CN116039341B - 一种电机加热方法、计算机设备、可读存储介质及电动车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机加热方法、计算机设备、可读存储介质及电动车，涉及新能源汽车技术领域，该电机加热方法包括用于在低温环境下为电动车的热交换***供热，响应于加热启动信号，根据电机的工作状态确定电机的加热模式；其中所述加热模式至少包括快速加热模式，所述快速加热模式被设置在电机位于静止或堵转的状态下；启动所述快速加热模式，向电机的直轴输入直流电流和高频电压；该电机加热方法成本低、加热效率高且对用户舒适度更高。

Description

一种电机加热方法、计算机设备、可读存储介质及电动车

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，具体涉及一种电机加热方法、计算机设备、可读存储介质及电动车。

背景技术

电动汽车在日常的使用过程中随着环境温度的降低，其动力电池的性能会下降。低温会使电池电解液的黏度上升，从而降低电池充放电性能，致使电动汽车的续航能力大幅下降。此外，低温环境也会影响座舱内人员的舒适性。因此，为了保证电池的充放电性能和提高座舱内的舒适性，在低温环境下需要对电池及座舱进行加热。

为了解决电动汽车在上述低温环境下存在的问题，通常会在整车***中设置专门的加热装置。其中，应用最为广泛、直接的是利用正温度系数（Positive TemperatureCoefficient，PTC）热敏电阻实现加热。然而，这种方案存在成本高、占用空间大、增加整车零部件等问题。

因此，如何有效利用电动汽车***中现有的模块进行加热，减少或替代专门的加热装置，成为重要的研究方向之一。在整车架构中，电驱***中的电机是最接近PTC的元件，因此可以研究如何利用电机进行充分加热。

传统的电机辅助加热方法，大多只在电机直轴方向通以电流，这里的形式可以是直流也可以是交流，但受制于控制器的控制节拍以及动态响应，即使通以交流其频率也不会很高，所以现有方案主要还是利用电机的铜耗来进行加热，而利用电机的铁耗产生的热量有限。例如，在申请号为202080019346X的中国专利中，提供了一种电机控制器、热交换***及电流注入方法，用来提高电机加热的效率。该电机控制器包括控制装置和逆变电路。其中，控制装置用于控制逆变电路向电机输入交变电流，其中，该交变电流具有直流偏置，该交变电流用于加热电机；逆变电路用于在控制装置的控制下，向电机的直轴或零轴输出该交变电流。

本申请的发明人发现在上述的方案中，该交变电流是利用逆变器中的开关功率器件来实现的，考虑到成本一般所选用的功率器件的开关频率在20kHz以内，在利用其调制正弦波交流电流时并不能调制出与开关功率器件的频率相等（或相近的）正弦波。另外，受到电流环带宽的限制，一般调制出的正弦波交流电流的频率不会超过开关功率器件频率的1/5。一方面，在这种频率下会产生不同程度的噪声，该频率落在人耳可接收范围内，不同个体对于该种噪音的耐受程度不一致，故向电机的直轴或零轴输出交变电流来加热电机会给用户带来不良的体验；另一方面在利用交流电流来增加电机的铁耗进行加热时，在一定范围内加热功率与交流电流的频率呈正相关，由于电流频率受限（低于开关功率器件频率的1/5），铁耗加热量也较低。

综上所述，如何在充分利用现有结构、不额外增加设备或对现有***低成本改进的情况下，研制一种成本低、加热效率高且对用户舒适度更高的电机加热方法、计算机设备、可读存储介质及电动车是当前本领域技术人员迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供了一种电机加热方法、计算机设备、可读存储介质及电动车，具有成本低、加热效率高且对用户舒适度更高的优点。

