CN113752851A - 车辆、能量转换装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请技术方案提供一种车辆、能量转换装置及其控制方法，能量转换装置包括能量转换装置包括电机逆变器、电机绕组、开关模块、储能模块以及控制器，控制方法包括在驱动模式下且开关模块出现故障导通时，获取车辆当前速度状态；根据车辆当前速度状态控制电机逆变器调节流经电机绕组上的电流值以调节电机输出扭矩值，以及使储能模块的电压保持在预设范围，通过根据车辆当前速度状态选择对应的控制方式调节流经电机绕组上的电流值进而调节电机输出扭矩值和储能模块的电压，可以提升电机扭矩的输出精度，并且通过调节储能模块的电压，使储能模块的温升在合理范围内，同时缓解了电流波动引起的电磁干扰的问题。

Description

车辆、能量转换装置及其控制方法
技术领域
本申请涉及车辆技术领域，尤其涉及一种车辆、能量转换装置及其控制方法。
背景技术
随着新能源汽车的广泛使用，电池包组可作为动力源应用在各个领域中，目前高压***呈现出集成的趋势，特别是将驱动***和其他***集成更加普遍，但是高度集成之后也存在一系列与失效相关的问题。现有技术中通常在电池包组驱动电机工作时，将电机与储能模块之间的开关器件断开，实现电池包组通过电机进行驱动，但是当电机进行驱动的过程中，开关器件出现故障失效烧结时，电机与储能模块联通，电机与储能模块之间持续进行充放电，导致对电机输出扭矩的控制精度的降低，以及使储能模块的温度快速增加，同时产生电磁干扰等问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种车辆、能量转换装置及其控制方法，可以通过电机逆变器控制电机输出扭矩以及储能模块的电压，进而避免储能模块的温度快速增加，并且减少了电磁干扰。
本申请是这样实现的，本申请第一方面提供一种能量转换装置的控制方法，所述能量转换装置包括电机逆变器、电机绕组、开关模块以及储能模块；
所述电机逆变器的第一汇流端与电池包的正极连接，所述电机逆变器的第二汇流端与所述电池包的负极连接，所述电机绕组的第一端与所述电机逆变器连接，所述电机绕组的第二端共接形成中性点，所述储能模块和所述开关模块连接在所述电机绕组的中性点和所述电机逆变器的第二汇流端之间，其中，所述储能模块和所述开关模块串联连接；
在驱动模式下，所述开关模块断开，所述电机逆变器、所述电机绕组与所述电池包形成电机驱动电路；
在加热模式下，所述开关模块导通，所述电机逆变器、所述电机绕组、所述开关模块、所述储能模块与所述电池包形成加热电路，通过控制所述电机逆变器使所述电池包与所述储能模块之间进行循环充放电，以实现所述电池内部的发热；
所述控制方法包括：
在驱动模式下且所述开关模块出现故障导通时，获取车辆当前速度状态；
根据车辆当前速度状态控制所述电机逆变器调节流经所述电机绕组上的电流值以使所述电机输出扭矩，以及使所述储能模块的电压保持在预设范围。
本申请第二方面提供一种能量转换装置，所述能量转换装置包括电机逆变器、电机绕组、开关模块以及储能模块；
所述电机逆变器的第一汇流端与电池包的正极连接，所述电机逆变器的第二汇流端与所述电池包的负极连接，所述电机绕组的第一端与所述电机逆变器连接，所述电机绕组的第二端共接形成中性点，所述储能模块和所述开关模块连接在所述电机绕组的中性点和所述电机逆变器的第二汇流端之间，其中，所述储能模块和所述开关模块串联连接；
在驱动模式下，所述开关模块断开，所述电机逆变器、所述电机绕组与所述电池包形成电机驱动电路；
在加热模式下，所述开关模块导通，所述电机逆变器、所述电机绕组、所述开关模块、所述储能模块与所述电池包形成加热电路，通过控制所述电机逆变器使所述电池与所述储能模块之间进行循环充放电，以实现所述电池内部的发热；
所述能量转换装置还包括控制器，所述控制器用于：
在驱动模式下且所述开关模块出现故障导通时，获取车辆当前速度状态；
根据所述车辆当前速度状态，控制所述电机逆变器调节流经所述电机绕组上的电流值以使所述电机输出扭矩，以及使所述储能模块的电压保持在预设范围。
本申请第三方面提供一种车辆，包括第一方面所述的能量转换装置。
本申请技术方案提供一种车辆、能量转换装置及其控制方法，能量转换装置包括能量转换装置包括电机逆变器、电机绕组、开关模块、储能模块以及控制器，在驱动模式下，开关模块断开，电机逆变器、电机绕组与电池包形成电机驱动电路；在加热模式下，开关模块导通，电机逆变器、电机绕组、开关模块、储能模块与电池包形成加热电路；控制方法包括在驱动模式下且开关模块出现故障导通时，获取车辆当前速度状态；根据车辆当前速度状态控制电机逆变器调节流经电机绕组上的电流值以调节电机输出扭矩值，以及使储能模块的电压保持在预设范围，通过根据车辆当前速度状态选择对应的控制方式调节流经电机绕组上的电流值进而调节电机输出扭矩值和储能模块的电压，可以提升电机扭矩的输出精度，并且通过调节储能模块的电压，使储能模块的电压保持稳定，使储能模块的温升在合理范围内，同时缓解了电流波动引起的电磁干扰的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的电路图；
图2是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法的流程图；
图3是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的电路图；
图4是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的电流流向图；
