电流i_{s_ref}和电机的反馈电流进行PI调节，得到电压信号，其中，对电机的电流控制基于高频旋转坐标系进行。

可选的，反馈电流包括反馈电流d轴分量i_d和反馈电流q轴分量i_q，具体可以根据实时检测的电机三相绕组电流和相位θ_f进行abc/dq变换得到。其中，abc/dq变换为abc坐标系(三相旋转坐标系)到dq坐标系(两相旋转坐标系)的坐标系变换。

三相绕组电流包括U相绕组电流i_u、V相绕组电流i_v、W相绕组电流i_w，可以通过检测电机U、V、W三相绕组的瞬时电流得到；相位θ_f为相电压与相电流之间的相位差，可以根据高频旋转电流矢量i_s的旋转频率ω_f和初始相位θ₀得到，具体计算式为：

θ_f＝∫ω_fdt+θ₀

本实施例中，进行PI调节之前，可以先计算指令电流i_{s_ref}与反馈电流的差值，具体分别计算指令电流d轴分量i_{d_ref}与反馈电流d轴分量i_d之间的幅值差，得到d轴幅值差ΔI_d，以及指令电流q轴分量i_{q_ref}与反馈电流q轴分量i_q之间的幅值差，得到q轴幅值差ΔI_q，具体计算式为：

ΔI_d＝i_{sd_ref}-i_d

ΔI_q＝i_{sq_ref}-i_q

得到指令电流i_{s_ref}与反馈电流的差值后，进行基于高频旋转坐标系的PI调节，具体可以将d轴幅值差ΔI_d和q轴幅值差ΔI_q输入到高频旋转坐标系下的PI调节器(Proportional Integral Controller，比例积分控制器)中实现，从而由PI调节器输出对应的电压信号。

采用高频旋转坐标系下的PI调节器可以使得电机实际产生的相电流与指令电流保持一致。相较于现有技术中基于交流电采用的同步坐标系下的PI调节器，此处的PI调节器是对直流电进行处理，针对直流电，采用高频旋转坐标系下的PI调节器，对直流电的控制精度以及对直流电指令的跟随程度更好，从而可以提高控制电流调节的效果。

然后，对电压信号进行空间矢量脉宽调制(SVPWM，Space Vector Pulse WidthModulation)，得到脉宽调制信号。

可选的，可以先对电压信号进行dq/αβ变换，再采用SVPWM实现脉宽调制信号的生成，输出脉宽调制信号。dq/αβ变换为dq坐标系(两相旋转坐标系)到αβ坐标系(两相静止坐标系)的坐标线性变换。

本实施例中，先根据电压信号以及相位θ_f，进行dq/αβ变换，再对该转换后的基于αβ坐标系的电压信号进行空间矢量脉宽调制，得到脉宽调制信号。

最后，根据脉宽调制信号控制逆变器驱动电机按该高频旋转电流矢量i_s的电流幅值I_s和旋转频率ω_f工作。

可选的，脉宽调制信号可以输入到逆变器中，使逆变器驱动电机工作，产生电机损耗，实现电机发热。

本实施例中，可以根据脉宽调制信号和直流电压V_DC进行逆变，通过逆变器进行逆变，将直流电转换为交流电，再施加到电机定子端，使电机工作在失步运行模式。可选地，可以通过直流电源提供直流电压V_DC，给逆变器供电。

上述电机控制器控制电机运行的过程中，控制电机运行时，电机三相绕组的指令电流计算式为：

I_u＝I_s·cos(θ_f)

I_v＝I_s·cos(θ_f-2π/3)

I_w＝I_s·cos(θ_f+2π/3)

其中，I_u表示U相指令电流、I_v表示V相指令电流、I_w表示W相指令电流。

根据上述方式控制电机运行，将该三相指令电流与电机工作时实际的三相绕组电流相比较，可以知道，实际电流与指令电流之间差别不大，说明了本实施例中电机工作时的实际电流与控制电机的指令电流保持一致，保证了电机的发热功率，以便后续更好地利用电机发热产生的热量。