为了达到上述目的，本发明在第一方面采用如下技术方案：

一种电机加热方法，用于在低温环境下为电动车的热交换***供热，所述电机加热方法包括如下步骤，

响应于加热启动信号，根据电机的工作状态确定电机的加热模式；其中所述加热模式至少包括快速加热模式，所述快速加热模式被设置在电机位于静止或堵转的状态下；

启动所述快速加热模式，向电机的直轴输入直流电流和高频电压。

上述方案中在利用直流电流增加电机铜耗来加热的基础上，同时向电机的直轴注入了高频电压来增加电机的铁耗产热，直接应用于现有结构，无需额外增加任何附加设备，充分利用了电机铜耗和铁耗。其中的高频电压可以直接通过（含有交流电机的***的）逆变电路来调制，无需增加储能元件和额外的控制元件，没有局限性。另外在通过逆变电路中的开关功率器件来调制高频电压时，调制出的高频电压的频率可以与开关功率器件的频率接近或相等，相比于调制交流电流，频率转换几乎没有折损。只要选用的开关功率器件的频率越高，尤其是超过20kHz以上时，即可以超出人耳的听力范围，减少噪声对用户的影响。即使选用的开关功率器件的频率没有超过20kHz，但是相比于采用交变电流的方案，其调制过程中频率几乎没有折损，故即使有噪声，其频率也较高，相比于低频噪声，高频噪声在传播的过程中极易被障碍物吸收，故也能够极大的降低噪声对用户的不良体验。同时频率的提高也相应地提高了铁耗的加热功率。

可选的，所述高频电压的波形为方波。其中方波调制方式相对简单，对现有电路的改变较少，例如可直接通过直流斩波电路来调制方波。

可选的，所述高频电压的波形为单极性方波、双极性方波，或者是由单极性和双极性组合而成的复合方波中的任一种。这几种波形均属于方波的范畴，相对容易调制。

可选的，所述电机的工作状态包括静止状态、堵转状态、低速运行状态和高速运行状态；

当所述电机转速为0r/min时，设定为静止状态或堵转状态；

当所述电机转速小于等于Nr/min时，设定为低速运行状态；

当所述电机转速大于Nr/min时，设定为高速运行状态；

其中N∈[2500,3500]。

根据电机的工作状态以及加热启动信号来对加热模式做进一步设定，使其划分更贴近使用场景。

可选的，所述加热启动信号由车辆控制端产生或当电池温度检测模块检测到温度低于预设值时产生。分别采用主动和被动方式来产生启动信号，其主动方式主要是在车辆控制端，用户通过体感来判断（座椅或环境）温度过低，对车辆控制端进行操作产生，而被动方式主要是通过电池温度检测模块来检测电池组处的温度，当电池温度检测模块检测到温度低于预设值时产生启动信号，防止电池组在低温下工作，影响性能。这两种方式都结合了实际场景的需求，划分非常合理、必要。

可选的，所述加热模式还包括正常加热模式和动态加热模式；

其中，所述正常加热模式被配置在电机静止或堵转状态或者在电机低速运行状态下；所述动态加热模式电机被配置在低速运行状态下。

进一步对加热模式进行细分，为用户提供了更多的选择，满足用户不同的需求。

可选的，在所述动态加热模式下，向所述电机的直轴输入直流电流或/和高频高压电压的同时，加热的功率随所述电机的输出扭矩功率动态调节，调节步骤包括：

获取电机控制器可持续运行的最大电流值；

根据加热功率的需求确定相电流最小运行值及在该电流下可输出的最大扭矩Tm；

当电机设定运行扭矩低于最大扭矩Tm时，调节同步旋转坐标系下的电流矢量角，对给定电流矢量重分配，在确保输出扭矩达到需求值的情况下，剩余电流全部用于加热。

在满足扭矩输出的需求下，即满足有功功率，动态分配剩余的无功功率全部用来发热，尽可能的在控制器可持续运行的最大电流值以内，维持总功率的稳定。

上述的方法相较于现有采用热敏电阻加热的方案，无需要使用额外的设备，也不用增加***体积与成本，本发明可以使用***固有设备（电机）来直接加热，节省成本，节省空间。

上述的方法提供了两种以上的加热模式，为用户提供了多元化选择。此外，在同等加热功率的情况下，注入高频方波电压产生的电流比注入交变电流（用于加热）更低，相对也更加的安全。

此外，本发明在第二方面还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前述的电机加热方法。

本发明所提供的计算机设备与前述电机加热方法的有益效果推理过程相似，在此不再赘述。

并且，本发明在第三方面还提供了一种计算机可读存储介质，其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上述的电机加热方法。

同时，本发明在第四方面还提供了一种电动车，所述电动车包括电机、控制器和热交换***，所述电动车在低温环境下采用第一方面中所述的电机加热方法为所述热交换***供热；