图5是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的另一电流流向图；
图6是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的另一电流流向图；
图7是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的另一电流流向图；
图8是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的PWM控制信号波形图；
图9是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的PWM控制信号另一波形图；
图10是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法中的步骤S102的流程图；
图11是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法中的步骤S104的流程图；
图12是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法中的步骤S403之后的流程图；
图13是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法中的步骤S404的流程图；
图14是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法中的步骤S403之后的另一流程图；
图15是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法中的步骤S407的另一流程图；
图16是本申请实施例一提供的一种能量转换装置的控制方法的控制结构框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
为了说明本申请的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
本申请实施例一提供一种能量转换装置，如图1所示，能量转换装置包括：
电机逆变器101、电机绕组102、开关模块104以及储能模块105；
电机逆变器101的第一汇流端与电池包103的正极连接，电机逆变器101的第二汇流端与电池包103的负极连接，电机绕组102的第一端与电机逆变器101连接，电机绕组102的第二端共接形成中性点，储能模块105和开关模块104连接在电机绕组102的中性点和电机逆变器101的第二汇流端之间，其中，储能模块105和开关模块104串联连接；
在驱动模式下，开关模块104断开，电机逆变器101、电机绕组102与电池包103形成电机驱动电路；
在加热模式下，开关模块104导通，电机逆变器101、电机绕组102、开关模块104、储能模块105与电池包103形成加热电路；
其中，电机逆变器101包括M路桥臂，M路桥臂中的每路桥臂的第一端共接形成电机逆变器101的第一汇流端，M路桥臂中的每路桥臂的第二端共接形成电机逆变器101的第二汇流端，每路桥臂上包括两个串联连接的功率开关单元，功率开关单元可以是晶体管、IGBT、MOS管等器件类型，每路桥臂的中点形成在两个功率开关单元之间，电机绕组102包括M相绕组，M相绕组中每相绕组的第一端与一组M路桥臂中每路桥臂的中点一一对应连接，M相绕组中的每相绕组的第二端共接形成中性点，该中性点与开关模块104连接。
例如，当M＝3时，电机逆变器101包括三路桥臂，三路桥臂中的每路桥臂的第一端共接形成电机逆变器101的第一汇流端，三路桥臂中的每路桥臂的第二端共接形成电机逆变器101的第二汇流端；电机逆变器101包括第一功率开关单元、第二功率开关单元、第三功率开关单元、第四功率开关单元、第五功率开关以及第六功率开关，第一功率开关单元和第四功率开关单元串联形成第一路桥臂，第二功率开关单元和第五开关单元串联形成第二路桥臂，第三功率开关单元和第六开关单元串联形成第三路桥臂，第一功率开关单元、第三功率开关单元以及第五功率开关单元的一端共接并构成电机逆变器101的第一汇流端，第二功率开关单元、第四功率开关单元以及第六功率开关单元的一端共接并构成电机逆变器101的第二汇流端。
其中，电机绕组102包括M相绕组，M相绕组中每相绕组的第一端均为电机绕组102的第一端，M相绕组中每相绕组的第一端与M路桥臂中每路桥臂的中点一一对应连接，M相绕组中每相绕组的第二端共接形成中性点。
例如，与电机逆变器101对应，当电机逆变器101包括三路桥臂时，电机绕组102包括三相绕组，三相绕组中每相绕组的第一端与三路桥臂中每路桥臂的中点一一对应连接，三相绕组中的每相绕组的第二端共接形成中性点。三相绕组的第一相绕组连接第一路桥臂的中点，三相绕组的第二相绕组连接第二路桥臂的中点，三相绕组的第三相绕组连接第三路桥臂的中点。
其中，开关模块104用于根据控制信号导通或者断开，进而实现电机绕组102与储能模块105之间的导通或者断开，使电池包103通过电机逆变器101和电机与储能模块105之间进行能量交换。
其中，控制器(未画出)可以包括整车控制器、电机逆变器101的控制电路和BMS电池管理器电路，三者通过CAN线连接。控制器连接开关模块104以及电机逆变器101，控制器根据所获取的信息控制开关模块104的导通或者关断，以进入不同的控制模式。当控制开关模块104断开时，进入驱动模式，电机逆变器101、电机绕组102与电池包103形成电机驱动电路；当控制开关模块104导通时，进入加热模式，电机逆变器101、电机绕组102、开关模块104、储能模块105与电池包103形成加热电路。
