CN112133987A - 一种动力电池的加热控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种动力电池的加热控制方法及装置，应用于电机控制器，所述电机控制器通过直流母线与动力电池相连，该一种动力电池的加热控制方法包括：在检测到动力电池加热需求时，生成永磁同步电机的d轴电流指令和q轴电流指令，其中所述d轴电流指令指示产生周期性正负交替的电流，所述q轴电流指令指示产生值为0的电流；根据所述d轴电流指令和q轴电流指令，在所述直流母线侧生成用于对动力电池加热的交流电。本发明通过生成特定的d轴电流指令和q轴电流指令，从而产生交流电，在动力电池的内部对动力电池进行加热，避免设置外部热源对动力电池加热。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池加热领域，特别涉及一种动力电池的加热控制方法及装置。
背景技术
一般来说，大多数电化学电池，包括铅酸、镍镉、镍氢、锂离子或锂聚合物电池，其最大允许输出功率与温度有关，在寒冷气候条件下，电池无法输出最大功率。在电动汽车领域，综合车辆续驶里程、车重等多方面因素的考虑，目前主流的电动汽车厂商普遍采用锂离子盐电池作为车辆的动力电池；而相对于其它类型电池，如铅酸电池、镍氢电池等，锂离子电池的新能受温度的影响更加明显。现阶段，在电动汽车动力电池技术尚未获得突破的现状下，低温下的动力电池加热是车辆的必备功能，以此来保证车辆在低温工况下能够正常工作。
传统上，已知的加热车辆电池的方法主要为外部热源加热法，即通过在动力电池中加入专门的电加热系统实现动力电池的加热功能，例如加热夹套或加热器，从外部向动力电池施加热量。遗憾的是，这种方法并不能获得令人满意的效果，原因为与动力电池内部温度的小幅增加相比，产生这些额外热量所消耗的电池能量相对较高，即动力电池消耗的能量仅有部分用于提升动力电池的温度。从而使得在利用动力电池中的能量对动力电池进行加热的过程中，动力电池的能量利用率较低。另外，由于电动汽车在运行过程中全部的能量来源于其内部的动力电池，在人们关于电动汽车“里程焦虑”问题尚未完全消除的状态下，加热动力电池所消耗的电能将会降低车辆的续驶里程，因此被民众所诟病。
发明内容
本发明提供了一种动力电池的加热控制方法及装置，用以解决现有技术中通过外部热源对动力电池进行加热导致动力电池中能量利用率较低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
依据本发明的一个方面，提供了一种动力电池的加热控制方法，应用于电机控制器，所述电机控制器通过直流母线与动力电池相连，包括：
在检测到动力电池加热需求时，生成永磁同步电机的d轴电流指令和q轴电流指令，其中所述d轴电流指令指示产生周期性正负交替的电流，所述q轴电流指令指示产生值为0的电流；
根据所述d轴电流指令和q轴电流指令，在所述直流母线侧生成用于对动力电池加热的交流电。
可选的，所述生成永磁同步电机的d轴电流指令的步骤包括：
根据预设函数以及预先获取的d轴电流幅值，得到d轴电流值，其中所述预设函数为周期函数，并且每个周期中的前半周期和后半周期的函数值为一正一负；
根据所述d轴电流值，生成d轴电流指令。
可选的，所述预设函数为正弦函数。
可选的，预先获取d轴电流幅值的步骤包括：
获取动力电池的需求加热功率以及动力电池的制热功率；
根据所述需求加热功率和制热功率，通过PI(比例调节和积分调节，ProportionalIntegral)控制得到d轴电流幅值。
可选的，所述根据所述需求加热功率和制热功率，通过PI控制得到d轴电流幅值的步骤包括：
将所述需求加热功率减去制热功率，得到功率偏差；
根据所述功率偏差、预设比例系数以及预设积分系数，得到d轴电流幅值。