或所述电动车具有在第二方面中所述的计算机设备；

或所述电动车具有在第三方面中所述的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现在第一方面中所述的电机加热方法。

本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式以及附图中进行详细的揭露。本发明最佳的实施方式或手段将结合附图来详尽表现，但并非是对本发明技术方案的限制。另外，在每个下文和附图中出现的这些特征、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明中所述电机加热方法的原理框图。

图2是本发明中所述电机在正常加热模式下的工作流程图。

图3是本发明中所述电机在快速加热模式下的工作流程图。

图4是本发明中所述高频电压在一个开关周期中与原始控制信号之间的时序图。

图5是本发明中所述电机的直轴在注入高频电压（方波）后，电机的三相电流输出波形图。

图6是本发明中所述电机在正常加热模式下的电机三相电流实际运行结果图。

图7是本发明中所述电机在快速加热模式下的电机三相电流实际运行结果图。

图8是本发明中所述电机的直轴在注入不同电压与电流幅值情况下的加热功率变化对比图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。基于实施方式中的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本说明书中引用的“一个实施例”或“实例”或“例子”意指结合实施例本身描述的特定特征、结构或特性可被包括在本专利公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的各位置的出现不必都是指同一个实施例。

在对实施例进行说明前，先对本发明中相关的技术背景简单介绍。在新能源汽车的电驱***中，电机的消耗功率可以分成两部分：用于产生扭矩带动外部负载运行的机械功率和产热耗散的损耗功率，第一部分功率与电机转速和输出扭矩相关，用于做有用功，无法被用来加热，第二部分功率是由电机的铜耗和铁耗构成的无用功，会以热的形式耗散到环境中。因此，电机加热需要充分利用电机第二部分功率，让电机的铜耗和铁耗尽可能的大。

所谓铜耗指的是交直流电流流过铜导体产生的损耗，由于本发明实施例针对的应用对象是永磁同步电机，故铜耗仅在定子侧产生，其发热功率以I²R表示，I为流过铜导体的电流有效值，R表示铜导体总电阻。从表达式中可以看出，如需提高电机铜耗有两个途径，一是增加流过电机绕组的电流，二是增加电机绕组的电阻。显然，电机生产好后，定子电阻是无法大范围变化的，所以增加铜耗的唯一途径即是增加绕组电流有效值。

所谓铁耗指的是交变磁场产生的磁通在铁磁材料铸造的铁心中产生的损耗，包括磁滞损耗、涡流损耗和附加损耗等。在永磁同步电机中，定转子均使用铁心铸造，故铁耗在二者中均会产生。由于电机本身是一个复杂的多变量、非线性、强耦合的***，因此这些损耗与交变磁场的解析关系较难获得，也就无法进行准确的定量分析。但依据现有经验，铁耗与流过绕组电流的定性关系是可以知道的，即流过电机定子绕组的电流频率越高，幅值越大则产生的铁耗越大。因此，为了获得较大的铁耗，需要尽可能的增加流过绕组的电流频率与幅值。本发明依据前述增加铜耗与铁耗的原理来增加加热功率，相比于背景技术中采用交变电流来增加铁耗的方案，本发明采用了高频电压来增加铁耗，以下结合具体实施来说明。

实施例：

本发明依据前述增加铜耗与铁耗的原理来增加加热功率，如图1所示，在本实施例中提供了一种电机加热方法，应用在电动车的电机上，用于在低温环境下为电动车的热交换***供热。该方法充分利用了电动车内现有结构、不额外增加设备或对现有***低成本改进的情况下，通过向电机的直轴叠加输入直流电流和高频电压，充分利用直流电流产生的铜耗和高频电压产生的铁耗来制热，成本低、加热效率高且用户舒适度更高。具体地，根据电机运行工况，还将加热分为静止堵转加热和旋转（或动态，即在电机低速运行状态）加热两种，此外，在静止堵转加热中还有快速加热和正常加热两种模式。