其中，对于加热电路，加热电路包括放电过程和充电过程，放电过程是指由电池包103通过电机逆变器101和电机绕组102对储能模块105进行放电，此时，电池包103中有电流流出，电流经过电机逆变器101和电机绕组102流入储能模块105以对储能模块105进行充电；充电过程是指由储能模块105通过电机绕组102和电机逆变器101对电池包103进行充电，此时，电流由储能模块105流出，电流经过电机绕组102和电机逆变器101，流入电池包103，由于电池包103中存在内阻，当执行放电过程和充电过程时，电池包103有电流流入和流出会使电池包103的内阻产生热量，进而使电池包103的温度升高，或者，即使不考虑电池包103中的内阻，放电过程和充电过程中的电流也会使电机逆变器101和电机绕组102产生热量，形成加热电路。
如图2所示，能量转换装置的控制方法包括：
步骤S101.在驱动模式下且开关模块出现故障导通时，获取车辆当前速度状态。
其中，对于步骤S101，在驱动模式下，开关模块104正处于断开状态，电机逆变器101、电机绕组102与电池包103形成的电机驱动电路处于工作状态并输出动力，此时，若开关模块104出现故障导通，能量转换模块在没有接收到进入加热模式的控制信号的情况下，电机逆变器101、电机绕组102、开关模块104、储能模块105与电池包103，因为开关模块104的故障导通而形成了加热电路，该加热电路对驱动电路产生了不良影响，导致对电机输出扭矩的控制精度的降低，以及使储能模块的温度快速增加，同时产生电磁干扰等问题，为了提升电机输出扭矩的精度以及调节储能模块105的温度，需要调节电机的输出扭矩以及储能模块105的电压。具体地，首先获取车辆当前速度状态，可以通过车速传感器获取车辆当前速度，根据车辆当前速度判定车辆处于低速状态还是高速状态，也可以获取电机转速，根据电机转速判定车辆处于低速状态还是高速状态，也可以获取电机当前扭矩输出值，根据电机当前扭矩输出值判定车辆处于低速状态还是高速状态，再根据车辆当前的速度状态选取对应的控制方法进行控制。其中，该故障可以为各种引发开关器件短路的故障，例如，当开关器件为接触器时，接触器发生烧结情况，即接触器始终处于闭合状态。
步骤S102.根据车辆当前速度状态控制电机逆变器101调节流经电机绕组上的电流值以调节电机输出扭矩值，以及使储能模块105的电压保持在预设范围内。
其中，对于步骤S102，当接触器发生烧结后，会影响到电机扭矩输出值和储能模块上的电压，本步骤通过根据车辆当前速度状态控制电机逆变器101调节流经电机绕组上的电流值以调节电机输出扭矩值和储能模块105的电压，根据车辆当前速度的不同采用不同的调节方式使电机输出扭矩值接近电机目标扭矩输出值，并调节储能模块105的电压在预设电压范围内，可以在该预设电压范围内选取一个目标电压值，再结合当前车速根据电机目标扭矩输出值和目标电压值调节流经电机绕组上的电流值。当车辆当前速度为低速运行状态，即车辆当前速度小于预设速度值，或者电机转速低于预设转速值，或者电机扭矩输出值低于预设扭矩输出值时。在低速运行状态下，通过调节PWM信号中控制扭矩零矢量的时间进而调节流经电机绕组上的电流值，其中，控制扭矩零矢量的时间是指在该时间段内没有有效的扭矩矢量控制信号输出，如图8中所示的t1，t4，t7时间段，t1，t4，t7时间段为扭矩零矢量的时间段，t2，t3，t5，t6时间段为扭矩非零矢量的时间段。其中扭矩零矢量的时间与储能模块105的电压之间存在关联，调整扭矩零矢量的时间可以调整流经加热电路中的电流值，进而调节储能模块105的电压。当车辆当前速度为高速运行状态时，由于PWM控制信号中扭矩非零矢量的比重较大，扭矩零矢量的比重减小，所以低速运行阶段的控制方法不再适用。当车辆当前速度为高速运行状态，即车辆当前速度不小于预设速度值，或者电机转速不低于预设转速值，或者电机扭矩输出值不低于预设扭矩输出值时。在高速运行状态下，根据电机目标扭矩输出值、储能模块105的目标电压以及电池包103的供电电压控制电机逆变器101的PWM控制信号，进而控制电机逆变器101中各相桥臂的通断状态，调节储能模块105的电压和电机输出扭矩值。
本申请实施例一提供一种能量转换装置的控制方法，能量转换装置包括能量转换装置包括电机逆变器101、电机绕组102、开关模块104、储能模块105以及控制器，在驱动模式下，开关模块104断开，电机逆变器101、电机绕组102与电池包103形成电机驱动电路；在加热模式下，开关模块104导通，电机逆变器101、电机绕组102、开关模块104、储能模块105与电池包103形成加热电路；控制方法包括在驱动模式下且开关模块104出现故障导通时，获取车辆当前速度状态；根据车辆当前速度状态控制电机逆变器101调节流经电机绕组上的电流值以调节电机输出扭矩值，以及使储能模块105的电压保持在预设范围，通过根据车辆当前速度状态选择对应的控制方式调节流经电机绕组上的电流值，进而调节电机输出扭矩值和储能模块105的电压，可以提升电机扭矩的输出精度，并且通过调节储能模块105的电压，使储能模块105的温升在合理范围内，同时缓解了电流波动引起的电磁干扰的问题。
对于加热电路，加热电路包括放电储能阶段、放电释能阶段、充电储能阶段以及充电释能阶段。
当加热电路处于放电储能阶段时，电池包103、电机逆变器101、电机绕组102、开关模块104、储能模块105形成放电储能回路。
当加热电路处于放电释能阶段时，电机绕组102、开关模块104、储能模块105、电机逆变器101形成放电释能回路；
