[发明专利]一种电动汽车及其动力电池脉冲加热系统和加热方法

说明书

本发明公开了一种电动汽车及其动力电池脉冲加热系统和加热方法，在满足脉冲加热进入条件时，电机系统进入脉冲加热模式，给动力电池进行脉冲加热；在满足脉冲加热退出条件时，电机系统退出脉冲加热模式，停止给动力电池脉冲加热；在脉冲加热模式下，使交轴电压等于零，通过控制直轴电压的方式来调节脉冲电流的大小，通过叠加脉冲信号的方式来生成六个功率开关的实际脉宽调制信号，不用三相电流反馈量，输出的脉冲电流稳定、波动小，能改善动力电池脉冲加热效果，并且避免在动力电池脉冲加热过程中车辆出现非预期行驶或抖动。

技术领域

本发明属于动力电池加热技术领域，具体涉及一种电动汽车及其动力电池脉冲加热系统和加热方法。

背景技术

随着新能源汽车行业的蓬勃发展，电动汽车的应用场景也越来越广泛，为了适应不同的使用环境，需要保证电动汽车在各种极端环境下的功能和性能正常。然而，在极寒条件下，由于动力电池的固有特性，其低温充放电能力会出现大幅降低，这将极大地限制电动汽车在低温环境下的使用。

为了解决上述问题，需要在低温环境下对动力电池进行加热，现有技术可对电池进行加热的方法主要有外部加热和内部加热两种，外部加热主要通过外部温度较高的介质与动力电池表面换热来进行加热，内部加热通过在电池两端增加高频脉冲电流，利用电池低温下内阻较大的特性来产生热量。相比于外部加热，内部加热具有加热速率较快、加热过程中电池单体温差较小等优点。电动汽车的电机系统与动力电池的两端相连，并且其内部所用的功率开关具有高频通断的特性，且电机定子线圈具有电感特性，这为实现动力电池脉冲加热提供了硬件基础。然而，当电机定子中通入脉冲电流后会形成感应磁场，该感应磁场作用在转子上面会产生扭矩，这将导致车辆出现非预期行驶或抖动，存在安全隐患。

CN111347938A公开了一种车辆及其动力电池加热装置与方法，其利用动力电池放电，电流经过三相交流电机，三相交流电机产生热量以对流经动力电池的冷却液进行加热的方式来对动力电池进行加热，并在加热过程中根据预设直轴电流和预设交轴电流控制三相逆变器对三相交流电机的相电流进行调节，该相电流调节方式能避免在动力电池加热过程中车辆出现行驶或抖动。但是，其经过三相交流电机的电流为直流电流，该相电流调节方式不适用于脉冲加热（即不适用于经过三相交流电机的电流为脉冲电流的方案）。因为，如果将该相电流调节方式用于脉冲加热中，在计算直轴电压Ud和交轴电压Uq时除需要预设直轴电流Id和预设交轴电流Iq之外，还需要三相交流电机的三相电流反馈量，有反馈的闭环调节方式会减慢脉冲电流生成速度，导致加热速度变慢；并且三相电流反馈量不稳定、波动大，会导致输出的脉冲电流不稳定、波动大，进而导致加热效果不好，另外车辆也容易出现非预期行驶或抖动。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动汽车及其动力电池脉冲加热系统和加热方法，以在动力电池脉冲加热过程中，避免车辆出现非预期行驶或抖动，并且提高加热速度，改善加热效果。

本发明所述的动力电池脉冲加热方法，采用的电机系统包括电机控制器和三相电机，电机控制器包括电机控制单元、三相桥臂和母线电容C，母线电容C与三相桥臂并联，三相桥臂的六个功率开关的控制端分别与电机控制单元的六个控制输出端连接，三相桥臂的中点分别连接三相电机的三相定子绕组，三相电机的电机转速信号输出端和电机转子位置信号输出端分别与电机控制单元的两个信号采集端连接；三相桥臂与动力电池连接，形成动力电池脉冲加热回路；该方法为：在满足脉冲加热进入条件时，电机系统进入脉冲加热模式，给动力电池进行脉冲加热；在满足脉冲加热退出条件时，电机系统退出脉冲加热模式，停止给动力电池脉冲加热。在脉冲加热模式下，所述电机控制单元执行如下步骤：

根据加热档位请求值确定开关频率请求值f和直轴电压请求值Ud；

根据电机转子位置信号，对直轴电压请求值Ud和预设的交轴电压Uq进行Park逆变换，得到α轴电压矢量U_α和β轴电压矢量U_β；其中，该预设的交轴电压Uq=0；