本实施例中电机加热方法包括如下步骤：

判断所述电机的工作状态。

其中，所述电机当前的工作状态包括静止状态、堵转状态、低速运行状态和高速运行状态。当所述电机转速为0r/min时，设定为静止状态或堵转状态；当所述电机转速小于等于Nr/min时，设定为低速运行状态；当所述电机转速大于Nr/min时，设定为高速运行状态，其中N∈[2500,3500]。本实施例以N=3000r/min为例进行说明，当所述电机转速小于等于3000r/min时，设定为低速运行状态。当所述电机转速大于3000r/min时，设定为高速运行状态。

获取加热启动信号。

所述加热启动信号由用户在车辆控制端操作产生或当电池温度检测模块检测到温度低于预设值时产生。

这里电池温度检测模块所检测的温度是电池包的温度，以避免电池在低温下工作。因此在温度低于预设值时产生加热启动信号来对电池进行加热。而用户在车辆控制端通过操作主动选择设定，即可以是在车辆启动的情况下（也就是在车内时），亦可以是通过移动终端的应用来远程设定，再利用移动终端与电动车的无线通信来传输该设定，让电机提前进入加热模式，此时电机不需要输出转矩，因此可以将所有的功率用在铜耗和铁耗上进行加热。

响应于加热启动信号，根据电机的工作状态确定电机的加热模式。

所述加热模式包括正常加热模式、快速加热模式和动态加热（即旋转加热）模式。

其中，所述正常加热模式被配置在电机静止或堵转状态或者在电机低速运行状态下；所述快速加热模式被配置在电机静止或堵转状态下；所述动态加热模式电机被配置在低速运行状态下。

当电机处于静止或堵转状态，用户仅可以在正常加热模式和快速加热模式中选择一个来工作。当电机处于低速运行状态，用户仅可以在正常加热模式和动态加热模式中选择一个来工作。

需要说明的是，这里（静止或堵转状态下）的加热模式之所以分为快速加热模式和正常加热模式两种，其主要原因是快速加热过程中会可能会产生高频啸叫，对于某些听力异常敏感的用户，在***不需要快速升温时，可以选择更加舒适的正常加热模式。

根据确定的加热模式启动，向电机的直轴输入与所述加热模式相对应的加热电源，所述加热电源包括直流电流和高频电压，其中直流电流主要利用铜耗来产热，而高频电压主要利用铁耗来产热。

需要说明的是高频电压的波形为方波（可以是单极性方波或双极性方波，或者是由单极性和双极性组合而成的复合方波中的任一种）、三角波、梯形波、锯齿波，其中方波调制方式相对简单，对现有电路的改变较少，本实施例则直接利用逆变器使用空间矢量脉宽调制控制。

为降低噪声的不良影响，其中高频电压的频率最好控制在18kHz以上，本实施例中为5kHz或10khz，即使频率在人耳范围之内，但相对采用交变电流产生的噪声频率，还是更高一些（比交变电流产生的噪声频率高5倍-10倍），更高的频率更容易被障碍物吸收，故在同等隔音措施下，相对于交变电流产生的噪声对用户影响更小。

更具体地，启动所述正常加热模式时，向所述电机的直轴输入直流电流。正常加热模式主要利用电机定子绕组的铜耗进行加热，向电机的直轴中注入恒定的直流电流，此时，产生的功率均耗散在定子绕组固有的电阻上，使用该电阻持续加热。正常加热模式的具体实现方式如下：

完整的正常加热模式执行流程图如图2所示。首先，控制器在电机静止堵转状态接收到加热指令，即用户在加热模式中选择到正常加热模式，产生启动加热信号。然后，控制器从电机位置编码器中获取当前转子位置，从而确定直轴和交轴位置。接着，控制器电流环开始工作，直轴给定值设定为注入最大电流值，在本***中该值设定为-400A，交轴给定值设定为零，保证注入电流加热过程中不产生有效转矩分量，维持***静止在当前位置。其中，直轴电流设定值是斜坡增加到最大值，减小***的阶跃冲击。此外，由于电机处于静止状态，虽然在同步旋转坐标系上施加了电流，但是最终控制获得的三相电流依旧呈现为直流状态。最后，电流环将直交轴电流控制在设定值，保证***持续加热直至接收到停止加热指令，即启动加热信号消失。

启动所述快速加热模式时，向所述电机的直轴同时输入直流电流和高频电压，在本***中，注入电压的幅值为直流母线电压的40%，最大可注入电压为57.7%。快速加热模式是在正常加热模式注入直流电流的基础上，再注入额外的高频电压，充分利用电机定子绕组的铜耗和定转子绕组的铁耗来进行加热。快速加热模式的具体实现方式如下：