如图4所示为高频旋转电流矢量与电机三相绕组的空间位置关系图，结合上述电机三相绕组的指令电流计算式可以看出，本实施例中电机的三相绕组指令电流的相位相差120度，三相绕组电流平衡，说明了本实施例中电机三相绕组发热均匀，以便充分获取到电机发热产生的热量，且不会对电机造成较大损伤。

此外，基于电机扭矩计算式：

其中，T_e表示电机扭矩，p表示电机极对数，ψ_f表示电机转子磁链，L_d表示电机电感d轴分量，L_q表示电机电感q轴分量；

可见，在电机的一个电周期内，平均扭矩为零，证明了电机工作在失步运行模式下，不会输出持续扭矩。

在上述实施例的一可选实施方式中，该电机发热方法还可以包括：

步骤S600：在电机工作在失步运行模式的过程中，获取电机的温度。

可选的，在电机失步运行过程中，实时获取电机的温度，或，按预定周期获取电机的温度。

步骤S700：当电机的温度达到过温保护阈值时，减小目标高频旋转电流矢量的目标电流幅值，并根据调整后的目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式。

可选的，在按步骤S310-S330控制电机运行，使电机工作在失步运行模式的过程中，可以检测电机的温度，当检测到电机的温度达到过温保护阈值时，可以减小目标高频旋转电流矢量中的目标电流幅值，作为新的目标电流幅值，结合前述的目标旋转频率，对应控制电机继续工作在失步运行模式。

过温保护阈值可以是门限值或范围值，具体可以根据实际需要设置。

步骤S600和S700为电机提供了温度保护，防止发热过大，影响电机后续生产工作和寿命。

本实施例提供的电机发热方法，解决了现有电机绕组发热不均衡，电机铁损未被充分利用的问题。

在上述实施例的一可选实施方式中，上述电机发热方法可以应用于如图2所示的电动汽车。电动汽车中设置有电机、控制电机运行的电机控制器。此处，以电机发热对动力电池加热为例进行说明。相较于传统的给动力电池增设加热装置的方案，通过本实施例的方法控制电机绕组发热，以电机产生的热量来加热动力电池，可以降低成本并节省内部空间。

可选的，如图2所示，该电动汽车中还可以有动力电池、热管理系统和主控系统。

基于该电动汽车及其电机控制器，该具体实施方式中，电机发热方法可以包括：

步骤A100：获取电机发热指令。

可选的，电机控制器获取到电机发热指令时，确定电机的状态，当电机的状态为静止状态时，响应电机发热指令。

步骤A200：根据电机发热指令获得目标高频旋转电流矢量，目标高频旋转电流矢量包括目标电流幅值和目标旋转频率。

可选的，电机发热指令中包括电机发热功率。

步骤A300：根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，以产生电机损耗，电机损耗包括铜损和铁损。

在上述具体实施方式的可选实施例中，上述步骤A300，即步骤“根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，以产生电机损耗”可以由如下步骤实现：

步骤A310：以旋转频率增长模式控制电机运行，在旋转频率增长模式下，用于控制电机运行的高频旋转电流矢量i_s的电流幅值I_s保持为零，旋转频率ω_f逐渐增加至目标旋转频率；

步骤A320：以电流幅值增长模式控制电机运行，在电流幅值增长模式下，用于控制电机运行的高频旋转电流矢量i_s的旋转频率ω_f保持为目标旋转频率，电流幅值I_s逐渐增加至目标电流幅值；

步骤A330：以电流幅值I_s为目标电流幅值、旋转频率ω_f为目标旋转频率的高频旋转电流矢量i_s控制电机运行。

上述步骤A310-A330的具体实施方式可以参照上述实施例的具体描述，其中，电机控制器控制电机运行的具体过程也可以参照上述实施例的具体描述，此处不再赘述。

在上述具体实施方式的可选实施例中，上述步骤A300，即步骤“根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，以产生电机损耗”之后，针对电机产生电机损耗后对应产生的热量，可以用于对动力电池进行加热。

