CN110048192A - 一种动力电池预加热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于动力电池预加热技术领域，特别是一种动力电池预加热方法，所述的预加热方法包括控制所述的车用交流驱动电机中沿转子磁场方向的定子电流分量按一定频率变化，使定子电流矢量与转子磁场方向始终一致或相反，激励所述动力电池的直流侧产生高频电流，对动力电池高频地充放电；本发明结合了电机转子磁场定向技术与定子电流矢量控制方法，使得车用交流驱动电机与动力电池交换的电能做无功功率，再转换为加热动力电池所需要的热能，除传输线路、电机线圈以及逆变器损耗外，不会造成额外的能量损失；无需增加额外的加热装置或材料，利用电动汽车自身的驱动***实现动力电池的预加热，实现方法简单，成本较低。

Description

一种动力电池预加热方法
技术领域
本发明属于动力电池预加热技术领域，特别是一种动力电池预加热方法。
背景技术
当前，随着新能源汽车的快速发展，电动汽车的使用越来越广泛；然而，电动汽车的动力电池在低温下，尤其是在-20℃以下时，其功率和能量都会大大减少，影响电动汽车的正常使用。为此，在温度较低的使用环境中，需要对电动汽车的动力电池进行预加热。
目前，动力电池预加热的方法主要有内部加热和外部加热。其中，内部加热是通过增加额外的逆变器对动力电池进行交流加热，该方法虽然具有较高的加热效率，但是逆变器的体积与重量较大，其布置以及安装都为电动汽车增加了额外的负担。外部加热是利用外部材料通过热传导或热对流的方式将热量传递给动力电池，该方法相对于内部加热来说更加方便，但是加热的效率较低，并且，热量在传递过程中损失较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种动力电池预加热方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种动力电池预加热方法，应用于新能源汽车动力***，该动力***包括动力电池，与动力电池相连接的逆变器，电机控制器和车用交流驱动电机；所述的预加热方法包括控制所述的车用交流驱动电机中沿转子磁场方向的定子电流分量按一定频率变化，使定子电流矢量与转子磁场方向始终一致或相反，激励所述动力电池的直流侧产生高频电流，对动力电池高频地充放电。
在进一步的技术方案中，所述的预加热方法还包括：控制沿转子磁场方向正交方向的定子电流分量为零，使车用交流驱动电机输出扭矩低于电机转子转动所需克服的最小静摩擦力。
在进一步的技术方案中，所述的预加热方法还包括：在动力电池的直流端与所述逆变器的母线端之间接入滤波器件。
在进一步的技术方案中，所述的预加热方法还包括：在预加热前判断是否满足预加热条件，所述的预加热条件包括：电动汽车处于启动状态，所述车用交流驱动电机的转速为零且所述动力电池的温度低于设定值。
在进一步的技术方案中，所述的预加热方法还包括：当动力电池的电压低于额定值时，降低预加热功率。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明中提供的动力电池预加热方法，结合了电机转子磁场定向技术与定子电流矢量控制方法，使得车用交流驱动电机与动力电池交换的电能做无功功率，再转换为加热动力电池所需要的热能，除传输线路、电机线圈以及逆变器损耗外，不会造成额外的能量损失；
本发明提供的动力电池预加热方法，无需增加额外的加热装置或材料，利用新能源汽车自身的驱动***实现动力电池的预加热，实现方法简单，成本较低；
本发明提供的动力电池预加热方法，产生的高频交变电流可以对动力电池实现快速加热，加热效率高。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。
附图说明
图1为本发明提供的动力电池预加热***示意图；
图2为实施例1中定子电流矢量图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图，进一步阐明本发明。
结合图1所示，本发明提供了一种动力电池预加热方法，应用于电动汽车动力***，该动力***包括动力电池、与动力电池相连接的逆变器，电机控制器和车用交流驱动电机；所述的预加热方法包括控制所述的车用交流驱动电机中沿转子磁场方向的定子电流分量按一定频率变化，使定子电流矢量与转子磁场方向始终一致或相反，激励所述动力电池的直流侧产生高频电流，对动力电池高频地充放电。
本发明中，通过对电机控制器编程，利用与动力电池相连接的逆变器和电机控制器控制车用交流驱动电机的励磁磁场变化，通过无功功率的转换激励所述的动力电池直流侧产生高频电流，实现对动力电池高频地充放电，进而产生预加热的热能。
进一步的，根据本发明，为了确保电能基本转换为无功功率用以产生对动力电池预加热的热能，同时保证电动汽车保持静止的状态，在本发明提供的预加热方法中，控制沿转子磁场方向正交方向的定子电流分量为零，使车用交流驱动电机输出扭矩低于电机转子转动所需克服的最小静摩擦力。