当加热电路处于充电储能阶段时，储能模块105、开关模块104、电机绕组102、电机逆变器101形成充电储能回路；
当加热电路处于充电释能阶段时，储能模块105、开关模块104、电机绕组102、电机逆变器101、电池包103形成充电释能回路。
其中，加热电路包括放电过程和充电过程，一个放电过程和一个充电过程构成一个充放电周期。放电过程包括放电储能回路和放电释能回路，充电过程包括充电储能回路和充电释能回路，通过电机逆变器101控制放电储能回路工作时，电池包103输出电能使电机绕组102进行储能；通过电机逆变器101控制放电释能回路工作时，电池包103放电和电机绕组102释能以对储能模块105进行充电；通过电机逆变器101控制充电储能回路工作时，储能模块105放电以对电池包103进行充电，电机绕组102进行储能；通过电机逆变器101控制充电释能回路工作时，电机绕组102释能以对电池包103进行充电。通过控制电机逆变器101使电池包103对储能模块105的放电过程与储能模块105对电池包103的充电过程交替进行，对电池包103的内阻进行加热，使电池包103的温度升高；此外，通过控制储能模块105的PWM控制信号的占空比的大小调节流经电机绕组上的电流值，控制占空比即相当于控制上桥臂和下桥臂的导通时间，通过控制上桥臂或者下桥臂的导通时间变长或者缩短后，会使加热电路中电流的增加或者减小，进而可以调整电池包103产生的加热功率。
需要说明的是，在对放电过程和充电过程进行控制时，可以控制放电储能回路、放电释能回路、充电储能回路以及充电释能回路依次工作，通过控制电机逆变器101的PWM控制信号的占空比的大小调节流经电机绕组上的电流值，也可以先控制放电过程中的放电储能回路和放电释能回路交替导通进行放电，再控制充电过程中充电储能回路以及充电释能回路交替导通进行放电，通过控制电机逆变器101的PWM控制信号的占空比的大小分别调节流经放电过程和充电过程中的电流值。
作为一种实施方式，步骤S102中的根据车辆当前速度状态控制电机逆变器101调节流经电机绕组上的电流值，包括：
当车辆当前速度状态为低速运行状态时，控制电机逆变器101中各相桥臂的上桥臂或者下桥臂同时导通的时间，调节流经电机绕组上的电流值。
进一步的，控制电机逆变器101中各相桥臂的上桥臂或者下桥臂同时导通的时间，包括：
在加热电路的一个充放电周期内，控制电机逆变器101中各相桥臂的上桥臂同时导通的时间不等于各相桥臂的下桥臂同时导通的时间。
其中，为了对低速运行状态的控制方式进行具体说明，首先通过具体的电路结构对本实施例中开关模块104出现烧结的情况进行说明，如图3所示，能量转换装置包括电机逆变器101、电机绕组102、母线电容C1、储能电容C2、开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、电阻R，电池包103的正极连接电阻R的第一端和开关K2的第一端，电阻R的第二端连接开关K3的第一端，开关K3的第二端连接开关K2的第二端、电容C1的第一端以及电机逆变器101的第一汇流端，电机逆变器101的三路桥臂的中点分别连接电机绕组102的三相绕组，电机绕组的三相绕组的连接点连接开关K1的第一端，开关K1的第二端连接储能电容C2的第一端，储能电容C2的第二端连接电机逆变器101的第二汇流端、母线电容C1的第二端以及开关K4的第二端。
其中，电机逆变器101包括第一功率开关单元、第二功率开关单元、第三功率开关单元、第四功率开关单元、第五功率开关单元以及第六功率开关单元，第一功率开关单元和第四功率开关单元形成第一桥臂，第三功率开关单元和第六功率开关单元形成第二桥臂，第五功率开关单元和第二功率开关单元形成第三桥臂，第一功率开关单元、第三功率开关单元以及第五功率开关单元的一端共接并构成电机逆变器101的第一汇流端，第二功率开关单元、第四功率开关单元以及第六功率开关单元的一端共接并构成电机逆变器101的第二汇流端，电机绕组102的第一相绕组连接第一桥臂的中点，电机绕组102的第二相绕组连接第二桥臂的中点，电机绕组102的第三相绕组连接第三桥臂的中点。
电机逆变器101中的第一功率开关单元包括第一上桥臂VT1和第一上桥二极管VD1，第二功率开关单元包括第二下桥臂VT2和第二下桥二极管VD2，第三功率开关单元包括第三上桥臂VT3和第三上桥二极管VD3，第四功率开关单元包括第四下桥臂VT4和第四下桥二极管VD4，第五功率开关单元包括第五上桥臂VT5和第五上桥二极管VD5，第六功率开关单元包括第六下桥臂VT6和第六下桥二极管VD6，三相交流电机是三相四线制，可以是永磁同步电机或异步电机，在三相绕组连结中点引出中性线。
当开关K1出现烧结情况时处于导通状态，电池包103与电容C2之间开始进行充放电，包括以下几个阶段：
第一阶段为放电储能回路工作：如图4所示，电机逆变器101的上桥臂开通时，从电池包103的正极流出的电流经过开关K2后，经过电机逆变器101的上桥臂(第一上桥臂VT1、第三上桥臂VT3、第五上桥臂VT5)、电机绕组102、开关K1、储能电容C2流回到电池包103的负极，且电流不断增大，该过程中，电池包103对外放电，使得储能电容C2的电压不断升高。
第二阶段为放电释能电路工作：如图5所示，电机逆变器101的上桥臂断开，下桥臂闭合，电流由电机绕组102的连接点流出，经过开关K1，流至储能电容C2正极，然后分别经过电机逆变器101的下桥臂(第二下桥二极管VD2、第四下桥二极管VD4、第六下桥二极管VD6)回流至电机绕组102，电流不断减小，且储能电容C2的电压不断升高，待电流降为零时，电容C2电压达到最大值。