可选的，对动力电池进行加热包括通过电动汽车中的热管理系统将电机产生的热量传递给动力电池，实现对动力电池的加热。通过热管理系统传递到动力电池处，此时，动力电池除了自身的内阻产生的热量之外，更多的热量来源于电机绕组，相比现有技术，加大了热量的产生，以便更快地达到预设温度，提高了动力电池加热的效率。

在上述具体实施方式的可选实施例中，上述步骤A300之后，该电机发热方法还可以包括：

步骤A400：获取电机发热停止指令。

可选的，电机控制器获取电机发热停止指令，可以由电机控制器自行生成，也可以由主控系统生成并发送，例如当主控系统检测到电动汽车中动力电池的温度达到设定温度时，生成电机发热停止指令并下发至电机控制器。

步骤A500：根据电机发热停止指令控制电机退出失步运行模式。

可选的，上述步骤A500可以由如下步骤实现：

步骤A510：以电流幅值降低模式控制电机运行，在电流幅值降低模式下，用于控制电机运行的高频旋转电流矢量i_s的电流幅值I_s逐渐降低至零，旋转频率ω_f保持为目标旋转频率；

步骤A520：以旋转频率降低模式控制电机运行，在旋转频率降低模式下，用于控制电机运行的高频旋转电流矢量i_s的旋转频率ω_f逐渐降低至零，电流幅值I_s保持为零。

上述步骤A510和A520的具体实施方式可以参照上述实施例的具体描述，此处不再赘述。

该具体实施方式中，该电机工作在失步运行模式下，不会输出持续扭矩，即电机驱动不了电动汽车，此时电机工作，但电动汽车并未前行，保证了电动汽车不会突然前行，以便实现电动汽车行驶前的电池预热。并且，在电机发热效率高的基础上，提高了电池预热效率，实现了在温度较低的应用环境中快速达到预设电池温度，以便正常启动电动汽车的效果，同时还可以增加电动汽车中动力电池的寿命。

需要说明，上述方法实施例及其各个步骤的具体实施方式中更多实施细节可以参见实施例一中具体实施方式的描述，为了说明书的简洁，此处不再重复赘述。

实施例三

基于同一发明构思，参照图5，提出本发明电机发热装置的第一实施例，该装置可以为虚拟装置。下面结合图5所示电机发热装置的功能模块示意图，对本实施例提供的电机发热装置进行详细描述，该装置可以包括：

指令获取模块，用于获取电机发热指令；

数据获取模块，用于根据电机发热指令获得目标高频旋转电流矢量，目标高频旋转电流矢量包括目标电流幅值和目标旋转频率；

电机控制模块，用于根据目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，以产生电机损耗，电机损耗包括铜损和铁损。

进一步地，该电机发热装置还可以包括：

指令获取模块，还用于获取电机发热停止指令；

电机控制模块，还用于根据电机发热停止指令控制电机退出失步运行模式。

进一步地，该电机发热装置还可以包括：

温度检测模块，用于在电机工作在失步运行模式的过程中，获取电机的温度；

数据获取模块，还用于当电机的温度达到过温保护阈值时，减小目标高频旋转电流矢量的目标电流幅值，并根据调整后的目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式。

进一步地，如图6所示为电机控制模块的框图，电机控制模块可以包括：

模式切换单元，用于以旋转频率增长模式控制电机运行，在旋转频率增长模式下，用于控制电机运行的高频旋转电流矢量的电流幅值保持为零，旋转频率逐渐增加至目标旋转频率；以电流幅值增长模式控制电机运行，在电流幅值增长模式下，用于控制电机运行的高频旋转电流矢量的旋转频率保持为目标旋转频率，电流幅值逐渐增加至目标电流幅值；以电流幅值为目标电流幅值、旋转频率为目标旋转频率的高频旋转电流矢量控制电机运行。