完整的快速加热模式执行流程图如图3所示。首先，控制器在电机静止堵转的状态下接收加热指令，即用户在加热模式中选择到快速加热模式。然后，控制器从电机位置编码器中获取当前转子位置，确定当前直轴和交轴位置。前面两步与正常加热模式是一致的。接着，控制器电流环的参考值斜坡增加到设定最大值，即增加到-400A，同时在输出控制直轴电压上累加上高频注入电压，此处为40%直流母线电压。在一个开关周期中，高频注入电压的形式以及其与原始控制信号之间的关系如图4所示，在一个PWM周期中注入电压会正负变化一次。由于，本控制***采用的是双采样双更新的控制方式，前半个周期累加正直轴电压，后半个周期累加负直轴电压，保证在一个开关周期中输出的直轴电压平均值为零，也就没有偏置电流产生。在注入高频电压方波信号后，电机的三相电流输出值如图5所示，其中，ia表示A相电流波形，ib表示B相电流波形，ic表示C相电流波形。从图中可以看出，开关管的开关频率为5kHz，由于注入电压激励出的高频电流频率与开关频率一致。图5给出的是只注入高频电压情况下的电机三相电流波形，此时的直流注入设置为0A，测试时电机转子位于330度电角度处，随着高频电压的注入，A相电流上产生的电流纹波最大，峰峰值达到了110A，而C相电流产生的纹波最小，峰峰值为20A左右。

此外，由于注入的高频电压信号与直流电流信号均是在电机直轴上，所以不会产生有效转矩分量，可以维持电机的静止状态。最后，电流环将三相电流平均值控制到参考值，并持续加热直到接收到停止加热指令。因为注入了高频电压信号，电流环在控制的时候是将一个开关周期的平均电流控制到目标值，这就要求采样点必须设置在零矢量中间处，确保不会采样到纹波电流。

正常加热模式与快速加热模式工作情况下的电机三相电流实际运行结果如图6和图7所示。与图5一致，图6和图7中出现的ia、ib、ic分别表示电机的A、B、C三相电流。图6中，注入直流电流设定为-400A，注入高频电压设定为0V，施加到实际电机后，三相电流ia、ib、ic分别为380A、-80A、-320A满足三相电流和为零，此时电机转子位置停在。图7中，注入直流设定保持-400A不变，注入高频电压从0V变为140.8V（为直流母线的40%，本***的直流母线电压为352V）。对比两种实验结果可以发现，附加注入高频电压后，原来呈现直流的三相电流上增加了较宽的纹波，纹波幅值的大小以及三相电流各自直流幅值的大小与电机转子位置相关。离转子直轴越近，相电流直流幅值和纹波幅值越大。

此外，注入高频电压激励出的高频电流，一方面增加了作用在电机三相绕组中的电流有效值从而增加了铜耗，另一方面，相电流的交变变化会大大增加定转子的铁耗，从两方面增加电机加热功率。高频电压注入的优点在于绕过了电流环控制，注入频率不受电流环带宽限制，可以实现与开关频率同频的信号注入，从而进一步提高电机铁耗。其缺点在于注入过程中会产生可听高频啸叫，因为不同人对于高频啸叫的耐受程度不一致，所以在本实施例中设置了两种运行模式供用户选择。在需要快速加热的场合中，用户可以短时忍受高频啸叫的困扰，从而选择快速加热模式额外注入高频电压，加速***升温。在对升温速度没有较强要求的场合下，用户可以选择正常加热模式，仅注入直流，此时无高频啸叫产生，但加热功率受限，***升温较慢。

上述两种加热模式产热的极限功率主要受制于电驱***各个部件的温升情况，通过大量的实验测试可知，控制器与电机连接的三相铜排是整个***中温升最快，但又无法被快速换走热量的部件。因此，本实施例所提供的加热方法中描述的电压电流混合注入幅值，需要通过温升摸底实验的方式测试获得。该测试一方面用于确定注入电压电流的幅值，另一方面用于确定电驱***可稳定持续加热的极限功率值。