第三阶段为充电储能回路工作：如图6所示，控制电机逆变器101下桥臂导通，电流由储能电容C2流出，分别经过电机绕组102、电机逆变器101的下桥臂(第二下桥臂VT2、第四下桥臂VT4、第六下桥臂VT6)，流经至储能电容C2负极。
第四阶段为充电释能电路工作：如图7所示，电机逆变器101的上桥臂导通，电流由储能电容C2的正极和电机绕组102流出，分别经过电机逆变器101的上桥臂(第一上桥二极管VD1、第三上桥二极管VD3、第五上桥二极管VD5)流至电池包103的正极，最后回流至储能电容C2的负极，其中电容C2充电和放电的电流路径如图4至图7所示。
当电机驱动过程中，当开关K1失效烧结后，电机绕组102的中性点和电容C2正极保持连接状态，由于电机绕组102的中性点的电压周期性的变化引起电容C2持续、频繁的放电和放电。引起电容C2频繁充放电的原因在于电机驱动过程中，电机逆变器101三相桥臂的开关控制，三相桥臂具体的开关矢量如图8所示。Sa表示电机逆变器101的A相的PWM波，Sb表示电机逆变器101的B相的PWM波，Sc表示电机逆变器101的C相的PWM波，其中的高电平代表上桥臂开通，低电平代表下桥臂开通(不考虑死区影响)。在一个开关周期T内，根据三相PWM波的开通变化，可以把时间分为t1，t2，t3，t4，t5，t6，t7七个阶段，其中t1，t4和t7为电机扭矩零矢量，电机扭矩零矢量不参与电机扭矩控制，t2，t3，t5和t6为扭矩非零矢量，用于完成电机矢量电压的控制，即电机扭矩的控制。正常情况下，对电机矢量控制中，通常采用七段式的控制方法，即t1+t7＝t4，目的是抑制三相电流的谐波，以提高扭矩品质。
如图9所示，Un为电机逆变器101的中性点电压，Ic2为电容C2的电流，Uc2为电容C2的电压值。在一个开关周期T内，由于t4代表的扭矩零矢量为三相上桥臂开通，所以对应的中性点电压为母线电压Udc；t1和t7代表的扭矩零矢量，由于是三相下桥臂开通，所以对应的中性点电压为0；t2和t6代表的扭矩非零矢量有一相上桥臂开通，所以对应的中性点电压为Udc/3，t3和t5代表的扭矩矢量有两个桥臂接通上桥臂，所以对应的中性点电压为Udc*2/3。其中扭矩零矢量t4导致电容C2产生较大的正电流变化率，使得电容C2电流正向变化，零矢量t1和t7导致电容C2产生较大的负电流变化率，使得C2电流负向变化，特别是在电机低转速阶段，由于扭矩非零矢量很短，扭矩零矢量较长，导致的C2上的电流变化更大，相应的C2电压变化范围也更大。
虽然开关K1烧结，但是由于电机逆变器101三相桥臂处于关闭状态，电容C2的电压依旧为0。如果按照现有的控制方式来开通PWM波，则由于t4对应的零矢量接近为T/2，即三相上桥臂同时开通的时间也为T/2，该过程中将导致C2上出现较大的电流冲击，电机逆变器101三相桥臂的上桥臂也会有较大的电流冲击，可能会触发过流保护。
为了解决上述问题，本实施方式在电机逆变器101的三相桥臂的PWM波开通之后，开始进入低速驱动阶段时，由于电机转速较低，所以需求的扭矩非零矢量较小，扭矩零矢量依旧占据较大比例，第一种控制方式可以按照开通PWM波过程中的控制方法，继续保持较小的t4长度，较大的t1和t7长度，使得电容C2的电压处于一个较低的值。第二种控制方式可以逐步增加t4的长度，逐步降低t1和t7的长度，使得电容C2的电压逐步升高，升高至较高值后保持稳定，即维持较大的t4时间长度和较小的t1和t7时间长度。
本实施方式在低速运行状态下出现开关K1烧结情况时，采用对零矢量进行重新分配方法，可以通过缩短t4，增长t1和t7，缩短三相上桥臂开通时间，以削弱C2上的电流冲击，也可以维持较大的t4时间长度和较小的t1和t7时间长度，同样可以削弱C2上的电流冲击，避免引起的电磁干扰。
作为一种实施方式，如图10所示，步骤S102中的根据车辆当前速度状态控制电机逆变器调节流经电机绕组上的电流值，包括：
步骤S103.当车辆当前速度状态为高速运行状态时，获取电机目标扭矩输出值和储能模块的目标电压。
在步骤S103中，获取电机的转速，由于电机的转速与储能模块的目标电压有关，可以用电机转速作为储能模块的目标电压的控制依据，整车控制器当电机转速处于高速区域时获取与电机转速对应的储能模块的目标电压以及电机目标扭矩输出值，可以根据电机的转速需求和速度需求获取电机目标扭矩输出值。
步骤S104.根据电机目标扭矩输出值、储能模块的目标电压以及电池包的供电电压控制电机逆变器中各相桥臂的通断状态，以同时调节储能模块的电压保持在预设范围和电机输出扭矩值。
在步骤S104中，通过能量转换装置的电路结构，根据储能模块的目标电压以及电池包的供电电压获取控制三相逆变器的PWM信号的占空比，可以根据储能模块的目标电压以及电池包的供电电压按照预设公式进行计算获取控制三相桥臂的PWM信号的占空比，根据该占空比控制三相桥臂的通断状态，进而得到所需求的储能模块的电压和电机扭矩输出值。
作为一种实施方式，如图11所示，步骤S104包括：
步骤S401.根据电机转子位置、电池包的供电电压以及电机目标扭矩输出值获取电机绕组的每相绕组的目标电流。
在步骤S401中，根据电机转速和电机目标扭矩输出值获取驱动功率，其中驱动功率P1＝N*Te/9550；N为电机转速，Te为电机扭矩输出值，再根据驱动功率和电池包的供电电压计算电池包的输出电流，电池包的输出电流为三相绕组的输入电流，其中，从电池包获取输出电流I＝P1/U1，根据电机转子位置、电池包的供电电压以及电机扭矩输出值通过以下公式1、公式2以及公式3获取三相绕组的每相绕组的目标电流：
公式1：
Figure BDA0002525088800000151