进一步的，根据本发明，所述的预加热方法中，在动力电池的直流端与所述逆变器的母线端之间接入滤波器件。通过设置滤波电路，与动力电池直接相连的直流侧的交变电流更加平缓，防止过大激励对动力电池造成损害。
进一步的，根据本发明，所述的预加热方法中，在预加热前需判断是否满足预加热条件，具体的，所述的预加热条件包括：电动汽车处于启动状态，所述车用交流驱动电机的转速为零且所述动力电池的温度低于设定值。在具体的实施过程中，通过监控动力电池的温度信息以及车用交流驱动电机的转速来判断是否需要进行预加热，当电动汽车处于启动状态时，动力电池的温度低于设定值且车用交流驱动电机的转速为零时，进行动力电池的预加热；当动力电池的温度达到设定的预加热值时，停止预加热。
本发明中，预加热控制模式由整车控制器状态机机制调度，当满足预加热条件时进入预加热状态，而当动力电池的电压低于额定值时，降低预加热功率。
本发明中，所述的车用交流驱动电机为永磁同步电机或交流异步电机；当车用交流驱动电机为永磁同步电机时，转子构造为永磁体励磁，通过检测转子位置对转子磁场定向，控制定子电流沿转子磁场方向分量交变变化，正交方向分量为零；当车用交流驱动电机为交流异步电机时，转子构造为鼠笼式或绕线式绕组，通过估计转子磁链方向，控制定子电流沿转子磁场方向分量交变变化，正交方向分量为零。
以下通过具体的实施例对本发明提供的动力电池预加热方法做出详细的说明。
实施例1
结合图1所示为本发明提供的动力电池预加热***的示意图；其中，通过检测车用交流驱动电机定子三相电流、定子电压以及电机转速、转子位置信息，对转子磁场进行定向。若为车用交流驱动电机为永磁同步电机，则通过旋转变压器等位置检测器件或定子电压电流等传感器监测值测量或估计转子磁场位置；若车用交流驱动电机为交流异步电机，则通过定子电压、电流以及转速信息结合电压-电流模型或电流-转速模型估算转子磁场方向。
建立转子磁场定向同步旋转直角坐标系，其中D轴沿转子磁场方向，Q轴沿转子磁场方向正交方向并超前D轴90度空间(电)角度，再根据转子磁场方向对三相定子电流进行Clark变换和Park变换，使定子电流矢量沿DQ轴正交分解，分别为iD、iQ。根据电机学原理易知，iD为转子励磁电流，iQ为转矩电流。当iD发生变化时，仅仅改变转子励磁磁场，而不会产生电磁转矩，当iQ不为零时，电机产生电磁转矩。因此，通过给定DQ轴定子电流分量参考值iD_ref和iQ_ref，使得iD_ref交变变化(正负幅值相同且频率固定的方波信号)，iQ_ref＝0，结合电流传感器反馈的DQ轴定子电流实际值iD和iQ，利用PI闭环精确控制DQ轴定子电流分量，使得D轴定子电流分量实际值交流变化，Q轴定子电流分量实际值保持在零附近，定子电流矢量is落在D轴上，电流与电压相位存在功率因数角电机与电池之间交换的电能做无功功率，如图2所示。
其中，定子电流闭环控制部分，通过给定DQ轴定子电流分量参考值iD_ref和iQ_ref，结合电流传感器反馈的DQ轴定子电流实际值iD和iQ，通过PI控制器计算得到DQ轴定子电压分量uD和uQ，再结合转子磁场角度，对定子电压分量进行iPark变换，得到静止α-β轴系下的定子电压分量uα和uβ，通过SVPWM得到输入给逆变器的各相占空比。逆变器与车用交流电机通过三相线连接，逆变器直流母线与滤波电路相连，再连接至动力电池。所得到的动力电池直流端存在按一定频率等幅震荡的交流电流，通过动力电池持续高频充放电，实现动力电池的预加热。
本发明将电机矢量控制技术与动力电池预加热结合，利用现有的新能源汽车动力驱动***架构，创新性地提出了全新的动力电池预加热方法，技术上具有本质的差异性和低成本、易实现、控制精度高、效率高等诸多可以想见的技术优点。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种动力电池预加热方法，应用于新能源汽车动力***，该动力***包括动力电池，与动力电池相连接的逆变器，电机控制器和车用交流驱动电机；其特征在于，所述的预加热方法包括控制所述的车用交流驱动电机中沿转子磁场方向的定子电流分量按一定频率变化，使定子电流矢量与转子磁场方向始终一致或相反，激励所述动力电池的直流侧产生高频电流，对动力电池高频地充放电。
2.根据权利要求1所述的动力电池预加热方法，其特征在于，所述的预加热方法还包括：控制沿转子磁场方向正交方向的定子电流分量为零，使车用交流驱动电机输出扭矩低于电机转子转动所需克服的最小静摩擦力。
3.根据权利要求1所述的动力电池预加热方法，其特征在于，所述的预加热方法还包括：在动力电池的直流端与所述逆变器的母线端之间接入滤波器件。
4.根据权利要求1所述的动力电池预加热方法，其特征在于，所述的预加热方法还包括：在预加热前判断是否满足预加热条件；
所述的预加热条件包括：电动汽车处于启动状态，所述车用交流驱动电机的转速为零且所述动力电池的温度低于设定值。
5.根据权利要求1所述的动力电池预加热方法，其特征在于，所述的预加热方法还包括：当动力电池的电压低于额定值时，降低预加热功率。
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