如图8所示，图8中给出了注入不同电压与电流幅值情况下的加热功率变化情况，本***采用的电机额定母线电压为352V。柱状图的横轴表示注入高频电压幅值占直流母线电压的比重，纵轴表示相应工况下的加热功率值。当不注入高频电压时，***处于正常加热模式，自左向右当注入直流电流为-200A、-300A、-400A时，加热功率依次为1.3kW、2.15kW、2.43kW；当注入高频电压幅值为直流母线幅值30%时，同直流幅值注入情况下的加热功率依次为2.6kW、3.49kW、3.84kW；当注入高频电压幅值为直流母线幅值40%时，同直流幅值注入情况下的加热功率依次为4.3kW、5.32kW、5.71kW。从实验结果中可以看出，随着注入直流电流和高频电压幅值的增加，加热功率在不断的增大。

如前所述，该幅值的大小不能无限增加，经过测试，在本***中选用注入直流幅值-300A，高频电压幅值为直流母线的40%是可以稳定持续运行的工作点，此时的加热功率为5.32kW。

需要注意的是，在逆变器使用空间矢量脉宽调制控制，且***工作在线性区时，可注入高频电压最大值不会超过直流母线的57.7%。同时，由于电流环还需要控制***注入直流电流，为了保证电流环具有足够的调节能力，高频电压的选择需要根据***的参数特点做进一步限制。

启动所述动态加热模式时，可以在向所述电机的直轴输入驱动电流的基础上，叠加输入直流电流，或叠加输入高频高压，又或者是将直流电流和高频高压这两者的叠加输入来产热的。本实施例中以采用向直轴叠加输入直流电流的方式产生铜耗加热为例进行说明。

在电机处于低速运行状态且转速低于3000转每分钟时，那么用户选择加热模式后会自动启动动态加热模式，即旋转加热模式。具体的旋转加热模式实现原理如下：

首先，控制器接收到（旋转）加热的指令，此时电机应处于旋转控制输出扭矩状态。在常规扭矩控制时，电机运行工作点是按照最大转矩电流比确定的，在低速低扭矩情况下，电机相电流较小，其产生的损耗无法产生足够的热量。因此，为了实现低速低扭矩状态下的电机加热，需要调节电流环参考指令值，保证电机加热功率。电流环参考指令值斜坡变化到给定值，尽可能减小因模式切换导致的电机运行冲击。切换到旋转加热模式后，电流环根据设定加热工作点，保持电机输出稳定扭矩的同时持续进行加热直至接收到停止加热指令。停止加热指令下达后，电流环参考值会逐渐减小到最大转矩电流比工作点，待转矩稳定后切换到初始控制模式中。

前述旋转加热模式是利用电机的铜耗和铁耗共同进行加热，低速低扭矩情况下，加热功率主要来自于铜耗。在电机处于旋转运行工况时，控制器会利用电流环按照最大转矩电流比对电机三相电流进行调节。此时，三相电流会以交流的形式在定子与转子中形成损耗，三相电流首先在定子绕组中产生铜耗，其值的大小与电流有效值成正比，同时交变的三相电流会在定子和转子中产生铁耗，其值的大小与电流的幅值和频率均相关。

因此，在电机运行在大扭矩或者高速的情况下，三相电流本身产生的铁耗与铜耗已经满足加热功率要求，无需变更电机运行工作点。若电机运行在低速低扭矩状态，此时由于三相电流幅值小、频率低，无论是铁耗还是铜耗都无法满足加热功率需求，故需要变更电机工作点。

为了确认前述旋转加热模式中电机的运行工作点，首先，本实施例对低转速情况下控制器（即驱动器）可持续稳定运行最大电流进行测试。然后，根据需求加热功率确定相电流最低运行限制及该电流可输出的最大扭矩Tm。当电机设定运行扭矩超过前述Tm时，***将工作在最大转矩电流比状态。当电机设定运行扭矩低于前述Tm时，电机运行电流幅值将不会减小，通过调节同步旋转坐标系下的电流矢量角，对交直轴电流进行重分配，保证输出扭矩达到给定值。此时，大部分电流会施加到电机直轴上，除去磁阻转矩部分，剩余的电流将作为损耗全部转化为加热功率。最后，不同转速工况下，交直轴电流分配情况将会制作成二维查找表，未测试工作点处的电流分配将通过线性插值查表获得。