可选的，在所述通过PI控制得到d轴电流幅值的步骤之后，所述加热控制方法还包括：
根据预设安全电流范围对所述d轴电流幅值进行限制，得到限制后的d轴电流幅值；
所述根据预设函数以及预先获取的d轴电流幅值，得到d轴电流值的步骤包括：
根据预设函数以及限制后的d轴电流幅值，得到d轴电流值。
可选的，所述根据所述d轴电流指令和q轴电流指令，在所述直流母线侧生成用于对动力电池加热的交流电的步骤包括：
根据所述d轴电流指令和q轴电流指令，控制所述电机控制器中绝缘栅双极型晶体管模块的绝缘栅双极型晶体管的关断和导通，在所述直流母线侧生成用于对动力电池加热的交流电。
依据本发明的又一个方面，提供了一种动力电池的加热控制装置，应用于电机控制器，所述电机控制器通过直流母线与动力电池相连，包括：
生成模块，用于在检测到动力电池加热需求时，生成永磁同步电机的d轴电流指令和q轴电流指令，其中所述d轴电流指令指示产生周期性正负交替的电流，所述q轴电流指令指示产生值为0的电流；
交流加热模块，用于根据所述d轴电流指令和q轴电流指令，在所述直流母线侧生成用于对动力电池加热的交流电。
依据本发明的又一个方面，提供了一种电机控制器，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的动力电池的加热控制方法的步骤。
依据本发明的又一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的动力电池的加热控制方法的步骤。
本发明的有益效果是：
上述技术方案，在检测到动力电池加热需求时，生成永磁同步电机的d轴电流指令和q轴电流指令。由于d轴电流指令指示产生周期性正负交替的电流，q轴电流指令指示产生值为0的电流，因此根据d轴电流指令和q轴电流指令，可以在动力电池的直流母线侧生成交流电，从而对通过动力电池的内部对动力电池加热，避免另外设置外部热源对动力电池加热。
附图说明
图1表示本发明实施例提供的一种动力电池的加热控制方法示意图；
图2表示本发明实施例提供的动力电池的加热控制方法的控制原理示意图；
图3表示本发明实施例提供的一种动力电池的加热控制装置。
附图标记说明：
31、生成模块；32、交流加热模块。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，本发明实施例提供了一种动力电池的加热控制方法，应用于电机控制器，电机控制器通过直流母线与动力电池相连，该动力电池的加热控制方法包括：
S11：在检测到动力电池加热需求时，生成永磁同步电机的d轴电流指令和q轴电流指令，其中d轴电流指令指示产生周期性正负交替的电流，q轴电流指令指示产生值为0的电流；
应当说明的是，动力电池加热需求是在动力电池需要加热时产生的，例如动力电池的温度低于预设温度阈值时，则产生动力电池加热需求，但不限于此。永磁同步电机与电机控制器连接。如公式一所示为永磁同步电机扭矩计算公式。
公式一：
其中，Te表示电机输出扭矩，p0表示电机极对数，ψf表示永磁体磁链，id表示电机的d轴电流，iq表示电机的q轴电流，Ld表示电机的d轴电感，Lq表示电机的q轴电感。根据公式一可以看出，在电机q轴电流为0时，无论d轴电流如何取值，电机输出扭矩Te均为0，因此可以保证在对动力电池加热过程中驱动电机不输出动力。
S12：根据d轴电流指令和q轴电流指令，在直流母线侧生成用于对动力电池加热的交流电。