公式2：IA+IB+IC＝I
公式3：P＝(IA×IA+IB×IB+IC×IC)×R
其中，α为转子角度，IA，IB，IC为三相绕组的每相绕组的电流，I为目标输入电流，Te为电机扭矩输出值，λ，ρ，Ld,Lq为电机参数，P为加热功率，R为三相电机的等效阻抗。
步骤S402.根据储能模块的目标电压和电池包的供电电压获取电机逆变器的控制脉冲的第一平均占空比。
其中，步骤S402包括：
根据储能模块的目标电压和电池包的供电电压通过以下公式获取电机逆变器的控制脉冲的第一平均占空比：
U1＝U2×D0-IR，其中，U2为电池包的供电电压，U1为储能模块的目标电压，D0为电机逆变器的控制脉冲的第一平均占空比，I为电机绕组的输入电流，R为电机绕组的等效阻抗。
步骤S403.根据第一平均占空比和每相绕组的目标电流获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比，根据每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比对每相桥臂进行控制，以调节储能模块的电压和电机输出扭矩值。
其中，步骤S403中的根据第一平均占空比和每相绕组的目标电流获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比，包括：
根据第一平均占空比和每相绕组的目标电流以及电池包的供电电压获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比：
Figure BDA0002525088800000161
其中，I1为每相绕组的目标电流，I为电机绕组的输入电流，R1为储能模块的正极到每相桥臂的中点之间的等效阻抗，D1为每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比，R为电机绕组的等效阻抗。
依次根据上述公式，获取每相桥臂的第一目标占空比后，根据每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比对每相桥臂进行控制，以调节储能模块的电压和控制电机输出扭矩值。
进一步的，如图12所示，步骤S403中根据第一平均占空比和每相绕组的目标电流获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比，之后还包括：
步骤S404.获取储能模块的实际电压，根据储能模块的实际电压与目标电压通过PID调节器进行PID控制运算得到电机逆变器的控制脉冲的平均占空比变化量。
步骤S405.根据第一平均占空比和平均占空比变化量得到第二平均占空比；
步骤S406.根据第二平均占空比和每相绕组的目标电流获取每相桥臂的控制脉冲的第二目标占空比，根据每相桥臂的控制脉冲的第二目标占空比对每相桥臂进行控制，以调节电机输出扭矩值以及调节储能模块的电压。
步骤S404中，如图13所示，根据储能模块的实际电压与目标电压通过PID调节器进行PID控制运算得到电机逆变器的控制脉冲的平均占空比变化量，包括：
步骤S410.获取储能模块的实际电压与目标电压的电压差值；
步骤S411.当储能模块的实际电压小于目标电压时，根据电压差值和PID调节器的比例系数计算储能模块的平均占空比变化增量。
步骤S412.当储能模块的实际电压大于目标电压时，根据电压差值和PID调节器的比例系数计算储能模块的平均占空比变化减量。
在步骤S404中，当储能模块的目标电压大于实际电压时，使输出的三相电控制脉冲的平均占空比逐渐增大，以增加母线电容的实际电压，当母线电容的目标电压小于实际电压时，使输出的三相电控制脉冲的平均占空比逐渐减小，以降低母线电容的实际电压。
在上述步骤中，储能模块的实际电压是由电机控制器通过对三相电控制脉冲的平均占空比的调节实现，假设储能模块的目标电压为U*，获取储能模块的实际电压为U，则把电压差值(U*-U)输入到PID调节器，经PID调节器计算后输出三相脉冲的平均占空比K(U*-U)，其中，K为PID调节器中所设置的比例系数，如果储能模块的实际电压U大于母线电容的目标电压U*时，PID调节器输出的三相电控制脉冲的平均占空比将会减小，使得储能模块的实际电压电压减小；相反储能模块的实际电压压U小于母线电容的目标电压U*时，PID调节器输出的三相电控制脉冲的平均占空比将会增大，使得母线电容的实际电压增加。
此外，除了控制电压，还可以根据控制三相绕组的输入电流对平均占空比进行控制，使得实际输入电流达到目标输入电流，当实际输入电流小于目标输入电流时，增加三相平均占空比，相反当实际输入电流大于目标输入电流时，减小三相平均占空比，也可以通过PID调节器自动控制，使得实际充电电流一直在目标是附近，完成对输入电流的控制。
进一步的，如图14所示，步骤403中根据第一平均占空比和每相绕组的目标电流获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比，之后还包括：
步骤S407.获取每相绕组的实际电流，根据每相绕组的实际电流与目标电流通过PID调节器进行PID控制运算得到每相桥臂的控制脉冲的占空比变化量；
步骤S408.根据第一目标占空比和占空比变化量得到第三目标占空比；
步骤S409.根据第三目标占空比对每相桥臂进行控制，以调节电机输出扭矩值以及调节储能模块的电压。
进一步的，如图15所示，步骤S407中根据每相绕组的实际电流与目标电流通过PID调节器进行PID控制运算得到每相桥臂的控制脉冲的占空比变化量，包括：