更进一步地，模式切换单元，还用于以电流幅值降低模式控制电机运行，在电流幅值降低模式下，用于控制电机运行的高频旋转电流矢量的电流幅值逐渐降低至零，旋转频率保持为目标旋转频率；以旋转频率降低模式控制电机运行，在旋转频率降低模式下，用于控制电机运行的高频旋转电流矢量的旋转频率逐渐降低至零，电流幅值保持为零。

更进一步地，电机控制模块还可以包括：

相位计算单元，用于根据用于控制电机运行的高频旋转电流矢量i_s的旋转频率ω_f和初始相位θ₀，得到相位θ_f；

abc/dq变换单元，如图6所示的abc/dq，用于根据实时检测的电机三相绕组电流和相位θ_f进行abc/dq变换，得到反馈电流，三相绕组电流包括U相绕组电流i_u、V相绕组电流i_v、W相绕组电流i_w，反馈电流包括反馈电流d轴分量i_d和反馈电流q轴分量i_q；

模式切换单元，还用于确定用于控制电机运行的高频旋转电流矢量i_s的电流幅值I_s和旋转频率ω_f，获得指令电流i_{s_ref}，指令电流i_{s_ref}包括指令电流d轴分量i_{d_ref}和指令电流q轴分量i_{q_ref}；

PI调节单元，如图6所示的两个PI，用于根据指令电流i_{s_ref}和反馈电流进行PI调节，得到电压信号；具体分别计算指令电流d轴分量i_{d_ref}与反馈电流d轴分量i_d之间的幅值差，得到d轴幅值差ΔI_d，以及指令电流q轴分量i_{q_ref}与反馈电流q轴分量i_q之间的幅值差，得到q轴幅值差ΔI_q，再将d轴幅值差ΔI_d和q轴幅值差ΔI_q输入到高频旋转坐标系下的PI调节器，输出电压信号；

dq/αβ变换单元，如图6所示的dq/αβ，用于根据电压信号以及相位θ_f，进行dq/αβ变换，得到基于αβ坐标系的电压信号；

脉宽调制单元，如图6所示的SVPWM，用于对基于αβ坐标系的电压信号进行空间矢量脉宽调制，得到脉宽调制信号；

逆变器驱动单元，如图6所示的逆变器，用于根据脉宽调制信号驱动电机按高频旋转电流矢量i_s的电流幅值I_s和旋转频率ω_f工作，实现电机发热。

需要说明，图5和图6中示出的结构并不构成对本发明电机发热装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。本实施例提供的电机发热装置中各个模块及其内部器件可实现的功能和对应达到的技术效果可以参照本发明电机发热方法各个实施例中具体实施方式的描述，为了说明书的简洁，此处不再赘述。

实施例四

基于同一发明构思，本实施例提供了一种电机控制器。该电机控制器可以包括处理器和存储器，存储器上存储有电机发热程序，电机发热程序被处理器执行时，实现如上述实施例一或实施例二的电机发热方法。

具体的，存储器用于存储各种类型的数据，这些数据例如可以包括该电机控制器中任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static RandomAccess Memory，简称SRAM)，随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘等；可选的，存储器还可以是独立于处理器的存储装置。

处理器用于调用存储器中存储的电机发热程序，并执行如上述的电机发热方法，处理器可以是专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(DigitalSignal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件，用于执行如上述电机发热方法各个实施例的全部或部分步骤。

需要说明，实际应用中的电机控制器，可以包括比上述更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。由于本实施例采用了上述电机发热方法实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