应当说明的是，根据d轴电流指令和q轴电流指令，在直流母线侧生成用于对动力电池加热的交流电的步骤包括：根据d轴电流指令和q轴电流指令，控制电机控制器中绝缘栅双极型晶体管模块的绝缘栅双极型晶体管的关断和导通，在直流母线侧生成用于对动力电池加热的交流电。电机控制器根据d轴电流指令和q轴电流指令，可以产生流向动力电池的电流，即对动力电池进行充电。对于动力电池来说，首先可以通过直流母线向电机控制器输出电流，然后再通过直流母线接收电机控制器输出的电流。该过程类似于动力电池不断的循环充放电，动力电池重复的输出以及接收电流，即为电机控制器产生的交流电流。该交流电流主要由无功交流电流构成，因此基本上不形成直流电流分量。该交流电流作用于动力电池的内阻从而产生热量，通过动力电池的内部对动力电池进行加热。
本发明实施例中，在检测到动力电池加热需求时，生成永磁同步电机的d轴电流指令和q轴电流指令。由于d轴电流指令指示产生周期性正负交替的电流，q轴电流指令指示产生值为0的电流，因此根据d轴电流指令和q轴电流指令，可以在动力电池的直流母线侧生成交流电，从而对通过动力电池的内部对动力电池加热，避免另外设置外部热源对动力电池加热。
为保证生成无功功率电流，在上述发明实施例的基础上，本发明实施例中，生成永磁同步电机的d轴电流指令的步骤包括：
根据预设函数以及预先获取的d轴电流幅值，得到d轴电流值，其中预设函数为周期函数，并且每个周期中的前半周期和后半周期的函数值为一正一负；
根据d轴电流值，生成d轴电流指令。
应当说明的是，预设函数为正弦函数，但不限于此。d轴电流指令中包含有d轴电流值。具体的，将预设函数与d轴电流幅值相乘得到d轴电流值。例如dcmd＝Asinωt；其中dcmd表示d轴电流值，A表示d轴电流幅值，sinωt表示正弦函数，ω表示角频率，t表示时间。d轴电流幅值可以为一固定值，当然也可以为一变化值，d轴电流幅值越大则在直流母线侧产生的交流电流幅值越大。
为了防止d轴电流幅值维持一固定值导致转子退磁，在上述发明实施例的基础上，本发明实施例中，预先获取d轴电流幅值的步骤包括：
获取动力电池的需求加热功率以及动力电池的制热功率；
根据需求加热功率和制热功率，通过PI控制得到d轴电流幅值。
应当说明的是，根据需求加热功率和制热功率，通过PI控制得到d轴电流幅值的步骤包括：
将需求加热功率减去制热功率，得到功率偏差；
根据功率偏差、预设比例系数以及预设积分系数，得到d轴电流幅值。
具体的由PI控制公式计算得到d轴电流幅值。PI控制公式为：
Aint＝KP×△P+KI×∫△Pdt；其中，Aint表示d轴电流幅值，△P＝Pb-Pn，Kp表示PI控制的比例系数，Kp＞0，例如可以为,0.5，但不限于此，KI表示PI控制的积分系数，KI＞0，例如可以为0.8，但不限于此，t表示时间。Pb表示整车热管理系统计算得到的动力电池需求加热功率，Pn表示动力电池的制热功率。
Pn可以根据热功率公式计算得到：Pn＝Rbatt(C)×|Idc|2，其中Pn表示动力电池的制热功率，Rbatt(C)表示动力电池的内阻，C表示动力电池温度，其中动力电池内阻与温度相关，随着温度的降低内阻会变大。动力电池内阻Rbatt(C)可通过事先标定好的“电阻-温度”曲线计算得到。
为了避免d轴电流幅值过大触发电机控制器过流故障，在通过PI控制得到d轴电流幅值的步骤之后，加热控制方法还包括：
根据预设安全电流范围对d轴电流幅值进行限制，得到限制后的d轴电流幅值；
应当说明的是，预设安全电流范围根据触发电机控制器过流故障的电流值确定，该预设安全电流范围的数值均不能触发电机控制器过流故障。其限制过程具体为：在d轴电流幅值小于0时，将限制后的d轴电流幅值设置为0；在d轴电流幅值大于预设安全电流范围的最大值时，将限制后的d轴电流幅值设置为预设安全电流范围的最大值；在d轴电流幅值小于等于预设安全电流范围的最大值，并且大于等于0时，将限制后的d轴电流幅值设置为限制前的d轴电流幅值，即不进行限制；预设安全电流范围的最小值为0。
相应的，根据预设函数以及预先获取的d轴电流幅值，得到d轴电流值的步骤包括：
根据预设函数以及限制后的d轴电流幅值，得到d轴电流值。