步骤S413.获取每相绕组的实际电流与目标电流之间的电流差值；
步骤S414.当每相绕组的目标电流大于实际电流时，根据电流差值和PID调节器的比例系数计算该相桥臂的占空比变化增量；
步骤S415.当每相绕组的目标电流小于实际电流时，根据电流差值和PID调节器的比例系数计算该相桥臂的占空比变化减量。
在上述步骤中，当每相桥臂的目标电流大于实际电流时，使输出的占空比变化增量逐渐增大，以增加每相桥臂的实际电流；当每相桥臂的目标电流小于实际电流时，使输出的占空比变化减量逐渐减小，以降低每相桥臂的实际电流。对于三相桥臂电流的控制，主要是在三相电控制脉冲的平均占空比的基础上叠加增量来实现的。假设A相输出的目标电流为Is，目标值为Is*，则把电流差(Is-Is*)输入到PID控制器，经PID计算之后输出A相脉冲占空比增量值。如果A相实际电流Is小于目标值Is*时，PID输出的A相占空比将会增加，使得A相的输出电流增加；相反A相实际电流Is大于目标值Is*时，PID输出的A相占空比将会减小，使得A相的输出电流降低，B相和C相的电压控制和A相一样，不在赘述。
本实施方式中，在平均占空比的基础上，增加一个叠加量，用来完成对三相电流的控制，使三相电流的实际值达到三相电流的目标值。当某相实际充电电流小于目标值时，增加该相占空比的叠加量，相反当实际充电电流大于目标值时，减小该项占空比的叠加量，也可以通过PID自动控制，使得三相的实际电流一直在目标是附近，通过对三相电流的控制，实现了扭矩输出的控制。
本实施例中进入高速驱动阶段后，由于扭矩矢量的比重较大，零矢量的比重减小，所以低速阶段的控制方法不再适用。在高速阶段t4所占的时间比重降低，t1和t7所占的时间比重也降低，开关周期T内的波动量相对较小，而与三相电流频率相关的波动量开始凸显，所以需要使用C2电压稳定的控制方法，根据图16所示，获得电容C2电压指令Uc2*，和采样获得的电容C2电压实际的差，将该差值进行PID计算，最后得到三相PWM波中相应的零矢量值(三相占空比变换量)。综合扭矩矢量值(三相平均占空比)和零矢量值(三相占空比变换量)得到最终的三相桥臂的目标PWM波，即三相PWM的占空比值，以实现电机扭矩输出值和电容C2电压的协同控制，由于电容C2电压的稳定，电容C2电流也不会产生与三相电流周期相关的波动。
本发明实施例二提供一种能量转换装置，能量转换装置包括电机逆变器、电机绕组、开关模块以及储能模块；
电机逆变器的第一汇流端与电池包的正极连接，电机逆变器的第二汇流端与电池包的负极连接，电机绕组的第一端与电机逆变器连接，电机绕组的第二端共接形成中性点，储能模块和开关模块连接在电机绕组的中性点和电机逆变器的第二汇流端之间，其中，储能模块和开关模块串联连接；
在驱动模式下，开关模块断开，电机逆变器、电机绕组与电池包形成电机驱动电路；
在加热模式下，开关模块导通，电机逆变器、电机绕组、开关模块、储能模块与电池包形成加热电路；
能量转换装置还包括控制器，控制器用于：
在驱动模式下且开关模块出现故障导通时，获取电机扭矩输出值和/或电机转速；
根据电机扭矩输出值和/或电机转速，控制电机逆变器调节流经电机绕组上的电流值以使电机输出扭矩，以及使储能模块的电压保持在预设范围。
其中，控制器的具体控制方法可以参照上述实施例，在此不再赘述。
本发明实施例三还提供一种车辆，包括上述实施例二提供的能量转换装置。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种能量转换装置的控制方法，其特征在于，所述能量转换装置包括电机逆变器、电机绕组、开关模块以及储能模块；
所述电机逆变器的第一汇流端与电池包的正极连接，所述电机逆变器的第二汇流端与所述电池包的负极连接，所述电机绕组的第一端与所述电机逆变器连接，所述电机绕组的第二端共接形成中性点，所述储能模块和所述开关模块连接在所述电机绕组的中性点和所述电机逆变器的第二汇流端之间，其中，所述储能模块和所述开关模块串联连接；
在驱动模式下，所述开关模块断开，所述电机逆变器、所述电机绕组与所述电池包形成电机驱动电路；
在加热模式下，所述开关模块导通，所述电机逆变器、所述电机绕组、所述开关模块、所述储能模块与所述电池包形成加热电路，通过控制所述电机逆变器使所述电池包与所述储能模块之间进行循环充放电，以实现所述电池内部的发热；
所述控制方法包括：
在驱动模式下且所述开关模块出现故障导通时，获取车辆当前速度状态；
根据所述车辆当前速度状态控制所述电机逆变器调节流经所述电机绕组上的电流值以调节电机输出扭矩值，以及使所述储能模块的电压保持在预设范围内。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述车辆当前速度状态控制所述电机逆变器调节流经所述电机绕组上的电流值，包括：
当车辆当前速度状态为低速运行状态时，控制所述电机逆变器中各相桥臂的上桥臂或者下桥臂同时导通的时间，调节流经所述电机绕组上的电流值。
3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述电机逆变器中各相桥臂的上桥臂或者下桥臂同时导通的时间，包括：
在所述加热电路的一个充放电周期内，控制所述电机逆变器中各相桥臂的上桥臂同时导通的时间不等于各相桥臂的下桥臂同时导通的时间。
4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述车辆当前速度状态控制所述电机逆变器调节流经所述电机绕组上的电流值，包括：
当车辆当前速度状态为高速运行状态时，获取电机目标扭矩输出值和所述储能模块的目标电压；