需要说明的是，在一替代实施例中，对于在动态加热模式下使用高频高压产生铁耗来加热电机，其高频高压产生原理与堵转加热时基本一致，通过在直轴电流环的输出上叠加一个与开关频率一致的方波信号，方波电压正负等值交替。考虑到车用电机凸极性较大，即使在直轴注入高频电压，产生的脉动电流也可能导致转矩脉动。本领域技术人员可以结合实际情况，控制注入高频电压占比，均衡转矩脉动和加热效率，灵活选择最佳实施方式。

在加热启动信号消失后，仅停止输入与所述加热模式相对应的加热电源。此时，若电机还需要维持低速运行状态，那么驱动电流依然正常进行。

需要说明的是，当用户取消加热指令（即取消对加热模式的选择），以及在温度检测模块检测到温度上升到预设值时停止产生启动加热信号，两者都没有启动加热信号出现，才停止向电机的直轴输入加热电源。

综上所述，本发明实施例所提供的电机加热方法，能够灵活的根据电机运行工况确定加热模式，同时，当电机处于堵转状态时，还能根据用户的加热需求在快速加热和正常加热两种模式中进行切换。特别的，在快速加热模式中，本实施例所提的高频电压、直流电流混合注入方式，能在不改***件电路的情况下，充分利用电机铜耗与铁耗，提升电机加热功率。其直接应用场景是在新能源汽车中，低温情况下，替代高压PTC完成电池包的加热过程。

与此同时，本实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行上述电机加热方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解,实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。据此，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可实现上述任意一项实施例的方法。其中，本实施例所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM (PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

并且，本实施例在还提供了一种电动车，所述电动车包括电机、控制器和热交换***，所述电动车在低温环境下采用上述的电机加热方法为所述热交换***供热；

或所述电动车具有上述的计算机设备；

或所述电动车具有上述的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现在上述的电机加热方法。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (8)

1.一种电机加热方法，用于在低温环境下为电动车的热交换***供热，其特征在于，所述电机加热方法包括如下步骤：

响应于加热启动信号，根据电机的工作状态确定电机的加热模式；其中，所述电机的工作状态包括静止状态、堵转状态、低速运行状态和高速运行状态；所述加热模式包括快速加热模式、正常加热模式和动态加热模式；所述快速加热模式被设置在电机位于静止或堵转的状态下；所述正常加热模式被配置在电机静止或堵转状态或者在电机低速运行状态下；所述动态加热模式电机被配置在低速运行状态下；启动所述快速加热模式，向电机的直轴输入直流电流和高频电压；

当所述电机转速为0r/min时，所述电机为静止状态或堵转状态；当所述电机转速小于等于Nr/min时，所述电机为低速运行状态；当所述电机转速大于Nr/min时，所述电机为高速运行状态；其中N∈[2500,3500]。

2.根据权利要求1所述的电机加热方法，其特征在于，所述高频电压的波形为方波。

3.根据权利要求2所述的电机加热方法，其特征在于，所述高频电压的波形为单极性方波、双极性方波，或者是由单极性和双极性组合而成的复合方波中的任一种。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电机加热方法，其特征在于，所述加热启动信号由车辆控制端产生或当电池温度检测模块检测到温度低于预设值时产生。

5.根据权利要求1所述的电机加热方法，其特征在于，在所述动态加热模式下，向所述电机的直轴输入直流电流或/和高频高压电压的同时，加热的功率随所述电机的输出扭矩功率动态调节，调节步骤包括：

获取电机控制器可持续运行的最大电流值；

根据加热功率的需求确定相电流最小运行值及在该电流下可输出的最大扭矩Tm；

当电机设定运行扭矩低于最大扭矩Tm时，调节同步旋转坐标系下的电流矢量角，对给定电流矢量重分配。

6.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述的电机加热方法。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的电机加热方法。

8.一种电动车，其特征在于，所述电动车包括电机、控制器和热交换***，所述电动车在低温环境下采用权利要求1-5中任一项所述的电机加热方法为所述热交换***供热；

或所述电动车具有权利要求6中所述的计算机设备；

或所述电动车具有权利要求7中所述的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的电机加热方法。

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