如图2所示，为本发明实施例提供的动力电池的加热控制方法的控制原理示意图；其中动力电池通过直流母线与电机控制器连接，并且动力电池的正负极直流母线之间连接有预充电阻R、预充电容C以及控制预充电阻R短路的预充电开关S2，并且动力电池的电机控制器之间设置有连接开关S1，电机控制器可以输出三相交流电，通过U相连接点、V相连接点以及W相连接点分别与电机相连。
首先控制连接开关S1闭合，预充电开关S2断开，动力电池通过预充电阻R以及预充电容C进行预充电，预充电完成后闭合预充电开关S2。生成的d轴电流指令和q轴电流指令控制电机控制器中绝缘栅双极型晶体管模块的绝缘栅双极型晶体管的关断和导通，从而在动力电池的直流母线侧产生正负交替的交流电流，进而该交流电流作用于动力电池的内阻从而完成对动力电池内部的加热。
如图3所示，依据本发明的又一个方面，提供了一种动力电池的加热控制装置，应用于电机控制器，电机控制器通过直流母线与动力电池相连，该动力电池的加热控制装置包括：
生成模块31，用于在检测到动力电池加热需求时，生成永磁同步电机的d轴电流指令和q轴电流指令，其中d轴电流指令指示产生周期性正负交替的电流，q轴电流指令指示产生值为0的电流；
交流加热模块32，用于根据d轴电流指令和q轴电流指令，在直流母线侧生成用于对动力电池加热的交流电。
应当说明的是，生成模块31包括：
确定单元，用于根据预设函数以及预先获取的d轴电流幅值，得到d轴电流值，其中预设函数为周期函数，并且每个周期中的前半周期和后半周期的函数值为一正一负；
生成单元，用于根据d轴电流值，生成d轴电流指令。
较佳的，预设函数为正弦函数。
该动力电池的加热控制装置还包括：
获取模块，用于获取动力电池的需求加热功率以及动力电池的制热功率；
PI调节模块，用于根据需求加热功率和制热功率，通过比例调节和积分调节PI控制得到d轴电流幅值。
限制模块，用于根据预设安全电流范围对d轴电流幅值进行限制，得到限制后的d轴电流幅值；
确定单元，具体用于根据预设函数以及限制后的d轴电流幅值，得到d轴电流值；
PI调节模块，具体用于将需求加热功率减去制热功率，得到功率偏差；根据功率偏差、预设比例系数以及预设积分系数，得到d轴电流幅值。
交流加热模块32，具体用于根据d轴电流指令和q轴电流指令，控制电机控制器中绝缘栅双极型晶体管模块的绝缘栅双极型晶体管的关断和导通，在直流母线侧生成用于对动力电池加热的交流电。
本发明实施例中，在检测到动力电池加热需求时，生成永磁同步电机的d轴电流指令和q轴电流指令。由于d轴电流指令指示产生周期性正负交替的电流，q轴电流指令指示产生值为0的电流，因此根据d轴电流指令和q轴电流指令，可以在动力电池的直流母线侧生成交流电，从而对通过动力电池的内部对动力电池加热，避免另外设置外部热源对动力电池加热。
依据本发明的又一个方面，提供了一种电机控制器，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述各发明实施例提供的动力电池的加热控制方法的步骤。
本发明实施例中，在检测到动力电池加热需求时，生成永磁同步电机的d轴电流指令和q轴电流指令。由于d轴电流指令指示产生周期性正负交替的电流，q轴电流指令指示产生值为0的电流，因此根据d轴电流指令和q轴电流指令，可以在动力电池的直流母线侧生成交流电，从而对通过动力电池的内部对动力电池加热，避免另外设置外部热源对动力电池加热。
依据本发明的又一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述各发明实施例提供的动力电池的加热控制方法的步骤。