根据所述电机目标扭矩输出值、所述储能模块的目标电压以及所述电池包的供电电压控制所述电机逆变器中各相桥臂的通断状态，以同时调节所述储能模块的电压保持在预设范围和电机输出扭矩值。
5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述电机目标扭矩输出值、所述储能模块的目标电压以及所述电池包的供电电压控制所述三相桥臂的通断状态，包括：
根据电机转子位置、所述电池包的供电电压以及所述电机目标扭矩输出值获取电机绕组的每相绕组的目标电流；
根据所述储能模块的目标电压和所述电池包的供电电压获取所述电机逆变器的控制脉冲的第一平均占空比；
根据所述第一平均占空比和所述每相绕组的目标电流获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比，根据每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比对每相桥臂进行控制，以调节所述储能模块的电压和所述电机输出扭矩值。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述储能模块的目标电压和所述电池包的供电电压获取所述电机逆变器的控制脉冲的第一平均占空比，包括：
根据所述储能模块的目标电压和所述电池包的供电电压通过以下公式获取所述电机逆变器的控制脉冲的第一平均占空比：
U1＝U2×D0-IR，其中，U2为电池包的供电电压，U1为储能模块的目标电压，D0为电机逆变器的控制脉冲的第一平均占空比，I为电机绕组的输入电流值，R为电机绕组的等效电阻值。
7.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述第一平均占空比和所述每相绕组的目标电流获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比，之后还包括：
获取所述储能模块的实际电压，根据所述储能模块的实际电压与目标电压通过PID调节器进行PID控制运算得到所述电机逆变器的控制脉冲的平均占空比变化量；
根据所述第一平均占空比和所述平均占空比变化量得到第二平均占空比；
根据所述第二平均占空比和所述每相绕组的目标电流获取每相桥臂的控制脉冲的第二目标占空比，根据每相桥臂的控制脉冲的第二目标占空比对每相桥臂进行控制，以调节电机输出扭矩值以及调节所述储能模块的电压。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，根据所述储能模块的实际电压与目标电压通过PID调节器进行PID控制运算得到所述电机逆变器的控制脉冲的平均占空比变化量，包括：
获取储能模块的实际电压与目标电压的电压差值；
当所述储能模块的实际电压大于所述目标电压时，根据所述电压差值和PID调节器的比例系数计算所述储能模块的平均占空比变化增量；
当所述储能模块的实际电压小于所述目标电压时，根据所述电压差值和PID调节器的比例系数计算所述储能模块的平均占空比变化减量。
9.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述第一平均占空比和所述每相绕组的目标电流获取每相桥臂的控制脉冲的第一目标占空比，之后还包括：
获取所述每相绕组的实际电流，根据所述每相绕组的实际电流与目标电流通过PID调节器进行PID控制运算得到每相桥臂的控制脉冲的占空比变化量；
根据所述第一目标占空比和所述占空比变化量得到第三目标占空比；
根据所述第三目标占空比对每相桥臂进行控制，以使所述电机输出扭矩以及调节所述储能模块的电压。
10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，根据所述每相绕组的实际电流与目标电流通过PID调节器进行PID控制运算得到每相桥臂的控制脉冲的占空比变化量，包括：
获取每相绕组的实际电流与目标电流之间的电流差值；
当所述每相绕组的目标电流大于所述实际电流时，根据所述电流差值和PID调节器的比例系数计算该相桥臂的占空比变化增量；
当所述每相绕组的目标电流小于所述实际电流时，根据所述电流差值和PID调节器的比例系数计算该相桥臂的占空比变化减量。
11.一种能量转换装置，其特征在于，所述能量转换装置包括电机逆变器、电机绕组、开关模块以及储能模块；
所述电机逆变器的第一汇流端与电池包的正极连接，所述电机逆变器的第二汇流端与所述电池包的负极连接，所述电机绕组的第一端与所述电机逆变器连接，所述电机绕组的第二端共接形成中性点，所述储能模块和所述开关模块连接在所述电机绕组的中性点和所述电机逆变器的第二汇流端之间，其中，所述储能模块和所述开关模块串联连接；
在驱动模式下，所述开关模块断开，所述电机逆变器、所述电机绕组与所述电池包形成电机驱动电路；
在加热模式下，所述开关模块导通，所述电机逆变器、所述电机绕组、所述开关模块、所述储能模块与所述电池包形成加热电路，通过控制所述电机逆变器使所述电池与所述储能模块之间进行循环充放电，以实现所述电池内部的发热；
所述能量转换装置还包括控制器，所述控制器用于：
在驱动模式下且所述开关模块出现故障导通时，获取车辆当前速度状态；
根据所述车辆当前速度状态控制所述电机逆变器调节流经所述电机绕组上的电流值以使所述电机输出扭矩，以及使所述储能模块的电压保持在预设范围。
12.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求11所述的能量转换装置。
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