实施例五

基于同一发明构思，参照图2的结构框图，本实施例提供了一种电动汽车，该电动汽车可以包括：

动力电池；

热管理系统；

电机；

电机控制器，与电机连接，用于控制电机工作在失步运行模式，以产生电机损耗，电机损耗包括铜损和铁损；

热管理系统，分别与电机和动力电池连接，用于将电机产生的热量传递至动力电池，以对动力电池进行加热。

进一步地，电动汽车还可以包括：

主控系统，与电机控制器连接，用于产生电机发热指令并发送给电机控制器。

需要说明，图2中示出的结构并不构成对本发明电动汽车的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

实施例六

基于同一发明构思，本实施例提供了一种计算机可读存储介质，如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器等等，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序可被一个或多个处理器执行，该计算机程序被处理器执行时可以实现本发明电机发热方法各个实施例的全部或部分步骤。

需要说明，上述本发明实施例序号仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上实施例仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种电机发热方法，其特征在于，所述方法包括：

获取电机发热指令；

根据所述电机发热指令获得目标高频旋转电流矢量，所述目标高频旋转电流矢量包括目标电流幅值和目标旋转频率；

根据所述目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，以产生电机损耗，所述电机损耗包括铜损和铁损。

2.如权利要求1所述的电机发热方法，其特征在于，所述根据所述目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，以产生电机损耗之后，所述方法还包括：

获取电机发热停止指令；

根据所述电机发热停止指令控制所述电机退出所述失步运行模式。

3.如权利要求1所述的电机发热方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述电机工作在失步运行模式的过程中，获取所述电机的温度；

当所述电机的温度达到过温保护阈值时，减小所述目标高频旋转电流矢量的目标电流幅值，并根据调整后的目标高频旋转电流矢量控制所述电机工作在失步运行模式。

4.如权利要求1至3任一项所述的电机发热方法，其特征在于，所述根据所述目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，包括：

以旋转频率增长模式控制所述电机运行，在所述旋转频率增长模式下，用于控制电机运行的高频旋转电流矢量的电流幅值保持为零，旋转频率逐渐增加至所述目标旋转频率；

以电流幅值增长模式控制所述电机运行，在所述电流幅值增长模式下，用于控制电机运行的高频旋转电流矢量的所述旋转频率保持为所述目标旋转频率，所述电流幅值逐渐增加至所述目标电流幅值；

以所述电流幅值为所述目标电流幅值、所述旋转频率为所述目标旋转频率的高频旋转电流矢量控制所述电机运行。

5.如权利要求2所述的电机发热方法，其特征在于，所述控制所述电机退出所述失步运行模式，包括：

以电流幅值降低模式控制所述电机运行，在所述电流幅值降低模式下，用于控制电机运行的高频旋转电流矢量的电流幅值逐渐降低至零，旋转频率保持为所述目标旋转频率；

以旋转频率降低模式控制所述电机运行，在所述旋转频率降低模式下，用于控制电机运行的高频旋转电流矢量的所述旋转频率逐渐降低至零，所述电流幅值保持为零。

6.一种电机发热装置，其特征在于，所述装置包括：

指令获取模块，用于获取电机发热指令；

数据获取模块，用于根据所述电机发热指令获得目标高频旋转电流矢量，所述目标高频旋转电流矢量包括目标电流幅值和目标旋转频率；

电机控制模块，用于根据所述目标高频旋转电流矢量控制电机工作在失步运行模式，以产生电机损耗，所述电机损耗包括铜损和铁损。

7.一种电机控制器，其特征在于，所述电机控制器包括处理器和存储器，所述存储器上存储有电机发热程序，所述电机发热程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1至5中任一项所述的电机发热方法。

8.一种电动汽车，其特征在于，包括：

动力电池；

热管理系统；

电机；

如权利要求7所述的电机控制器，与所述电机连接，用于控制所述电机工作在失步运行模式，以产生电机损耗，所述电机损耗包括铜损和铁损；

所述热管理系统，用于将所述电机产生的热量传递至所述动力电池，以对所述动力电池进行加热。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，实现如权利要求1至5中任一项所述的电机发热方法。

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