本发明实施例中，在检测到动力电池加热需求时，生成永磁同步电机的d轴电流指令和q轴电流指令。由于d轴电流指令指示产生周期性正负交替的电流，q轴电流指令指示产生值为0的电流，因此根据d轴电流指令和q轴电流指令，可以在动力电池的直流母线侧生成交流电，从而对通过动力电池的内部对动力电池加热，避免另外设置外部热源对动力电池加热。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者终端设备不仅包括那些要素，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、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.一种动力电池的加热控制方法，应用于电机控制器，所述电机控制器通过直流母线与动力电池相连，其特征在于，包括：
在检测到动力电池加热需求时，生成永磁同步电机的d轴电流指令和q轴电流指令，其中所述d轴电流指令指示产生周期性正负交替的电流，所述q轴电流指令指示产生值为0的电流；
根据所述d轴电流指令和q轴电流指令，在所述直流母线侧生成用于对动力电池加热的交流电。
2.根据权利要求1所述的动力电池的加热控制方法，其特征在于，所述生成永磁同步电机的d轴电流指令的步骤包括：
根据预设函数以及预先获取的d轴电流幅值，得到d轴电流值，其中所述预设函数为周期函数，并且每个周期中的前半周期和后半周期的函数值为一正一负；
根据所述d轴电流值，生成d轴电流指令。
3.根据权利要求2所述的动力电池的加热控制方法，其特征在于，所述预设函数为正弦函数。
4.根据权利要求2所述的动力电池的加热控制方法，其特征在于，预先获取d轴电流幅值的步骤包括：
获取动力电池的需求加热功率以及动力电池的制热功率；
根据所述需求加热功率和制热功率，通过比例调节和积分调节PI控制得到d轴电流幅值。
5.根据权利要求4所述的动力电池的加热控制方法，其特征在于，所述根据所述需求加热功率和制热功率，通过比例调节和积分调节PI控制得到d轴电流幅值的步骤包括：
将所述需求加热功率减去制热功率，得到功率偏差；
根据所述功率偏差、预设比例系数以及预设积分系数，得到d轴电流幅值。
6.根据权利要求4所述的动力电池的加热控制方法，其特征在于，在所述通过比例调节和积分调节PI控制得到d轴电流幅值的步骤之后，所述加热控制方法还包括：
根据预设安全电流范围对所述d轴电流幅值进行限制，得到限制后的d轴电流幅值；
所述根据预设函数以及预先获取的d轴电流幅值，得到d轴电流值的步骤包括：
根据预设函数以及限制后的d轴电流幅值，得到d轴电流值。
7.根据权利要求1所述的动力电池的加热控制方法，其特征在于，所述根据所述d轴电流指令和q轴电流指令，在所述直流母线侧生成用于对动力电池加热的交流电的步骤包括：
根据所述d轴电流指令和q轴电流指令，控制所述电机控制器中绝缘栅双极型晶体管模块的绝缘栅双极型晶体管的关断和导通，在所述直流母线侧生成用于对动力电池加热的交流电。
8.一种动力电池的加热控制装置，应用于电机控制器，所述电机控制器通过直流母线与动力电池相连，其特征在于，包括：
生成模块，用于在检测到动力电池加热需求时，生成永磁同步电机的d轴电流指令和q轴电流指令，其中所述d轴电流指令指示产生周期性正负交替的电流，所述q轴电流指令指示产生值为0的电流；
交流加热模块，用于根据所述d轴电流指令和q轴电流指令，在所述直流母线侧生成用于对动力电池加热的交流电。
9.一种电机控制器，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的动力电池的加热控制方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的动力电池的加热控制方法的步骤。
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